Brain Imaging Untersuchung der Memory-Effekt der Emotion

Zusammenfassung

Wir präsentieren ein Protokoll, das die funktionelle Magnetresonanztomographie nutzt, um die neuronalen Korrelate des Memory-Effekt der Emotion zu untersuchen. Dieses Protokoll ermöglicht die Identifizierung der Hirnaktivität speziell für Speicher-bezogene Verarbeitung, im Gegensatz zu allgemeinen Wahrnehmungsverarbeitung verbunden und können mit gesunden und klinischen Populationen verwendet werden.

Zusammenfassung

Emotionale Ereignisse neigen dazu, besser als nicht-emotionalen Ereignissen ^1,2 in Erinnerung bleiben. Ein Ziel der kognitiven und affektiven Neurowissenschaft ist es, die neuronalen Mechanismen dieser Effekt der Emotion auf das Gedächtnis zu verstehen. Eine Methode, die sich als besonders einflussreich wurde in der Untersuchung der Speicher-steigernde Wirkung von Emotionen ist die so genannte nachträgliche Erinnerung Paradigma (SMP). Diese Methode wurde ursprünglich benutzt, um die neuronalen Korrelate von nicht-emotionalen Erinnerungen ^{3 zu} untersuchen, und in jüngerer Zeit die wir und andere auch angewendet erfolgreich zum Studium der emotionalen Gedächtnis (reviewed in ^{4, 5-7).} Hier beschreiben wir ein Protokoll, das ermöglicht Untersuchung der neuronalen Korrelate des Memory-Effekt der Emotion mit der SMP in Verbindung mit ereignisbezogene funktionelle Kernspintomographie (fMRI). Ein wichtiges Merkmal des SMP ist eine Trennung der Hirnaktivität spezifisch mit Speicher von mehr allgemeine Tätigkeit mit der Wahrnehmung assoziiert werden können. Darüber hinaus im Rahmen der Untersuchung der Auswirkungen von emotionalen Reizen, ermöglicht SMP Identifikation von Hirnregionen, deren Aktivität anfälliger für emotionale Modulation der sowohl allgemeine / Wahrnehmungs-und Speicher-spezifische Verarbeitung. Dieses Protokoll kann bei gesunden Probanden ^8-15 verwendet werden, sowie in klinischen Patienten, wo es Veränderungen in der neuronalen Korrelate von Emotionen Wahrnehmung und Vorurteile in Erinnerung emotionale Ereignisse, wie sie unter Depressionen leiden und posttraumatischer Belastungsstörung (PTBS ) ^{16, 17.}

Protokoll

1. Experimental Design, methodischen Fragen & Stimuli

Die SMP bestehen aus zwei Aufgaben, eine Codierung Aufgabe und Retrieval-Aufgabe, und die Aufnahme der Gehirnaktivität kann während der Kodierung Aufgabe oder während der beiden Ver-und Retrieval-Aufgaben (siehe Abbildung 1 für ein Diagramm, das Design des SMP) auftreten.

Abbildung 1. Allgemeine Schema der SMP-Design. Hirnregionen, deren Aktivität während der Codierung ist größer für später als für die später vergessene Gegenstände erinnern (R> F) sind mit Kodierung Erfolg (ES) zugeordnet. Auch wenn dieser Unterschied in Speicher (Dm) ³ basiert auf dem Vergleich Hirnaktivität während Retrieval (Hits> Misses) aufgezeichneten Messdaten ist es identifiziert Regionen mit Abruf erfolgreich war (RS) verbunden.

Einige wichtige Aspekte sind in Studien über die SMP mit emotionaler Reize in Betracht gezogen werden:

1. Es ist wichtig für die emotionale Eigenschaften der Reize, wie emotionale Valenz und Erregung / Intensität, Kontrolle, da sie unterschiedliche Auswirkungen auf die emotionale Wahrnehmung und damit auf das emotionale Gedächtnis ^{10, 26, 27.} Häufig verwendete emotionale Reize sind Bilder von der Internationalen Affective Picture System (IAPS) ²³ und Wörter aus dem Affective Normen für die englischen Wörter (NEU) ^24. Dass die emotionalen Eigenschaften eines Reizes (siehe ²⁵⁾ zu definieren IAPS Bilder und ANEW Worte sind auf zwei wichtige affektive Dimension (- - Grad der Annehmlichkeit oder Unannehmlichkeit, und Erregung die emotionale Intensität, dh Valenz) gesteuert. Eine weitere Kategorie von Reizen häufig in Emotionsforschung verwendet werden menschliche Gesichter mit emotionalen Ausdrücken, wie uns die aus den Pictures of Facial Affect ( http://www.paulekman.com ) und die NimStim ( http://www.macbrain.org/ ) setzt.
2. Andere Faktoren, deren Manipulationen kann auch Auswirkungen auf die Gedächtnisleistung und damit dazu beitragen, die Vielseitigkeit dieses Protokoll gehören: a. Unterschiede in der Art der Codierung Aufgabe verwendet (dh zufällige ^{11, 13, 19} oder vorsätzliche ^{8, 20),} b. die Kodierung Schwerpunkt in Bezug auf den emotionalen Gehalt der Reize (mit emotionalen ^{8, 11} oder non-emotionale Aspekte wie das Hauptaugenmerk ^{13, 19} ie) und c. die Art der Retrieval-Aufgabe verwendet werden (dh wieder zu ^{8, 11} oder Anerkennung ^{12, 20).} Darüber hinaus Reizdauer wirkt sich auch auf die Gedächtnisleistung ^21, und damit sollte es auch in Betracht gezogen werden, zusammen mit den oben genannten Faktoren.
3. Andere mögliche Störvariablen, wie die Anwesenheit von Menschen in und visuelle Komplexität der emotionalen und neutralen Bildern ¹¹ sollte auch für die gesteuert werden.
4. Es ist wichtig, dass Speicher-Performance für die Bedingungen von Interesse in angemessener reicht, dass faire statistische Vergleiche von Verhaltenstherapie und Bildgebung des Gehirns Daten erlauben fällt. Zum Beispiel in unserem cued-Recall Aufgaben, war der Anteil der erinnerten und vergessenen Studien rund 50% ^{8, 11.} Da jedoch in zwei-Choice-Aufgaben Anerkennung dieser Leistungsklasse in der Nähe Chance sein würde, ist insgesamt höheren Leistungsniveau zu erwarten. In diesem Fall kann fairen Vergleich zwischen erinnert und vergessen Bedingungen nach dem Zufallsprinzip eine kleinere Zahl von erinnerte Studien, um die Anzahl der vergessenen Studien gleichzusetzen erreicht werden. Darüber hinaus sollte eine Verbesserung der Wirkung von Emotionen auf das Gedächtnis auch in der Verhaltensdaten, die sich in größerer Anteil der erinnerten Studien für emotionale als für neutrale Elemente.
5. Es ist auch ratsam, die Stimmung Induktion vermieden werden, da diese auch beeinflussen können, die Leistung ²² sein. Dies kann durch Pseudo-Zufallszahlen-die emotionale Reize, um sicherzustellen, dass nicht mehr als 2-3 Reize der gleichen Wertigkeit nacheinander ¹¹ dargestellt erfolgen.

2. Vorbereitung der Betreff für die Scan

Alle Themen bieten informed consent vor dem Ausführen von dem experimentellen Protokoll, das von einem Ethikrat genehmigt wurde geschrieben.

Vor dem Eintritt in die Scanning Zimmer

1. Etwa 45 Minuten vor dem Scannen jedes Thema abgeschlossen Fragebögen an insgesamt emotionalen Zustand und Angst Level ^{28, 29} zu beurteilen. Diese ersten Einschätzungen sind in Kombination mit post-session Einschätzungen zum Screening von Veränderungen in der Stimmung / Angstzuständen als Folge der Teilnahme an der Studie.
2. Nach dem Ausfüllen der Fragebögen ist der Gegenstand der Scan-Verfahren unterrichtet wird und spezifische Anweisungen für das Verhalten Aufgabe. Das Thema füllt auch die eine kurze Trainingseinheit, um sich mit der Aufgabe.

Eingabe des Scanning Zimmer

3. Das Thema wird angewiesen, sich rücklings auf den Scan-Bett liegen, mit zusätzlichen Polsterung für den Kopf, und erhält einen Gehörschutz. Außerdem kann der nicht klebenden Seite der Länge des Bandes leicht rund um das Thema auf die Stirn zu minimieren Bewegung gewickelt werden.
4. Vor dem Scannen wird das Thema der rechten Hand auf eine Antwort Feld positioniert und die Antwort-Box getestet. Vor Beginn der Datenerhebung, sollte dafür gesorgt werden, dass das Thema kann die Projektion deutlich zu sehen sein. Ein Not-Aus-Taste ist in der Nähe des Subjekts freie Hand so platziert, dass er / sie keine dringende Notwendigkeit, um den Scanner zu stoppen hinweisen können.
5. In unseren Untersuchungen wurden Stimuli mit CIGAL, ein in-house Daten Präsentations-Software-Programm ^30, aber auch andere Software zur Verfügung, einschließlich E-prime, SuperLab, Präsentation, und der Matlab-basierten Psychtoolbox.
6. Basierend auf unseren Untersuchungen, empfehlen wir, dass die Dauer der gescannten Aufgaben mit Emotion Stimulation sollte nicht länger als 1h, und die Gesamtzeit der Untersuchung sollte nicht länger als 2 Stunden, auch, wenn möglich, diese in klinischen Gruppen reduziert werden sollte ^17.

3. Datenerfassung und-verarbeitung

Scanparametern

In der ursprünglichen Studie von Dolcos und Kollegen ¹¹ wurden MRT-Daten auf einem 1,5-Tesla-Scanner GE gesammelt. TE = 40ms;; FOV Full-Hirn-Berichterstattung war über 34 zusammenhängende Gradienten-Echo echoplanar Bilder (EPI) empfindlich auf Blood Oxygen Level Dependent (BOLD) hingegen parallel zur AC-PC-Ebene in der axialen Ebene (TR = 3000ms definiert erworben = 64 ² Bildmatrix; FA = 90 °; Schichtdicke = 3,75 mm). Die Scan-Parameter verwendet hier gut geeignet sind, um Aktivierungen im medialen Temporallappen-(MTL) Strukturen zu identifizieren, aber auch andere Scan-Parameter für eine höhere räumliche Auflösung optimiert kann auch ^33-35 verwendet werden.

Post-Scanning Procedures

1. Das Thema schließt Fragebögen an staatlichen Stimmung und Angst Ebenen zu bewerten und, wenn nicht vor dem Scan-Sitzung durchgeführt, Beurteilung von Persönlichkeitsmerkmalen (zB Neurotizismus, emotionale Erregbarkeit) kann auch abgeholt werden.
2. Wenn Abruf Tätigkeit nicht während des Scan-Sitzung aufgenommen wurde, kann der Retrieval-Aufgabe nach dem Scan-Sitzung durchgeführt werden, oder zu einem späteren Zeitpunkt. Wenn nicht bereits im Scanner durchgeführt wird, kann eine emotionale Bewertung Aufgabe verwendet werden, um das Thema der emotionalen Reaktion auf die Reize zu beurteilen. Auf diese Weise kann die Trennung von emotionalen und neutralen Kategorien auf der Grundlage der Teilnehmer bewerten getan werden, anstatt auf der Grundlage der normativen Werte. Allerdings sollte diese Aufgabe nach dem Retrieval-Aufgabe durchgeführt werden.
3. Zur Maximierung der Wirkung von Emotionen auf das Gedächtnis, braucht eine minimale Verzögerung von ~ 20 Minuten, um zwischen Kodierung und Abfrage ¹⁸ auftreten. Allerdings kann die Verzögerung sehr viel länger, von Minuten bis zu Tagen, Wochen und Monate, da die Auswirkungen von Emotionen auf das Gedächtnis kann dauerhafte und emotionale Erinnerung neigt dazu, Überstunden bestehen im Vergleich zu neutralen Erinnerung ^{12, 13.}

Der Memory Task-

Der Schwerpunkt in der vorliegenden Protokoll basiert auf Ergebnissen einer Studie mit einer cued-Recall-Speicher-Test ^11, in denen die Teilnehmer waren mit verbalen Hinweisen für jedes Bild zur Verfügung gestellt und sie mussten schriftlich Informationen über die Bilder, die sie sich erinnern konnte, liefern. Jedoch können auch andere Retrieval-Aufgaben verwendet werden. Von besonderer Bedeutung ist die sogenannte RK Paradigma ^31, ein Speicher Anerkennung Aufgabe, in der Teilnehmer kategorisieren jedes abgerufene Element abhängig davon, ob sie sich erinnern spezifischen kontextuellen Details aus encoding (Remember Antworten) oder einfach nur das Gefühl der Vertrautheit, dass sie die Positionen anzutreffen ( Know Antworten). Gebrauchte mit fMRI und emotionale Reize, ermöglicht diese Aufgabe nicht nur die Dissoziation des neuronalen Korrelate der Erinnerung-vs Vertrautheit-Retrieval ³² aber auch Identifikation der unterschiedlichen Wirkungen von Emotionen auf diese beiden Arten des Abrufs und der damit verbundenen neuronalen Korrelate ^12.

fMRI Data Analysis

Statistische Parametric Mapping (SPM: ( http://www.fil.ion.uc.uk/spm/ ) in Kombination mit in-house Matlab-basierte Tools wurden für die Datenanalyse verwendet Pre-Processing umfasst in der Regel:. Qualitätssicherung, Bild Ausrichtung, ist Bewegung Korrektur, Co-Registrierung, Normalisierung und Glättung (8 mm ³ Kernel), aber wenn-Analysen anatomisch definierten Regions of Interest (ROI) beinhalten, erhöhte räumliche Spezifität erreicht, wenn die Daten nicht geglättet und normiert (siehe ^11). Individual-und Gruppen-Ebene statistische Analysen beinhalten Vergleiche Encoding / Retrieval Hirnaktivität bei zukünftigen mich aufMory Leistung. Die modulatorische Wirkung von Emotionen auf Speicher-bezogene Aktivität kann in Bereichen, in denen größere ES / Dm oder RS-Aktivität für emotionale als für neutrale Reize (siehe Abbildung 2) zu sehen. Ermittlungen gegen MTL Aktivität ermöglichen Identifizierung von funktionellen Dissoziationen, die den emotionalen Gehalt der Reize (emotionale vs neutral Speicher; ¹¹⁾ verbunden sind, wobei die Art des Gedächtnisses untersucht (Punkt vs Source-Speicher; ^19), oder die Art des Abrufs Aufgabe (Erinnerung-vs Vertrautheit basierende, ^{12, 36).} Untersuchung des Gehirns Regionen außerhalb des MTL besonders Zielgebiete im präfrontalen Kortex (PFC), die unterschiedlich in emotionale vs neutral Speicher ^{10, 20} beteiligt sind.

Abbildung 2. Identification of Memory-Related Hirnaktivität Anfällig für Emotion Modulation Neben die zur Identifizierung des Speicher-bezogene Aktivität des Gehirns, die empfindlich auf Emotionen Modulation (EmoDm / RS> NeuDm / RS, das heißt, zeigt Emotionen x-Speicher-Wechselwirkungen) ist., Dieses Design auch ermöglicht die Identifizierung von Hirnregionen, deren Aktivität spiegelt Emotionen Auswirkungen auf die allgemeine / Wahrnehmungsverarbeitung [(Emotion R + Emotion F)> (Neutral R + Neutral F), dh welche wesentlichen Auswirkungen von Emotion], sowie die allgemeinen Auswirkungen des Gedächtnisses [( Emotion R + Neutral R)> (Emotion F + Neutral F), dh welche wesentlichen Auswirkungen der Erinnerung].

4. Repräsentative Ergebnisse:

Der Einsatz der SMP in Studien emotionales Gedächtnis hat sich in Licht auf die neuronalen Korrelate des Memory-Effekt der Emotion erfolgreich. Providing starke Unterstützung für die Modulation Hypothese ^{37, 38,} haben Studien von Speicher-Kodierung Beweise dafür gefunden, unterstützt die Idee, dass Emotionen Gedächtnis durch modulatorische Einflüsse aus der Amygdala, einer Hirnregion, in emotion Verarbeitung beteiligt verstärkt auf Aktivität im Speicher-bezogene Hirnregionen, wie als medial-Temporallappen (MTL 11, siehe Abbildung 3) und dem präfrontalen Cortex (PFC ^10). Darüber hinaus bieten Studien das Abrufen von Erinnerungen ein weiterer Beweis, dass die Modulation Hypothese gilt auch für Abruf, und dass verschiedene MTL Regionen sind unterschiedlich in Erinnerung-vs Vertrautheit basierende Abruf von emotional Speicher ¹² beteiligt.

Abbildung 3. Belege für die Modulation Hypothese. Die Unterstützung der Modulation Hypothese wurde die Memory-Effekt der Emotion mit erhöhtem ES / Dm-Aktivität (A) in und Interaktionen (B) zwischen der Amygdala und dem MTL-Memory-System (dargestellt in C & D) zugeordnet . Die Balkendiagramme vergleichen Prozent Signaländerung für emotionale und neutrale ES / Dm, als von der Spitze Aktivierung Scheibe extrahiert und gemittelt über Hemisphären. Die Streudiagramme zeigen die Co-Variation zwischen ES / Dm Aktivität in der Amygdala und dem entorhinalen Kortex für emotionale und neutrale Bilder. ES / Dm = Encoding Success / Differenz aufgrund Memory. Von Dolcos et al. ^11, mit freundlicher Genehmigung.

Diskussion

Diese experimentelle Protokoll ermöglicht Untersuchung der neuronalen Korrelate des Memory-Effekt der Emotion, durch die gezielte Trennung der Speicher-bezogene Aktivität des Gehirns, die anfällig für Modulation von Emotionen aus der Tätigkeit in Hirnregionen anfällig für Emotionen Modulation während general / Wahrnehmungsverarbeitung ist. Dieses Design wurde in Erweiterung der Kenntnisse über die neuronalen Mechanismen, die die Auswirkungen von Emotionen auf das Gedächtnis instrumental, und angesichts seiner Vielseitig...