Brain Imaging Undersökning av neurala korrelat att observera virtuella sociala interaktioner

Summary

Den här artikeln visar en experimentell design där hela kroppen animerade figurer används i kombination med funktionell magnetkamera (fMRI) för att undersöka neurala korrelat till att observera virtuella sociala interaktioner.

Abstract

Förmågan att mäta sociala interaktioner är avgörande i bedömningen av andras avsikter. Faktorer som ansiktsuttryck och kroppsspråk påverkar våra beslut i personliga och professionella liv både ^1. Dessa "vän eller fiende" bedömningar bygger ofta på första intryck, vilket i sin tur kan påverka vårt beslut att metoden "eller undvika". Tidigare studier undersöker neurala korrelat till social kognition tenderade att använda statiska ansikts stimuli ^2. Här visar vi en experimentell design där hela kroppen animerade figurer användes i kombination med funktionell magnetkamera (fMRI) inspelningar. Femton deltagare presenterades med korta filmklipp med gäst-värd interaktioner i en företagsmiljö, medan fMRI-uppgifter har registrerats, i slutet av varje film, deltagare också betyg i den mottagande beteende. Denna konstruktion härmar närmare verkliga situationer, och därmed kan bidra till bättre förståelse av de neurala mekanismer för sociala interaktioner hos friska beteende, och att få insikt i möjliga orsaker till underskott i socialt beteende i sådana kliniska tillstånd som social ångest och autism ³ .

Protocol

1. Stimuli, Task Design, och experimentell protokoll

Vår stimuli skapas med Poser 7,0 ( http://poser.smithmicro.com/poser.html ), och de presenteras med hjälp CIGAL ( http://www.nitrc.org/projects/cigal/ ).

1. Uppgiften består av en serie av tio sekunders animerade videor av icke-verbal gäst-värd interaktioner i en företagsmiljö. Ämnet visningar gästen som möts av en värd (social interaktion villkor) eller en kartong utstansade av en värd (ingen social interaktion / styrning tillstånd).
2. Värden kan visa beteenden som är inbjudande att ytterligare social interaktion (metod villkor), eller beteenden som kan tyda på bristande intresse för ytterligare interaktion (undvik villkor).
3. Utöver denna grundläggande manipulation av den typ av beteende som visas av värden, kan andra manipulationer också ingå. Till exempel i några av försöken (typiskt halv) Tecknen kan skaka hand, som en del av hälsningen protokollet, medan de i andra gör ingenting. Denna manipulation kan undersökning av effekten av formella fysisk beröring på beteende ^4, som också kan förväntas ha olika betydelse, beroende på kulturella bakgrund betraktaren (t ex västra vs öst-asiatiska).
4. Andra manipulation kan innebära en förändring av betraktarens perspektiv från personliga (ME) till opersonliga (Annat). Denna manipulation syftar till att utnyttja neurala nätverk i samband med självrefererande bearbetning ^5, och möjliggör identifiering av svar som moduleras av personligt engagemang ^6,7 (t ex exacerbation av effekterna av att undvika beteende, om de tas personligen). Växlingen mellan dessa två perspektiv kan cued i början av varje prövning.
5. Videor följs efter betyg skärmar som ber motivet att betygsätta värden på kompetens, trovärdighet och intresse av att göra affärer på en 5-gradig Likertskala (0 = inte alls / 4 = mycket), dessa betyg ska uppvägas över studier, för att undvika att effekter.
6. Tecken i filmer uppvägs för visas beteende (metod vs undvika), etnisk bakgrund (kaukasiska kontra icke-vita), skjorta färg och frisyr. Grundläggande aspekter som kan påverka sociala interaktioner (t.ex. attraktivitet) bör också kontrolleras för (t.ex. genom off-line betyg av värdarna), för att säkerställa att det inte finns några systematiska skillnader mellan rättegång kategorier, och därmed undvika eventuella blandar ihop (t ex Om värdarna visa att undvika beteenden har också totalt sett lägre attraktionskraft poäng). Slutligen, med tanke på bevis för att interaktioner med kvinnliga-värdar är mer effektiva i att påverka beslut (t.ex. ekonomiska) ^4, i vår aktuella studien alla värdar var honor, men kön av värdarna kan också balanseras över studier - t.ex. 50% kvinnor jämfört med 50% män.
7. Experimentet är uppdelad i kör / block av studier, så att deltagarna tid att vila och undvika massiva dataförlust i händelse av felaktig utrustning. Dessutom, för att undvika subjektiva förlust av data, helst villkor / prövningar bör vara lika representerade i varje block, enligt varje manipulation (t.ex. social interaktion, kön, skaka / nej-shake). Kör så är också balanseras mellan deltagarna. Varje körning börjar med sex sekunder av en upptagning, för att möjliggöra stabilisering av MR-signalen. En inter-rättegången intervall på 8 sekunder efter varje film rättegång och slutar varje körning / block.
8. Det bör noteras att även jämfört med experimentell design med statiska stimuli den nuvarande konstruktionen har ökat ekologisk validitet i att identifiera neurala korrelat av social kognition, detta synsätt innebär också begränsningar och utmaningar. En sådan utmaning är behovet av att upprätthålla den "bakgrund" aspekter (t.ex. miljö där sociala interaktioner inträffar eller icke-relevanta aspekter av beteende) så jämn som möjligt, i samband med manipulera beteendemässiga variabler av intresse (t.ex. , gester skilja riktade sociala interaktioner), vilket kan vara svårt att åstadkomma i förhållanden där dynamiska stimuli används. Ändå tror vi att den nuvarande strategin når en rimlig avvägning mellan målet att öka ekologisk validitet av stimuli som används i social neurovetenskap studier och de begränsningar som är förknippade med deltagande av verktyg hjärnavbildning som kräver rimlig kontroll av den experimentella manipulationer för att giltigt slutsatser om de neurala korrelat av riktade beteenden.

2. Förbereda ämne för Scan

Ämnen är vanligtvis rekryteras på grundval av deras ålder, hälsa, modersmål och individuella riskfaktorer för MRI-skanning såsom metallic gemensam ersättare. HoWever, beroende på syftet med studien kan andra faktorer också beaktas, däribland ras / etnisk bakgrund, socioekonomisk status, och historia av narkotikamissbruk. Alla ämnen lämna skriftliga informerade samtycke innan du kör den experimentella protokollet, som är godkänt av en etikprövningsnämnd.

Innan du går i skanning rummet

1. På dagen för skanning, är deltagarna fylla i frågeformulär som utvärderar deras nuvarande sinnestillstånd, för att säkerställa att de är inte alltför orolig eller nedstämd innan experimentet ^{8, 9.} Dessa bedömningar kan också användas i kombination med fMRI data, att undersöka hur den känslomässiga tillstånd vid tiden för skanningen kan påverka deltagarnas svar. Även i samband med post-scanning bedömningar, kan dessa inledande utvärderingarna kan användas för att säkerställa att deltagarnas totala känslomässiga tillstånd inte förändras dramatiskt som en följd av deras deltagande i försöket. Slutligen kan andra beteendestörningar / personlighet bedömningar också göras, för att ytterligare undersöka hur individuella variationer i särskilda aspekter av personlighet som påverkar svaren i sociala sammanhang (t.ex. social ångest, tillförlitlighet) kan påverka deltagarnas svar under studien ^{10, 11.}
2. Före skanna, är deltagaren informeras i detalj om skanning förfaranden och ges specifika instruktioner för beteende-uppgiften (beskrivs nedan). För att undvika obehag och ökad förtrogenhet med uppgiften, är deltagaren ges också en förkortad praktik köra för uppgiften.

Inmatning av skanning rummet

3. Ämnet är instrueras att ligga liggande på skanning sängen, med extra dämpning för huvudet, för att säkerställa komfort under genomsökningen och minimera rörelse. För att ytterligare minimera huvudrörelser, kan den icke-självhäftande sidan med en längd av bandet packas lätt runt motivet panna. Om att föredra, kan stötdämpande också placeras under upp knäna i ämnet, för att minska nedre delen av ryggen muskelspänningar.
4. Ämnen får hörselskydd (öronproppar) samt hörlurar isolering för att kommunicera med försöksledaren under MRI.
5. Ämnet högra hand sitter bekvämt på svaret rutan, så att vänster hand ska användas för stöd eller för andra mätningar (t ex hud konduktans svar). Nödstopp bör också placeras i närheten, så att motivet kan tyda på något brådskande behov av att stoppa skannern.
6. Innan du börjar datainsamling är det viktigt att se till att motivet kan se projiceringar klart för stimulans presentation, och att responsen knapparna fungerar.

3. Data registrering och behandling

Inläsningsparametrarna

Vi samlade MRI data med hjälp av ett 1,5 Tesla Siemens Sonat scanner för MR inspelningar. Våra anatomiska bilder var 3D MPRAGE anatomiska serien (upprepning tid, TR = 1600 ms; echo tid TE = 3,82 ms, antal skivor = 112; Voxel size = 1 x 1 x 1 mm), och funktionella bilder bestod av serier av 28 funktionella skivor (Voxel size = 4x4x4 mm), förvärvade axiellt med ett echoplanar sekvens (TR = 2000 ms, TE = 40 ms, synfält FOV = 256 x 256 mm), vilket möjliggör full hjärnan täckning.

Data Analysis

Vi använder oss av Statistiska Parametrisk Mapping (SPM2/SPM5) i kombination med interna Matlab-baserade verktyg. Pre-behandlingen innefattar typiska steg: kvalitetssäkring, TR anpassning, rörelse korrigering, co-registrering, normalisering och utjämning (8 mm ³-kärnan) ^12.

1. Dataanalys kombinerar Voxel-vis och regionen av intresse (ROI) metoder för att jämföra hjärnans aktivitet i samband med villkoren av intresse (t.ex. social interaktion kontra icke-social interaktion).
2. Hela hjärnan Voxel-kloka analyser producera statistiska kartor som identifierar större nätverk av områden i hjärnan som associeras med som ligger bakom bedömningen av sociala interaktioner, och ROI analyser tillåter målinriktad undersökning av de svar i specifika delar av hjärnan-regioner, som är a priori identifieras som del av social kognition nätverket (Figur 1A). ROI analyser används också för att extrahera fMRI-signalen för att illustrera (Figur 1B). Vi använde en intensitet tröskel p = 0,001 och en omfattning tröskel på 10 sammanhängande voxlar. Utöver dessa typiska metoder som gäller för dataanalys, kan andra sätt att analysera data också användas som kompletterande metoder i studier som undersöker neurala korrelat till social kognition ^{13, 14.}
3. Slutligen kan korrelationer av data hjärnavbildning med beteendeproblem data (t.ex. pålitlighet betyg) och / eller poäng indexering åtgärder personlighet (t ex drag ångest) också göras, att undersöka hur hjärnans aktivitet co-vaRies med individuella skillnader i beteende och personlighet.

4. Representativa resultat

Figur 1. Ökad aktivitet i social kognition nätverk som svar på att observera sociala interaktioner. Jämförelse av social interaktion vs prövningar no-interaction/control visade aktivitet i typiska sociala områdena kognition hjärnan, inklusive superior temporal sulcus (STS, en), den laterala och mediala prefrontala cortex (mPFC, B & D, respektive) och amygdala (Amy, c). Den "aktivering kartorna" är ovanpå högupplösta bilder hjärnan visas i sidled (vänster och höger sidopaneler) och koronala (mitten panel) åsikter, färgfälten anger lutning t värden för aktivering kartor (baserat på data från 15 deltagare), vilket avspeglar hjärnans aktivitet tid låst till erhölls inflygning / undvika beteenden. Linjen diagram illustrerar tidsförlopp av fMRI-signalen, ur funktionell ROI för varje prövning med typ och TR (1 TR = 2 sekunder). L = Vänster, R = höger.

Discussion

Den experimentella designen införde här tillåter undersökning av de neurala korrelat för att observera och tolka kroppsspråk. Denna konstruktion har potential att driva vår kunskap om hjärnans mekanismer som är involverade i sociala interaktioner, samt att utvidga teoretiska modeller för hur vi kombinerar uppfattning om olika typer av kroppsspråk eller sociala begrepp som trovärdighet att fatta beslut i interaktiva sociala miljöer ^3. Sådan kunskap kan appliceras i en mängd olika personliga och affärsmässiga inställningar, och kan förbättra vår förståelse av klinisk underskott i social interaktion. Framgången för denna design är beroende av korrekt uppgift manipulation, medverkan av ekologiskt giltiga stimuli, och noggrann datainsamling