Brain-Heart Interaction: The Effect of Cardiac Activity on Visual Perception

Abstract

Durante o quotidiano, nós conseguimos sentir o nosso ritmo cardíaco mudar. Ele tende a se adaptar às várias circunstâncias da vida. Ao longo de uma tarefa de discriminação visual, estudos apontam que uma pista auditiva evoca um estado de preparação atenta onde se verifica uma desaceleração cardíaca. Em relação às duas fases do ciclo cardíaco, outros estudos mostram que a percepção de estímulos tácteis é facilitada quando o estímulo visual é aplicado na diástole. Nesta dissertação, apresentamos dois estudos: um que analisa a capacidade de identificar a sístole e diástole através do eletrocardiograma (ECG), a sua validade em indivíduos com e sem patologia cardiovascular, e o impacto do aumento da frequência cardíaca (induzido através de exercício físico) nessa identificação; e outro que mostra, utilizando uma base de dados diferente, a variação da resposta cardíaca numa tarefa de discriminação visual, assim como a influência das fases do ciclo cardíaco na precisão da resposta dos participantes. Os nossos resultados mostram que, efetivamente, a sístole pode ser definida com precisão através do ECG e que o exercício leva à movimentação do evento elétrico que marca o início e fim da sístole para depois do evento mecânico. Para o efeito da patologia cardiovascular não conseguimos identificar diferenças significativas quando comparamos estes participantes com os participantes saudáveis. Em relação ao segundo estudo, podemos verificar que existe uma desaceleração cardíaca invocada por um estado de atenção após a apresentação de uma pista auditiva, mas, devido aos poucos dados que possuímos, não conseguimos estudar a possível diferença existente entre a resposta cardíaca dos participantes nos eventos corretos e a resposta nos eventos incorretos. No que diz respeito à influência das fases do ciclo cardíaco em que é apresentado o estímulo na ``performance" dos sujeitos, verificamos que não existe uma diferença significativa na percentagem de acertos dos participantes quando comparavamos a sua apresentação na sístole ou na diástole.Em jeito de conclusão, os resultados indicam que podemos definir a sístole com precisão utilizando o ECG mas que não conseguimos provar que percepção visual pode ser modulada pelas fases do ciclo cardíaco. Também apontam para o facto de ser necessário adquirir mais dados para justificar melhor as conclusões chegadas no estudo da interação entre o cérebro e o coração.

During everyday life, we can feel our heart rate changing. It tends to adapt to the various circumstances of life. In a visual discrimination task, studies show that an auditory cue evokes a state of attentive preparation followed by a heart deceleration. Regarding the two phases of the cardiac cycle, other studies show that the perception of tactile stimuli is facilitated when the visual stimulus is applied in diastole. In this dissertation, we present two studies: one that analyzes the ability to identify systole and diastole using the electrocardiogram (ECG), its validity in individuals with and without cardiovascular disease, and the impact of increased heart rate (induced through exercise) on this identification; and another that shows, using a different database, the variation of the cardiac response in a visual discrimination task, as well as the influence of the phases of the cardiac cycle on the accuracy of the participants' response. Our results show that systole can be accurately defined using the ECG and the exercise leads to the movement of the electrical event that marks the onset and the offset of systole to after the mechanical event. For the effect of cardiovascular disease we could not identify any significant differences when comparing these participants with healthy participants. Regarding the second study, we can see that there is a cardiac deceleration invoked by a state of attention after the presentation of an auditory cue, but due to the limited data we were not able to study the possible difference between the cardiac response of the participants in the correct trials and the response in the incorrect trials. Regarding the influence of the presentation of the stimuli in the different phases of the cardiac cycle on the subjects accuracies, we found that there is no significant difference in the accuracy of the participants when comparing its presentation in the systole with its presentation in the diastole.In conclusion, the results indicate that we can define systole accurately using the ECG but we cannot prove that visual perception is modulated by the different phases of the cardiac cycle. They also point to the fact that more data needs to be acquired to better justify the conclusions reached in the study of the interaction between the brain and the heart.