مقالة منهجية

ربط الاستجابات السلوكية لإشارات الرنين المغناطيسي الوظيفي من قشرة الفص الجبهي الإنسان: دراسة العمليات المعرفية عن طريق تحليل المهمة

12.3K مشاهدات

⸱

DOI:

10.3791/3237

⸱

يونيو 20, 2012

 ,  , 
1Department of Psychology, Centre for Vision Research, York University, 2Department of Biology, Centre for Vision Research, York University

في هذه المقالة

إشعار تصحيح

Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice

ملخص

الهدف من أبحاثنا هو ربط السلوك إلى نشاط المخ. تدابير سلوكية دقيقة وتقنيات التصوير تسمح لنا لتوضيح الدماغ سلوك العلاقات.

الملخص

والهدف من هذه الورقة هو وصف أساليب كيفية تطبيق تقنية تصوير الأعصاب لدراسة عمليات الدماغ التكميلية تشارك من قبل اثنين من مهام مماثلة. ويمكن بعد ذلك سلوك المشاركين أثناء أداء مهمة في جهاز الرنين المغناطيسي الوظيفي يمكن ربطها نشاط المخ باستخدام الدم والأوكسجين المستوى التي تعتمد على إشارة. نحن قياس السلوك لتكون قادرة على فرز الصحيح المحاكمات، حيث يخضع أداء هذه المهمة بشكل صحيح وبعد ذلك تكون قادرة على فحص الدماغ إشارات تتعلق تصحيح الأداء. على العكس، إذا لم يكن لموضوعات أداء المهمة بشكل صحيح، ويتم تضمين هذه المحاكمات في نفس التحليل مع التجارب الصحيح سوف نقدم التجارب التي لم تكن فقط من أجل الأداء الصحيح. وبالتالي، يمكن في كثير من الحالات أن تستخدم هذه الأخطاء لربط أنفسهم ثم نشاط الدماغ لهم. وصفنا مهمتين التكميلية التي يتم استخدامها في المختبر لفحص للدماغ أثناء قمع من الردود التلقائية: وستروب (1) والمهام المضادة للحركة العين. وعاطفي نموذج ستروب يرشد المشاركين أن يقدم إما فرضه العاطفية "كلمة" عبر وجوه العاطفية أو الوجه، تعابير "الوجه المحفزات 1،2. عندما الكلمة والتعبير في الوجه تشير إلى المشاعر المختلفة، لا بد من صراع بين ما يقال ويحدث ما هو للقراءة آليا. المشارك لديها لتسوية النزاع بين عمليتين في وقت واحد من المتنافسين قراءة الكلمة والتعبير في الوجه. الرغبة لدينا لقراءة كلمة واحدة يؤدي إلى قوي "التحفيز والاستجابة (SR) جمعيات، وبالتالي هذه قوي تثبيط ريال صعب جدا، والمشاركون هم عرضة لارتكاب أخطاء. التغلب على هذا الصراع، وتوجيه الانتباه بعيدا عن الوجه أو كلمة يتطلب هذا الموضوع لمنع عمليات القاعدة إلى القمة التي توجه عادة من الاهتمام لتحفيز أكثر بروزا. وبالمثل، في مهمة لمكافحة حركة العين 3،4،5،6، حيث يتم استخدام جديلة تعليمات لتوجيه الانتباه فقط إلى موقع التحفيز الطرفية ولكن بعد ذلك EYيرصد حركة ه على وظيفة مرآة الآخر. مرة أخرى نحن قياس السلوك من خلال تسجيل حركات العين من المشاركين والذي يسمح للفرز من الاستجابات السلوكية في المحاكمات الصحيح والخطأ (7) التي ثم يمكن أن يعزى إلى نشاط المخ. تصوير الأعصاب الآن يسمح للباحثين لقياس السلوكيات مختلفة من التجارب الصحيح والخطأ التي تدل على العمليات المعرفية المختلفة، وتحديد مختلف الشبكات العصبية المعنية.

البروتوكول

1. قبل دخول غرفة التصوير بالرنين المغناطيسي

  1. المشاركين ملء استمارة موافقة شرح جميع المخاطر التجريبية (مثل منظم ضربات القلب، الخوف من الأماكن المغلقة، يزرع لامع، فرصة الحمل، الخ)، والفوائد المترتبة على مشاركتهم.
  2. يطلب من جميع المشاركين في ملء الاستبيان سلامة التصوير بالرنين المغناطيسي والفرز (التاريخ الطبي وجيزة، والإجراءات الجراحية السابقة وغيرها) يجب استبعاد المشاركون مع موانع.

2. نظرة عامة على العمل والتدريب

  1. توفير التدريب على أداء مهمة في حركة العين المضادة.
    1. تثبيت الأخضر يشير إلى وجود محاكمة المؤيد لحركة العين. إرشاد المشاركين إلى النظر إلى الهدف من الظهور في المحيط الخارجي للشاشة، في زاوية بصرية من 8-10 درجة.
    2. تثبيت أحمر يدل على وجود محاكمة المضادة للحركة العين. إرشاد المشاركين إلى النظر إلى عكس الهدف من مرآة تظهر في المحيط الخارجي للشاشة، في زاوية بصرية من 8-10 درجة (على سبيل المثال عن الهدف الصحيح، ونتطلع إلى عشرةغادر ه).
  2. توفير التدريب على أداء مهمة لستروب عاطفية خارج الماسح الضوئي.
    1. وتشمل المحاكمات ممارسة 15 مع مجموعات مختلفة من وجها كلمة التعبيرات على جهاز كمبيوتر خارج الماسح الضوئي. الغرض من هذه الممارسة بالنسبة للمشاركين لتعلم مهمة، وما هو متوقع منهم في الضغط على الزر المناسب في الماسح الضوئي التصوير بالرنين المغناطيسي. إرشاد المشاركين على النحو الذي يتم الضغط على أزرار للإبلاغ عن تعبير سعيد / كلمة محايدة والتعبير كلمة / والتعبير حزين / كلمة. بالإضافة إلى ذلك، عندما داخل الماسح الضوئي، تذكير المشاركين من الانفعال الذي يمثل كل زر.
    2. يتم فرضه كلمات وصفية تشير إلى تعبيرات (سعيد، لاشئ، ص) من صور وجوه الفردية. هذه الكلمات هي متطابقة أو تتعارض مع المشاعر التي تصورها وجهه في الصورة (الشكل 1). تبدأ كل المسح مع تعليمات مكتوبة على الشاشة تذكير المشاركين إما إلى مندوبأورط "تعبير الوجه (سعيدة ومحايدة، حزينة)" أو "الكلمة المكتوبة (سعيدة ومحايدة، حزينة)" عن طريق الضغط على الزر المناسب في أسرع وقت ممكن.
    3. يتم عرض تعليمات عن 1 في الثانية، تلتها كرة عرضية التثبيت، والتي تركز اهتمامها على المشاركين لمدة ثانية 1. ويتبع للصليب تثبيت من المحفزات وجه قدمت ل 250 مللي ثانية ثم تليها صورة الاستجابة لمدة 2 ثانية. ويستخدم في صورة استجابة لاعطاء المشاركين من الوقت ليقدم تقريرا عن استجاباتها عن طريق الضغط على الزر المناسب. العرض المقبل البصرية للصليب تثبيت يبدأ بعد نهاية هذه الصورة استجابة. كل مشارك يكرر مسح تجريبي في واحدة من المجموعات تعليمات 2 (أي تعبير الوجه أو الكلمة المكتوبة). وقد خلق كل المحفزات وقدم باستخدام عرض 12.1 ( www.neurobs.com ).

3. الماسح الضوئي والعين الإعداد تعقب

  1. إلى بegin في إعداد التجربة، يبدأ ذلك من خلال إبراز الحوافز الكمبيوتر كصورة مركزة على الشاشة في التصوير بالرنين المغناطيسي مع جهاز عرض رقمي.
  2. يطلب من المشاركين أن تحصل على ما يصل من كرسي في غرفة التحكم والسير في غرفة الماسح الضوئي. وتقدم سدادات و / أو الهواتف الرأس والموضوعات وضعها في القنوات آذانهم.
    1. هذا الموضوع فاقدة مع موقف رؤوسهم الى مركز لفائف الرأس. نحن استقرار هيئة المشارك وموقف رئيس مع الوسائد أو إدراج رغوة لجعلها مريحة بقدر الإمكان ولكن أيضا لمساعد في تقييد حركتهم من الرأس منذ حركة الرأس خلال مسح أسباب فقدان البيانات. خصوصا اذا كان اقتراح رئيس أكبر من 1 ملم في أي اتجاه.
    2. حرك / وضع headcoil على رأس المشاركين، ويكون لهم إمالة الرأس ومريح ممكن في حين يبحث الأمام مباشرة لعرضها مرآة تعكس شاشة البروجيكتور. يجب أن تكون وجهة نظر أقرب إلى موقف أساسي كما صossible 8، وذلك للحفاظ على راحة المشاركين خلال الدورة المسح الضوئي التي يمكن أن تستمر لمدة تصل إلى ساعتين.
  3. يطلب من المشاركين كيف أن التركيز في الصورة المسقطة هو مرة واحدة كانوا في الماسح الضوئي. إذا لم تكن حادة، وإعادة ضبط العدسة لتحسين صورة على الشاشة.
  4. يتم اختباره الآن eyetracker عن طريق المعايرة للتأكد من أن كاميرا IRED هو في الموقع الصحيح. إذا كان التفكير في قرنية العين ليست مثالية أو يعمل بشكل صحيح، لا بد من ضبط مصدر IRED، أو لا بد من إعادة النظر في المرآة التي تعكس مصدر IRED قرب موقف رئيس المشارك / تعديلها. إذا تم تعديل رأس المشاركين، وطرح هذا الموضوع في حال الحاجة الى مزيد من الحشو / رغوة أو الوسائد للحفاظ على هذا المنصب رئيس / الجسم. خلال مسح الشاشة ومواقف المشاركين في سجل 'العين الأفقية والعمودية باستخدام الأشعة تحت الحمراء تعقب العين (أي Sensomotoric الآلات، نيدام / بوسطن، ماساتشوستس)، وربط هذه مع ملحق النموذج السلوكيEN تحليل نشاط الدماغ. 5،7

4. مسح الإجراءات

  1. وضع الضغط اتصال الكرة الطوارئ في البطن المشارك في اليد اليسرى ومربع عصا التحكم / زر في اليد اليمنى. وضع كبسولة فيتامين (ه) على الجانب الأيمن بالقرب من الرأس. وهذا سيتم عرضه على بالاشعة التشريحية التي سوف نتأكد من وجود خطأ لا نقف الصور من اليسار إلى اليمين. رفع والانزلاق على السرير في مركز التصوير بالرنين المغناطيسي.
  2. ضمان كل من المجربون مغادرة الغرفة التصوير بالرنين المغناطيسي وإغلاق الباب على التصوير بالرنين المغناطيسي.
  3. التواصل مع المشاركين من خلال الاتصال الداخلي في غرفة التحكم والتأكد من انهم مستعدون لبدء المسح الضوئي ومريحة قدر الإمكان. إذا لم يكن كذلك، إعادة تكييف حسب الحاجة.
  4. تذكير المشاركين بأن الضوضاء في الماسحة الضوئية وسوف يكون مرتفعا وهذا امر طبيعي.
    1. أول عملية مسح الدماغ بجمع الصور قليلة على طول المنطقة سهمي لتكون قادرة على توطين / يصف بدقة أوientation من شرائح للبيانات كاملة التشريحية والوظيفية. وقال المشاركون هذا المسح سوف يستغرق بضع دقائق.
    2. مرة واحدة في المجربون عرض نتائج الفحص وكالايزر، ونحن تفرض سلسلة من شرائح التشريحية التي تغطي الدماغ كله. في الحالات التي لدينا ونحن عادة تفحص شرائح مائلة المحورية التي تشمل الدماغ كله (170-256 شرائح). نقول للمشارك أن هذا المسح سيستغرق حوالي 6 إلى 10 دقائق اعتمادا على عدد محدد من الشرائح. ويمكن في بعض الحالات أن يتم الفحص التشريحي بعد مسح وظيفي. هناك بعض المزايا التي تتمتع بها هذه الأخيرة، عادة في التجارب الطويلة المواضيع سوف تشهد التعب. وهكذا، فإن فحص تشريحي لا يحتاج إلى اهتمام من قبل الموضوعات حتى أنها قد يغمضون أعينهم. قد يكون من المفيد للقيام بهذه المسح في نهاية دورة التصوير.
    3. وبمجرد الانتهاء من عمليات الفحص التشريحي يتم تذكير المشاركين من تعليمات محددة من الفحص القادم من خلال الاتصال عبر الميكروفون/ المتكلم النظام.
  5. في هذا المثال، يتم استخدام الزائفة ذات الصلة بالحدث تصميم (2) لتحديد مناطق الدماغ التي نشطت المهمة ستروب عاطفي ولكن يمكن توجيه أي الحسي، الإدراك الداخلي (9) أو محرك التحفيز (10) لاستخدامها عند الحاجة. بعد يتم تفحص هذه فإننا سوف يكلف هذا الموضوع والتي سيتم مسحها النموذج المضادة للحركة العين المقبل. اعتمادا على معايير اختيار التصوير والمسح الضوئي أن تكون قريبة من 6 دقائق طويلة. نجد أن تفحص وقتا أطول من هذه المواد تحفز على النوم.
  6. دورة التصوير مجموع يأخذ ما يقرب من 60 إلى 120 من دقائق، اعتمادا على مسح مجموع اللازمة للتحليل.

5. الرنين المغناطيسي الوظيفي تحليل

  1. تحليل البيانات باستخدام BrainVoyager QX البرنامج (أو أي حزمة تحليل مثل AFNI أو SPM).
  2. تبدأ بتركيب وظيفي البيانات الإحصائية على خرائط الصور التشريحية في الدماغ. تعريف وظيفيا في مناطق الدماغ ذات الاهتمام (ROو) باستخدام النموذج العام الخطي (GLM)، مع تنبؤ منفصلة (أي متطابقة وتضاربها، والتعليم والتعليم كلمة وجه، ومكافحة حركة العين، الموالية لحركة العين) لكل من الشروط في هذه المهمة خلال هذين النوعين من بالاشعة 2.
  3. فحص كثافة إشارة في جميع المناطق الأمامية المنشط من التناقضات GLM (أي جميع تتعارض مقابل كل منسجم لرسم خريطة للمناطق)، حساب إشارة موحدة BOLD عبر جميع المشاركين وقارن تتعارض كلمة / وجه التعبير بالكلمة المنسجمة / ويواجه تعبيرات عن كل الشروط 2.
  4. ربط مرات رد الفعل التي تم جمعها على التجارب التي تم استخدامها لGLMs، ثم ربط نشاط الدماغ عبر كل فرد مع اوقاتها الخاصة رد فعل للمحاكمات محددة (2)، في الشكل 4.

6. ممثل النتائج

بعد تحليل نظهر مناطق الدماغ التي ترتبط هستروب الحركي والمهام المضادة للحركة العين التي سجلت خلال المسح. وأظهرت النتائج من نموذج ستروب العاطفية تأثير التفاعل بين جميع العوامل الثلاثة في التعبير، والتعليم، ومنطقة في المخ لكن لم يكن هناك أي تأثير رئيسي في التعبير وليس له تأثير رئيسي في التعليم 2. وجدنا أن هذه incongruency تنتج عن الإبلاغ عن الكلمة المكتوبة عند التعبير عن وجهه وكانت تتعارض إلى كلمة عاطفية فرضه، وأظهرت أعلى كثافة إشارة جريئة في IFG اليسار 2 (الشكل 2). وكانت كثافة أكبر إشارة على عبارات تتعارض مقارنة مع تعبيرات المتطابقه إحصائيا، مع سعيد متطابقة تظهر أكبر الفرق 2.

وتوقع أهمها RTS عن الشروط الثلاثة تتعارض اختبار (حزينة وسعيدة ومحايدة) إشارة زيادة BOLD ضمن IFG اليسار مقارنة مع جميع الشروط المنسجمة (الشكل 3). لهذا اناتحلل فحصنا بالتحديد رد فعل مرات وإجراء تحليل الانحدار لاختبار ما إذا RT لظروف تتعارض والمنسجمة والتنبؤية للنشاط إشارة BOLD في هذه المنطقة من المخ (الشكل 3). وجدنا أن حسابات RT عن 81٪ من التباين في نشاط IFG اليسار عند الإبلاغ عن التعبيرات كلمة من لاشئ، سعيد، حزين، وخلال ظروف تتعارض والمنسجمة 2. أعلى RT هو التنبؤية لتفعيل أكبر IFG اليسار، مع شرط وحزين تتعارض الرضوخ أكبر نسبة كثافة RT / إشارة مقابل كل الظروف التعبير الأخرى. قمنا بتحليل نماذج المضادة للحركة العين باستخدام أساليب مماثلة على النحو الوارد أعلاه لتكون قادرة على المقارنة بين الشبكتين من النشاط. في هذا المثال، وجدنا أنه لا يوجد أي إشارة زيادة في IFG اليسار للحركة العين المضادة للمقارنة مع مهمة مؤيدة للحركة العين. لمزيد من التفاصيل، نحيل القارئ إلى فورد وآخرون (2007).

figure-protocol-1 الشكل 1. مثال لمحاكمة تتعارض (وجه مع تعبير سعيد فرضه بكلمة الحزن). والتجربة تبدأ نقطة تثبيت (1 ثانية)، وانطلاقا من التحفيز وجهه (250 مللي) وصورة ملثمين (2 ثانية) الأمر الذي يتطلب استجابة المشارك زر.

الشكل 2
الشكل 2، واستخدمت كل وحدات التخزين تثبيت قاعدة أساسية. أشرطة الخطأ دلالة على الخطأ المعياري للمتوسط ​​(SEM). وأظهرت تعابير تتعارض (سعيد، لاشئ، ص) أكبر بكثير تغير إشارة BOLD مقارنة مع تعبيرات المتطابقه 2. صورة أقحم يظهر غادر التلفيف الجبهي السفلي (IFG) الذي تم ترجمتها عمليا باستخدام النقيض من وصف في المقطع 5.2 لستروب العاطفي تتعارض مقابل حالة متطابقة خلال حضور إلى مجموعة تعليمات الكلمة.

figure-protocol-3 الشكل 3. خلال تعليمات "احضر إلى كلمة"، وأظهرت تتعارض-المنسجمة المقابل وجود علاقة إيجابية بين المحطة المذكورة وجريئة كثافة الإشارة. هذا الرسم البياني في المتوسط ​​RTS جميع المواد 10 '، وإشارة BOLD خلال كل واحد من الشروط الستة. أشرطة الخطأ دلالة على الخطأ المعياري للمتوسط ​​(SEM) 2.

الشكل 4
الشكل 4. تم عرض اثنين من التكرار من كل تعبير عن الموضوعات. الصف العلوي هو توضيح تخطيطي لتسلسل محاكمة من كتلة واحدة من التجارب. القسم السفلي هو تصوير وظيفة ثنائية غاما استجابة الدورة الدموية (قوة حقوق الإنسان) تستخدم لاكتشاف مناطق الدماغ المشتركة في تعبيرات الوجه العاطفية.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المناقشة

تحديد مناطق الدماغ يعتمد على خلق تباين دقيق بين مهام المسح الضوئي (أي في ستروب سواء، والعاطفة تتعارض مقابل المنسجمة وتعبيرات الوجه، أو مضادة للحركة العين مقابل الموالية حركة العين،) وذلك لإنتاج خريطة لتفعيل المتعلقة بهذه المهمة. ويمكن لهذه الخرائط وظيفي تكون أكثر دقة عندما يتم جمعها في سلوك الماسح الضوئي لإزالة المحاكمات حيث يخضع أخطاء. ويمكن إزالة هذه الأخطاء، وإذا كان هناك أعداد كافية من الاخطاء من خرائط وظيفي ويمكن تقديم هذه 3،4،5،6. الأهم من ذلك، عند النظر في أوقات ...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

الإفصاحات

ليس لدينا ما يكشف.

شكر وتقدير

بتمويل من الوطنية للعلوم والهندسة مجلس البحوث (NSERC) لJFXD، كلية الصحة في جامعة نيويورك ومؤلف لديه SO دكتوراه التمويل من مشكلة أونتاريو القمار ومركز بحوث (OPGRC).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
اسم المعدات شركة
3 تسلا آلة التصوير بالرنين المغناطيسي سيمنز Magnetom الثلاثي (الاحتفالات، ألمانيا)
iViewX العين تتبع SensoMotoric الآلات، وشركة
BrainVoyager QX البرمجيات الإبداع في الدماغ، ماستريخت، هولندا
أربع زر جويستيك والنماذج الحالية، وشركة فيلادلفيا، بنسلفانيا، الولايات المتحدة الأمريكية

الجدول رقم 1. الكواشف ومعدات معينة.

المراجع

  1. Stroop, J. R. Studies of interference in serial verbal reactions. Journal of Experimental Psychology. 18, 643-662 (1935).
  2. Ovaysikia, S., Tahir, K. A., Chan, J. L., DeSouza, J. F. X. Word wins over face: emotional Stroop effect activates the frontal cortical network. Front Hum. Neurosci. 4, 234(2011).
  3. Hallett, P. E. Primary and secondary saccades to goals defined by instructions. Vision Res. 18, 1279-1296 (1978).
  4. Connolly, J. D., Goodale, M. A., DeSouza, J. F. X., Menon, R. S., Vilis, T. A comparison of frontoparietal fMRI activation during anti-saccades and anti-pointing. J. Neurophysiol. 84, 1645-1655 (2000).
  5. DeSouza, J. F. X., Menon, R. S., Everling, S. Preparatory set associated with pro-saccades and anti-saccades in humans investigated with event-related FMRI. J. Neurophysiol. 89, 1016-1023 (2003).
  6. Everling, S., DeSouza, J. F. X. Rule-dependent activity for prosaccades and antisaccades in the primate prefrontal cortex. J. Cogn. Neurosci. 17, 1483-1496 (2005).
  7. Ford, K. A., Goltz, H. C., Brown, M. R. G., Everling, S. Neural processes associated with antisaccade task performance investigated with event-related fMRI. J. Neurophysiol. 94, 429-440 (2005).
  8. DeSouza, J. F. X., Nicolle, D. A., Vilis, T. Task-dependent changes in the shape and thickness of Listing's plane. Vision Res. 37, 2271-2282 (1997).
  9. Hadjikhani, N. Mechanisms of migraine aura revealed by functional MRI in human visual cortex. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 98, 4687-4692 (2001).
  10. DeSouza, J. F. X. Eye position signal modulates a human parietal pointing region during memory-guided movements. J. Neurosci. 20, 5835-5840 (2000).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

إعادة الطباعة والأذونات

طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه

طلب إذن

تصحيح


Formal Correction: Erratum: Correlating Behavioral Responses to fMRI Signals from Human Prefrontal Cortex: Examining Cognitive Processes Using Task Analysis
Posted by JoVE Editors on 8/03/2012. Citeable Link.

A correction was made to Correlating Behavioral Responses to fMRI Signals from Human Prefrontal Cortex: Examining Cognitive Processes Using Task Analysis. Joseph DeSouza and Laura Pynn middle initials were omitted at publication.

These have been corrected to:

Joseph F.X. DeSouza

Laura K. Pynn

الوسوم

مقالات ذات صلة