Imagem Funcional com reforço, eyetracking e Monitoramento Fisiológico

Summary

Esta apresentação demonstra o uso da fMRI para estudar os circuitos neurais subjacentes a tomada de decisões. Simples tarefas perceptivas são combinadas com reforços apetitivo e aversivo para investigar como os resultados afetar os processos de decisão.

Abstract

Usamos a ressonância magnética funcional (fMRI) para estudar os circuitos neurais subjacentes a tomada de decisões. Para entender como os resultados afetar os processos de decisão, simples tarefas perceptivas são combinados com reforço apetitivo e aversivo. No entanto, o uso de reforçadores, tais como sucos e airpuffs pode criar desafios para fMRI. Entrega reforçador pode causar o movimento da cabeça, o que cria artefatos no sinal de fMRI. Reforço também pode levar a alterações na frequência cardíaca e respiração que são mediadas por vias autonômicas. Alterações no ritmo cardíaco e da respiração pode afetar diretamente o sinal (BOLD) fMRI no cérebro e podem ser confundidos com as mudanças de sinal que são devido à atividade neural. Nesta apresentação, nós demonstrar os métodos para administrar reforçadores de forma controlada, para estabilizar a cabeça, e para medir o pulso e respiração.

Protocol

Instalação de equipamentos

O primeiro passo na execução e experimentar fMRI é a criação e verificação do equipamento. Essas etapas podem ser feitas em qualquer ordem.

Condicionamento de sinal - O scanner está localizado em uma sala eletricamente e magneticamente blindado. Todos os sinais elétricos que da sala de controle para a sala de scanner passar por um painel de filtro para remover quaisquer freqüências que poderiam criar um artefato na imagem MR.

Airpuff - O dispositivo airpuff oferece um sopro controlado de pressão fixa e duração. Quando direcionada para o olho, este é aversivo, mas não traumática. O regulador de pressão (WPI Pneumatic PicoPump) a uma fonte de ar comprimido, que poderia ser um tanque de ar, mas nós usamos casa ar. A pressão é ajustado a 30 psi. O momento é ajustado para entregar um sopro 50 ms. A válvula solenóide é controlada por um sinal de computador. A saída do regulador de pressão é entregue para o assunto através de um tubo de plástico 1/6th polegada (Tygon). É importante que o tubo não ser muito longa ou haverá um atraso entre a abertura do solenóide e do tempo que o ar comprimido chega ao final do tubo. Por esta razão, o regulador de pressão fica dentro da sala de scanner e os sinais de controle são alimentados através de um painel de filtro para garantir que não há artefatos de imagem.

Juice - O distribuidor de suco controla o tamanho eo número de gotas de suco entregue à boca por um tubo de plástico. O dispensador de suco consiste de um reservatório, uma válvula solenóide controlado por computador, e um longo tubo que oferece suco para o assunto. Todos os componentes eletrônicos estão fora da sala de scanner e, portanto, introduzir sem artefatos no sinal MR. O dispensador de suco (Crist Instruments) é lavadas duas vezes por enchimento do reservatório e abertura da válvula solenóide. Em seguida, ele é preenchido com a bebida preferida sujeito. O sistema é testado antes da digitalização, executando um programa que faz com que o computador para gerar um fluxo de impulsos de teste que resulta em algumas gotas de suco de ser entregues ao assunto. O assunto verifica se o suco está fluindo.

Mordida bar - Cabeça movimento cria diversos artefatos na imagem fMRI. Neste experimento, os participantes recebem airpuffs que pode causar movimentos reflexos, e suco que requer engolir. Para minimizar o movimento da cabeça, um bitebar é usado para estabilizar a cabeça. O bitebar está ligado à bobina de cabeça RF. Cada indivíduo tem um bocal custom equipada feito de material termoplástico.

Oxímetro de pulso - FMRI oxigenação do sangue medidas (BOLD). Oxigenação do sangue no cérebro podem ser afetados pela atividade neuronal, mas também pode ser afetada pelo batimento cardíaco. Para medir as mudanças na oxigenação relacionadas com o ciclo cardíaco, utilizamos um oxímetro de pulso para medir a oxigenação do sangue na ponta do dedo usando um sensor infravermelho. O oxímetro de pulso é MR compatível e seu sinal de saída é alimentado através de um painel de filtro para a sala de controle onde é digitalizado e armazenado no computador.

Monitor de gás respiratório - a oxigenação do sangue também pode ser afetada pela respiração. Medimos a respiração com um monitor de gás respiratório que mede os níveis de CO2 expirado. A RGM é MR compatível e seu sinal de saída é alimentado através de um painel de filtro para a sala de controle onde é digitalizado e armazenado no computador.

Estimulação visual - Um painel de retro-projeção está localizada em uma extremidade do scanner furo perto do lugar de chefe assunto. Assuntos olhar para a tela de projeção traseira através de um espelho montado em cima da bobina de cabeça. As imagens são projetadas na tela de projeção traseira por um projetor LCD localizados fora da sala de scanner. O feixe de luz do projetor é dirigido dentro da sala de scanner através de uma mangueira RF blindado.

Eye tracking - É importante saber onde o assunto está procurando por várias razões. Movimentos oculares afetar a posição dos estímulos visuais sobre a retina, que afeta as respostas visuais no cérebro. Movimentos dos olhos também pode ser usado como um meio de ter o assunto indicam uma resposta comportamental. Nós usamos um método chamado "oculografia vídeo infravermelho" para rastrear os olhos. Neste método, uma câmera infravermelha é usada para acompanhar o aluno. O emissor de infravermelho e câmera são construídas em um par de óculos especialmente concebidos. Estes são os óculos mesmo que fornecem estímulo visual. Os dados do óculos é processada por um computador dedicado que converte imagens do olho em sinais analógicos para a posição horizontal e vertical dos olhos.

Preparação assunto

Documentação e Consentimento & ndash; Antes de digitalizar, cada participante deve preencher diversos formulários relativos à segurança e consentimento.

Folha Plano experimental - A folha de plano especifica o protocolo experimental e as seqüências de pulso e na ordem em que eles são executados.

Preparação física - Quando o assunto está pronto para ser digitalizado, uma das primeiras coisas que eles fazem é colocar no ouvido de plugs para proteger a audição do ruído alto e scanner de alta freqüência. Eles também colocar MR compatível com fones de ouvido para se comunicar com ambos os sujeitos do scanner e entregar instruções e feedback durante a sessão de digitalização.

O tema coloca em seu porta-voz, que inclui 16/01 ^ª linhas polegadas para entrega suco e monitoramento de gases respiratórios.

O sujeito coloca os óculos e ajustar MR compatível utilizado para a estimulação visual e monitorização do movimento dos olhos.

O assunto está na mesa do scanner ea bobina de RF é posicionado sobre a sua cabeça. O bocal (bitebar) está ligado à bobina de RF para impedir o movimento da cabeça.

A tubulação airpuff (06/01 tygon polegadas) é posicionada perto de um olho usando tubos flexíveis (loc-line).

O clipe de dedo oxímetro de pulso é ligado a um dedo e fixado com fita adesiva.

Procedimento de digitalização

Seqüências de pulso:

Estruturais: Usamos T1 (imagens estruturais) que dão uma definição clara da morfologia do cérebro do indivíduo. O assunto encontra-se passivamente e continua a ser o mais imóvel possível durante esta fase, que dura cerca de 10 minutos.

Funcionais: Nós usamos seqüências de T2-weighted EPI (imagens funcionais) para mostrar as mudanças na oxigenação do sangue que são correlacionados com a atividade neural. É nessa fase que o sujeito está exposto ao suco, airpuff e estímulos auditivos.

Conectividade: Usamos difusão de imagens ponderadas (DWI) para determinar a conectividade estrutural entre regiões do cérebro. O sujeito simplesmente permanece imóvel durante esta fase.