加固，Eyetracking，生理监测的功能成像

本教程介绍了一种使用功能性脑成像或 FMRI 研究强化机制的方法。在该协议中，受试者在执行视觉决策任务时进行功能成像，通过扫描仪兼容的护目镜，奖励果汁厌恶、空气抽吸或中性听觉音调的刺激加强了这一刺激。被试者必须决定一组点是快速移动还是缓慢移动。

还监测眼球运动和生理反应，例如呼吸和心率。大家好，我是来自哥伦比亚大学神经科学系 Vince Ferrera 和 Joy Hirsch 实验室的 Jack Grin Band，我是 Franco Past。也来自哥伦比亚大学的实验室。

今天，我们将向您展示一种具有行为强化、生理监测和眼动追踪功能成像的程序。我们在实验室中使用该程序来研究具有正向和负向强化的决策。那么让我们开始吧。

运行 FMR 实验的第一步包括设置和检查设备。在我们的实验中，这些步骤可以按任何顺序完成，受试者会因做出正确的行为反应而获得奖励。有益的刺激是被试最喜欢的饮料，由果汁分配器提供，该分配器控制输送到被试嘴里的液体量。

果汁分配器由一个储液器、一个计算机控制的电磁阀和一根将果汁输送到受试者的长管组成。该分配器的所有电子元件都保存在扫描仪室外，因此它们不会在 MR 信号中引入任何伪影。果汁分配器经过冲洗并装满受试者喜欢的饮料。

在扫描之前，对系统进行测试以确保果汁正在流动。对象会因错误反应而受到 50 毫秒的惩罚，即向眼睛喷气。压力调节器提供受控的空气吹气，受试者会将其评为厌恶但不会造成创伤。

压力调节器最初设置为 30 PSI，并连接到压缩空气源，该气源可以是储气罐或室内空气。电磁阀由计算机信号控制。空气通过一根 16 英寸的 tigon 管输送到受试者，该管的长度小于约 8 英尺。

为了避免阀门打开的时间与压缩空气到达受试者的时间之间的延迟，因此压力调节器位于扫描仪室内，因为任何运动（例如对空气的反应或吞咽过程中的头部运动）都可能将伪影引入 FMRI 图像。咬杆用于最大限度地减少头部运动。咬杆连接到 RF 头线圈上，并有一个由热塑性材料制成的定制咬嘴，用于果汁输送和呼吸气体监测

受试者应该简单地保持上牙和咬嘴之间的良好接触。重要的是要告诉他们不要用力咬住吹嘴。这将导致他们的下巴肌肉疲劳 在实验期间监测心跳，以便以后在数据分析期间消除任何可能由大脑血氧增加引起的伪影，而不是由于神经元活动。

为了测量与心动周期相关的氧合变化，我们使用脉搏血氧仪通过红外传感器测量指尖的血氧氧合。脉搏血氧仪与 MR 兼容，其输出信号通过过滤面板馈送到控制室，在那里被数字化并存储在计算机上。我们还使用呼吸气体监测仪或 RGM 测量呼出的二氧化碳水平来测量呼吸。

由于呼吸会影响血氧，因此 RGM 与 MR 兼容，其输出信号被发送到控制室，在那里它们被数字化并存储在计算机上。视觉刺激由一副兼容扫描仪的护目镜提供，可独立刺激双眼。护目镜包括一个微型红外摄像头，用于测量眼球运动，以便判断被摄体正在看哪里，我们使用红外视频 O 图标跟踪眼球运动。

眼睛的运动会影响视网膜上视觉刺激的位置，从而影响大脑中的视觉反应。受试者也可以使用眼球运动来指示 VA 听觉反应。在这种方法中，红外相机用于跟踪瞳孔的运动。

红外发射器和摄像头内置在一副专门设计的护目镜中。这些护目镜与提供视觉刺激的护目镜相同。来自护目镜的数据由专用计算机处理，该计算机将眼睛的图像转换为水平和垂直眼睛位置的模拟信号。

扫描仪位于一个电屏蔽和磁屏蔽的房间内。从控制室到扫描仪室的所有电信号都通过滤波器面板，去除了任何可能在 MR 图像中产生伪影的频率。在扫描之前，每个受试者都必须经过安全和同意程序。

对研究进行解释，讨论所有风险并征得受试者的同意。此过程旨在保护受试者免受胁迫，并保护他们的隐私和健康。受试者在体内或体外的任何部位接受金属筛查。

在实验之前，受试者自愿限制他们的液体摄入量 6 小时，从而使他们口渴。这样，在实验期间收到的果汁变得非常有益。准备好进行扫描时，拍摄对象必须戴上耳塞以保护耳朵免受扫描仪噪音的影响。

受试者还必须戴上兼容 MR 的耳机才能与研究人员交流并听取指示。在扫描过程中，我们使用 T one 加权结构图像，清楚地定义受试者大脑的形态。拍摄对象被动地躺着，并尽可能保持静止。

在这个持续约 10 分钟的阶段，我们使用 T 两个加权功能序列来显示与神经活动相关的血氧变化。正是在这个阶段，被试通过视觉刺激执行感知决策任务。被试者观察一个移动的点的模式，并对它们的方向或运动速度做出感知判断。

对象通过按下按钮来表示他们的反应。这些反应通过正确的果汁和空气吹奏得到加强。如果不正确，则使用听觉刺激作为次要强化器。

在此阶段持续监测眼球运动。每个实验运行持续 11 分钟，扫描会话中有四次运行。我们使用弥散加权图像 DWI 来确定大脑区域之间的结构连接。

在此阶段。对象一动不动地躺了大约 12 分钟。我们刚刚向您展示了一个功能成像实验，包括行为强化、生理监测和眼动追踪。

我们已经演示了如何使用该程序来研究具有厌恶和竞争强化的决策。就是这样。感谢您的观看，祝您的实验好运。