Functionele Beeldvorming met Wapening, Eyetracking, en Fysiologische Monitoring

Summary

Deze presentatie toont het gebruik van fMRI om neurale circuits die de besluitvorming ten grondslag liggen te bestuderen. Eenvoudige perceptuele taken worden gecombineerd met appetitief en aversieve versterkingen om te onderzoeken hoe de resultaten besluitvormingsprocessen beïnvloeden.

Abstract

We maken gebruik van functionele beeldvorming van de hersenen (fMRI) om neurale circuits die de besluitvorming ten grondslag liggen te bestuderen. Om te begrijpen hoe resultaten besluitvormingsprocessen van invloed zijn, zijn eenvoudige perceptuele taken gecombineerd met appetitief en aversieve versterking. Toch kan het gebruik van beloningen, zoals sap en airpuffs creëren uitdagingen voor fMRI. Bekrachtiger levering kan leiden tot hoofd van beweging, die artefacten ontstaan ​​in de fMRI-signaal. Wapening kan ook leiden tot veranderingen in de hartslag en ademhaling die worden bemiddeld door autonome paden. Veranderingen in de hartslag en ademhaling kunnen rechtstreeks invloed hebben op de fMRI (BOLD) signaal in de hersenen en kan worden verward met het signaal veranderingen die het gevolg zijn van neurale activiteit. In deze presentatie tonen we methoden voor het toedienen van bekrachtiging op een gecontroleerde manier, voor het stabiliseren van het hoofd, en voor het meten van hartslag en ademhaling.

Protocol

Apparatuur Setup

De eerste stap in lopen en fMRI experiment is het opzetten en controleren van de apparatuur. Deze stappen kunnen worden gedaan in willekeurige volgorde.

Signaal conditionering - De scanner is gevestigd in een elektrisch en magnetisch afgeschermde ruimte. Alle elektrische signalen gaan van de controle-kamer naar de scanner kamer passeren een filter paneel om alle frequenties die een artefact in de MR-beeld zou kunnen leiden tot te verwijderen.

Airpuff - De airpuff apparaat zorgt voor een gecontroleerde trekje van vaste druk en duur. Toen gericht op het oog, dit is aversieve maar niet-traumatisch. De drukregelaar (WPI Pneumatische PicoPump) om een ​​bron van samengeperste lucht, waardoor een luchttank zijn, maar we gebruiken huis lucht. De druk wordt aangepast aan 30 psi. De timing wordt aangepast om een ​​50 msec trekje te leveren. De magneetklep wordt aangestuurd door een computer signaal. De uitgang van de drukregelaar wordt geleverd aan het onderwerp door middel van een 1/6e inch plastic buis (Tygon). Het is belangrijk dat de buis niet te lang zijn of zal er een vertraging tussen de solenoïde opening en de tijd die de samengeperste lucht komt aan het einde van de buis. Om deze reden, de drukregelaar zit in de scanner kamer en de stuursignalen worden gevoed door een filter panel om ervoor te zorgen dat er geen beeldvorming artefacten.

Juice - Het sap dispenser bepaalt de grootte en het aantal druppels sap geleverd aan de mond door een plastic buis. Het sap dispenser bestaat uit een reservoir, een computer-gestuurde magneetklep, en een lange buis die sap levert aan het onderwerp. Alle elektronische componenten zijn buiten de scanner ruimte en dus ook geen artefacten te introduceren in de MR-signaal. Het sap dispenser (Crist Instruments) is twee keer gespoeld door het invullen reservoir en het openen van magneetventiel. Dan is het vol met 'preferred het onderwerp van de drank. Het systeem is getest voordat het scannen door het uitvoeren van een programma dat de computer zorgt voor het genereren van een stroom van testpulsen dat resulteert in enkele druppels sap wordt geleverd aan het onderwerp. Het onderwerp controleert of het sap stroomt.

Bite bar - Hoofd beweging creëert een aantal artefacten in de fMRI beeld. In dit experiment, onderwerpen krijgen airpuffs die kan leiden tot reflexieve bewegingen, en sap die vereist slikken. Te minimaliseren beweging van het hoofd, is een bitebar gebruikt om het hoofd te stabiliseren. De bitebar is verbonden aan de RF hoofd spoel. Elk onderwerp heeft een op maat ingericht mondstuk gemaakt van thermoplastisch materiaal.

Pulsoxymeter - FMRI maatregelen bloedoxygenatie (BOLD). Bloedoxygenatie in de hersenen kan worden beïnvloed door neuronale activiteit, maar het kan ook worden beïnvloed door de hartslag. Voor het meten van veranderingen in de oxygenatie met betrekking tot de hartcyclus, gebruiken we een pulsoxymeter om bloed zuurstof te meten in de vinger met behulp van een infrarood sensor. De saturatiemeter is MR-compatibel is en het uitgangssignaal wordt gevoed door een filter paneel om de controle kamer waar het wordt gedigitaliseerd en opgeslagen op de computer.

Respiratoire gas monitor - Blood oxygenatie kan ook worden beïnvloed door de ademhaling. We meten ademhaling met een respiratoire gas monitor die afgelopen CO2-niveau maatregelen. Het RGM is MR compatibel is en het uitgangssignaal wordt gevoed door een filter paneel om de controle kamer waar het wordt gedigitaliseerd en opgeslagen op de computer.

Visuele stimulatie - Een back-projectie paneel bevindt zich aan het ene uiteinde van de scanner boring dicht bij het onderwerp hoofd locatie. Onderwerpen kijken naar de achterkant projectiescherm door middel van een spiegel gemonteerd op de top van het hoofd spoel. Beelden worden geprojecteerd op de achterkant projectiescherm met een LCD-projector gelegen buiten de scanner kamer. De lichtstraal van de projector is gericht in de scanner kamer door middel van een RF-afgeschermde slang.

Eye tracking - Het is belangrijk om te weten waar het onderwerp is op zoek naar verschillende redenen. Oogbewegingen van invloed op de positie van visuele prikkels op het netvlies, die visuele reacties treft in de hersenen. Oogbewegingen kan ook worden gebruikt als een middel van het hebben van het onderwerp wijzen op een gedragsmatige reactie. We maken gebruik van een methode genaamd 'infrarood video oculografie "voor de ogen te volgen. Bij deze methode, is een infrarood camera wordt gebruikt om de leerling te volgen. De infraroodzender en camera zijn ingebouwd in een paar speciaal ontworpen bril. Dit zijn dezelfde bril die visuele stimulatie. De data van de bril wordt verwerkt door een speciale computer die beelden van het oog omzet in analoge signalen voor horizontale en verticale ooghoogte.

Onderwerp Voorbereiding

Documentatie en Toestemming & ndash, Voor het scannen, moet elk onderwerp invullen van diverse formulieren met betrekking tot veiligheid en toestemming.

Experimentele Plan Sheet - Het plan sheet geeft aan de experimentele protocol en de puls sequenties en de volgorde waarin ze worden uitgevoerd.

Fysieke voorbereiding - Wanneer het onderwerp is klaar om te worden gescand, een van de eerste dingen die ze doen, is in de oordopjes om hun gehoor te beschermen tegen de harde en hoge frequentie scanner geluid. Ook op de MR-compatibele hoofdtelefoon aan op zowel communiceren met de proefpersonen in de scanner en de instructies en feedback te leveren tijdens het scannen sessie.

Het onderwerp plaatst in hun mondstuk, waarvan 1 / 16 ^e inch lijnen voor sap levering en ademhaling gas controle bevat.

Het onderwerp legt op en stel de MR compatibele bril gebruikt voor visuele stimulatie en oogbeweging controle.

Het onderwerp ligt op de scanner bed en de RF-spoel wordt geplaatst boven hun hoofd. Het mondstuk (bitebar) is verbonden aan de RF-spoel aan het hoofd beweging te voorkomen.

De airpuff buis (1 / 6 inch Tygon) is gepositioneerd in de buurt van een oog met behulp van flexibele slangen (loc-lijn).

De pulse-oximeter vinger clip is bevestigd aan een vinger en vastgezet met tape.

Scannen Procedure

Pulssequenties:

Structurele: We maken gebruik van T1-gewogen beelden (structurele beelden) dat een duidelijke definitie van de morfologie van de onderwerpen 'brain te geven. Het onderwerp ligt passief en blijft zo stil als mogelijk tijdens deze fase, die ongeveer 10 minuten duurt.

Functioneel: We maken gebruik van T2-gewogen sequenties EPI (functionele afbeeldingen) op veranderingen in het bloed oxygenatie die gecorreleerd zijn met neurale activiteit vertonen. Het is tijdens deze fase dat het onderwerp wordt blootgesteld aan het sap, airpuff, en auditieve stimuli.

Connectiviteit: We gebruikten diffusie-gewogen beelden (DWI) om de structurele connectiviteit tussen hersengebieden te bepalen. Het onderwerp ligt gewoon stil tijdens deze fase.