Name: Die Erforschung der neuronalen Mechanismen der Aware und Unkenntnis Angst Speicher mit fMRI (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2011-10-06T12:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 51 s
Description: Erfahren Sie die neuronalen Mechanismen bewusster und unbewusster Angstgedächtnisse mittels fMRI und Hautleitfähigkeitsmessung. Diese Methode ermöglicht die Untersuchung von Hippocampus- und Amygdala-Aktivität während der Furchtkonditionierung.

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Unterstützung durch die University of Alabama in Birmingham Faculty Development Grant Program.

1. Psychophysiologie Die Biopac Systems, Inc. physiologischen Monitoring-System (siehe Tabelle der spezifischen Ausrüstung) ist Nicht-Standard-Ausrüstung in den meisten bildgebenden Einrichtungen. Schedule 15-30 Minuten vor der Ankunft Teilnehmer einzurichten physiologischen Überwachung und andere Geräte in diesem Protokoll beschrieben (Abb. 1). <ol><li> Schließen Sie eine Leitwarte Computer-Betriebssystem AcqKnowledge (Biopac Systems, Inc.) physiologischen Monitoring-Software, die Biopac MP150 (MP150WSW) mit einem Standard-Ethernet-Crossover-Kabel (CBLETH2). </li><li> Schließen Sie das Biopac Isolated Digital Interface (STP100C) an eine Leitwarte Computer-Betriebssysteme Presentation (Neuropsychologische Systems, Inc; Albany, CA)-Software mit einem DB25 M / F Flachbandkabel. </li><li> Schließen Sie das Biopac GSR-Verstärker (EDA-100C-MRI), um die HF-Interferenzfilter (MRIRFIF) innerhalb der Leitwarte über ein abgeschirmtes Verlängerungskabel (MECMRI-3). </li><li> Verbinden Sie den RF Interferenzfilter (MRIRFIF), um ein abgeschirmtes Verlängerungskabel (MECMRI-1) in der MRT-Untersuchung Kammer. </li><li> Schließen Sie das abgeschirmte Verlängerungskabel, um Kohlefaser-Drähte (LEAD 108), die Radio-transluzente Elektroden (EL508) zu befestigen. Hinweis: Twisting die Leitungen in einer engen Spirale reduziert Artefakte in der Hautleitfähigkeit Daten, die beim Scannen erstellt werden können. </li><li> Bringen Sie Radio transluzenten Elektroden (EL508) an der distalen Phalanx des Mittel-und Ringfinger der Teilnehmer mit der linken Hand. </li><li> Aufgrund der Beschaffenheit des Scanning-Ausrüstung, sind MRT Kammer Raumtemperaturen oft unter 21 ° C eingestellt Decken Sie die Teilnehmer mit einer Decke zur Hand Temperatur zu halten. </li></ol> 2. Verhaltensreaktionen (Joystick) <ol><li> Schließen Sie eine Leitwarte Computer-Betriebssysteme Presentation Software (Neuropsychologische Systems, Inc; Albany, CA) auf dem Joystick der forp Interface Unit (Current Designs, Inc; Philadelphia, PA) unter Verwendung eines USB-Mini-Kabel. </li><li> Verbinden Sie ein Glasfaser-Kabel an den forp Interface Unit in der Leitwarte, dann das Kabel durch einen Wellenleiter in den MRT-Raum. </li><li> Schließen Sie das LWL-Kabel mit dem MR-kompatiblen Joystick. </li><li> Direkte Teilnehmer an den Joystick in eine komfortable und leicht zu erreichen Position zu bringen. </li></ol> 3. Stimulus Präsentation <ol><li> Schließen Sie eine Leitwarte Computer-Betriebssysteme Presentation Software, um die externen VGA-und Audio-Ports des IFIS-SA (Invivo Corp, Orlando, FL) Leitwarte Konsole (Abbildung 1). </li><li> Die LWL-Kabelverbindungen zwischen dem IFIS Leitwarte Konsole und dem IFIS Peripheral Interface Unit innerhalb der MRI Kammer, sowie die Verbindungen zwischen den Peripheral Interface Unit und die Audio / Visual Display Unit. </li><li> Legen Sie die Audio / Visual Display Unit hinter dem Kopf-Spule, so dass die Teilnehmer können den Monitor durch einen Spiegel an der Kopf-Spule zu sehen. </li><li> Schließen Sie das Audio / Visual Display Unit akustische Interface-Box, die IFIS Systems MR-kompatible Stereo-Kopfhörer mit Vinyl-Schlauch. </li><li> Kalibrieren Sie die Lautstärke der akustischen Reize mit einem Schalldruckpegel Meter. </li></ol> 4. Versuchsdurchführung <ol><li> Informieren Sie die Teilnehmer, dass 2 Töne mehrmals während der Studie vorgestellt werden, und dass die Lautstärke der Töne nach oben und unten variieren ihre Wahrnehmungs-Schwelle (Abbildung 2). </li><li> Direkte Teilnehmer auf einen Knopf am Joystick-Box sofort push beim Hören entweder Ton, dann auf aktualisieren ihre Erwartung nach Erhalt der UCS, indem Sie den Joystick, um die Position eines rating bar auf einer Skala von 0 bis 100 (Abbildung 3) zu kontrollieren. </li><li> Weisen Sie die Teilnehmer, ihre UCS Lebenserwartung auf einer kontinuierlichen Skala von 0 bis 100 bewerten. Informieren Sie ihnen, dass Bewertungen von 0 zeigen sie sicher sind die UCS nicht vorgestellt werden, zeigen Bewertungen von 50 sind sie unsicher, ob die UCS präsentiert werden, und Bewertungen von 100 anzuzeigen, dass sie sicher, dass die UCS präsentiert werden. Direkte Teilnehmer, andere Werte auf der Skala zu verwenden, um Zwischen-Erwartungen geben. Dann können die Teilnehmer den Umgang mit dem Joystick, um Bewertungen zu machen. </li><li> Expose Teilnehmer zu einem Differential Angstkonditionierung Verfahren unter Verwendung von 2 Töne (700 &amp; 1300 Hz; 10s Dauer, 20s ITI) als bedingte Reize (CS) und ein lautes weißes Rauschen (100 dB, 500 ms) als die BKS. </li><li> Derzeit 60 Studien der CS + (coterminating mit dem UCS) und 60 Studien zu den CS-(dargestellt ohne den UCS) in einer Pseudo-Ordnung, so dass nicht mehr als 2-Studien des gleichen CS nacheinander vorgestellt werden. </li><li> Gegengewicht zu den Tönen, die wie die CS + und CS-in Teilnehmer dienen. </li><li> Modulation der Lautstärke des CS + und CS-unabhängig. Passen CS Volumen auf den nachfolgenden Studie mit dem gleichen CS. Abnahme CS Volumen 5dB, wenn eine Taste drücken wird (dh nach einem wahrgenommenen Studie). Erhöhen Sie die Lautstärke 5dB, wenn eine Taste drücken wird nicht vorgenommen (dh nach einer unbemerkten Studie). </li></ol> ve_title "&gt; 5. Scanverfahren <ol><li> Sammeln Standard hochauflösende T1-gewichteten strukturellen Bildern (z. B. MPRAGE) als anatomische Referenz für funktionelle Daten dienen. </li><li> Sammeln Sie BOLD fMRI des gesamten Gehirns während der Konditionierung Verfahren. Sechsunddreißig, sollte 4mm dicke Scheiben ausreichend sein, um das Gehirn mit relativ Standard-Imaging-Parameter (zB TR = 2000ms, TE = 30ms, FOV = 24cm, 64x64 Matrix) zu decken. Synchronisieren Sie die fMRI Akquisition mit Stimulus-Präsentation mit einem fMRI-Trigger-Box. </li></ol> 6. SCR Data Acquisition &amp; Analysis <ol><li> Beispiel Hautleitfähigkeit bei 2.000 Hz mit AcqKnowledge Software und der MR-kompatiblen Biopac physiologischen Monitoring-System im Abschnitt 1 beschrieben. </li><li> Tragen Sie eine 1 Hz Infinite Impulse Response (IIR) Tiefpass digitale Filter, um die Hautleitfähigkeit Daten zu Artefakten bei der Bildgebung erzeugt reduzieren (siehe Abbildung 4). </li><li> Resampling der Hautleitfähigkeit Daten bei 250 Hz. </li><li> Berechnen Sie SCR als die Differenz in Hautleitfähigkeit von Reaktion Beginn bis zum Ansprechen Höhepunkt. </li><li> SCR-Daten können Quadratwurzel transformiert, um die Verteilung der Antwort Amplituden vor die statistische Analyse zu normalisieren. </li></ol> 7. UCS Expectancy Data Acquisition &amp; Analysis <ol><li> Beispiel (40 Hz) und notieren UCS Lebenserwartung Daten mit Präsentationssoftware. </li><li> Berechnen UCS Lebenserwartung als der Durchschnitt (1s Probe) Antwort während der letzten Sekunde der CS-Präsentation. </li></ol> 8. Functional MRI Data Acquisition &amp; Analysis <ol><li> Komplette Standard-Vorverarbeitung der Bildgebung des Gehirns (zB Scheibe Timing-Korrektur, Bild-Registrierung, räumliche Glättung) mit einem funktionellen Bildgebung Analyse-Software-Paket (z. B. AFNI 18). </li><li> Erstellen Sie Standard-Plage (zB Bewegung) und Stimulus-based Regressoren für wahrgenommene und nicht wahrgenommene Studien der CS + und CS-, sowie der UCS. </li><li> Erstellen Sie eine motorische Antwort-based Referenzsignal als ein Ärgernis Regressor zu berücksichtigen motorischen Aktivität im Zusammenhang mit Knopfdruck Antworten zu dienen. <ol class="lalpha"><li> Erstellen Sie ein Stick-Funktion, die Codes für den Zeitpunkt der Taste Reaktionen. </li><li> Convolve die Taste drücken Stick-Funktion mit dem kanonischen hämodynamischen Antwortfunktion (HRF). </li></ol></li><li> Create motorische Antwort-based Referenzsignal als ein Ärgernis Regressor zu berücksichtigen motorischen Aktivität im Zusammenhang mit Joystick Reaktionen dienen. <ol class="lalpha"><li> Erstellen Sie ein Stick-Funktion, die Codes für den Zeitpunkt der Änderungen in der Steigung (z. B. Hang absolute Wert&gt; 10) von UCS Lebenserwartung Bewertungen. </li><li> Convolve den Joystick Hang-Stick-Funktion mit der kanonischen HRF. </li></ol></li><li> Führen ersten Ebene Analysen mit allen Reiz-basierte und Belästigung Regressoren. </li><li> Führen Sie eine zweite Ebene ANOVA mit wiederholten Messungen auf Regionen, in denen die Aktivierung zeigt ein Haupteffekt der CS-Typ, ein Haupteffekt der Wahrnehmung, oder ein CS Typ X Wahrnehmung Interaktion zu identifizieren. </li></ol> 9. Repräsentative Ergebnisse: Die Methodik hier vorgestellten führt in der Regel relativ hohe Lebenserwartung UCS Bewertungen während wahrgenommen CS + Studien und geringe Einschaltquoten während wahrgenommen CS-Studien (Abbildung 5) 10,15,19. Solche Ergebnisse zeigen die Teilnehmer sind sich der CS-UCS Eventualitäten. Auf unbemerkt Studien UCS Lebenserwartung Bewertungen in der Regel unverändert bleiben von der Vor-CS Bewertungen. UCS Anwartschaften auf diesen unbemerkt CS + und CS-Tests in der Regel fallen fast 50 zeigt die Teilnehmer sich nicht sicher, ob der UCS wird 10,15,19 (Abbildung 5) vorgestellt werden. Diese Unfähigkeit, Differential UCS Lebenserwartung Bewertungen für das unbemerkt CS + und CS-Produktion zeigt, dass die Teilnehmer nicht in der Lage, ihre Kontingenz Bewusstsein für unbemerkt Klimaanlage Studien (Abbildung 6) zum Ausdruck bringen. Im Gegensatz dazu haben das Lernen im Zusammenhang mit Veränderungen in der SCR sowohl während wahrgenommen und unbemerkt Klimaanlage Studien 10,15,19 beobachtet worden. Im Einzelnen wurden SCRs größer, um die wahrgenommene CS + als auf die wahrgenommene CS-. Ebenso haben größere SCRs während unbemerkt CS nachgewiesen + als unbemerkt CS-Studien 10,15,19 (Abbildung 6). Zusammengenommen zeigen diese Verhaltens-und vegetativen Daten Angstkonditionierung mit Kontingenz bewusst auf die wahrgenommene Studien und Angstkonditionierung ohne Kontingenz Bewusstsein für unbemerkt Studien. Die funktionelle Bildgebung Forschung mit dieser Methode hat das Lernen im Zusammenhang mit hippocampalen Aktivierung auf wahrgenommene gezeigt, aber nicht unbemerkt Klimaanlage Studien 15 (Abbildung 7). Im Gegensatz dazu war Differential Amygdala-Aktivität auf beiden wahrgenommen und unbemerkt Klimaanlage Studien 15 bei. Diese Ergebnisse stehen im Einklang mit der Ansicht, dass der Hippocampus Prozesse rund um die Kontingenz bewusst unterstützt, während die Amygdala unterstützt CR Ausdruck mit und ohne Bewusstsein. / 3083/3083fig1.jpg "alt =" Bild 1 "/&gt; Abbildung 1. Diagramm der Grundausstattung für Stimulus-Präsentation und Verhaltensstörungen / psychophysiologische Reaktion Überwachung. Präsentations-Software wird verwendet, um Audio-visuelle Reize und überwachen UCS Lebenserwartung Bewertungen durch Bewegen eines Joysticks mit der rechten Hand vorzustellen. AcqKnowledge Software und Biopac Geräte werden verwendet, um die Hautleitfähigkeit von der linken Hand zu überwachen. Solid (Biopac), zeigen einzelne gestrichelte (IFIS Audio-Visual) und Doppel-gestrichelten Linien (LWL Joystick) Kabel für verschiedene Stimulus-Präsentation und Reaktion Überwachungssysteme. Schwarze Pfeile geben die Richtung des Informationsflusses. <img src="/files/ftp_upload/3083/3083fig2.jpg" alt="Abbildung 2" data-altupdatedat="1787634011000" data-alt="Abbildung 2"> Abbildung 2. Bedingten Reize. Präsentieren Sie die CS + und CS-in eine Pseudo-Ordnung, so dass nicht mehr als 2-Studien des gleichen CS nacheinander vorgestellt werden. Variieren Sie die Lautstärke des CS + und CS-unabhängig. Wenn ein CS wahrgenommen wird (durch Drücken einer Taste), Abnahme CS Volumen 5dB auf den nachfolgenden Versuch des gleichen CS. Wenn ein CS ist unbemerkt (angezeigt durch keine Taste drücken), erhöhen CS Volumen 5db auf den nachfolgenden Studie mit dem gleichen CS. <img src="/files/ftp_upload/3083/3083fig3.jpg" alt="Abbildung 3" data-altupdatedat="1787634011000" data-alt="Abbildung 3"> Abbildung 3. UCS Lebenserwartung Rating-Skala. Weisen Sie die Teilnehmer, ihre Erwartung von UCS-Präsentation auf einer Skala von 0 bis 100 bewerten. Bewertungen von 0 angeben Sicherheit die UCS nicht vorgestellt werden, zeigen Bewertungen von 100 Sicherheit der UCS präsentiert werden, und Ratings von 50 spiegeln die Unsicherheit, ob die UCS präsentiert werden. Intermediate Bewertungen sollten verwendet werden, um Abstufungen in UCS Lebenserwartung anzugeben. <img src="/files/ftp_upload/3083/3083fig4.jpg" alt="Abbildung 4" data-altupdatedat="1787634011000" data-alt="Abbildung 4"> Abbildung 4. Vergleich von Roh-und gefiltert Hautleitfähigkeit Daten. a) Raw Hautleitfähigkeit Daten während der fMRI gesammelt. b) Die Hautleitfähigkeit Daten nach Anwendung einer 1Hz IIR-Tiefpassfilter. <img src="/files/ftp_upload/3083/3083fig5.jpg" alt="Abbildung 5" data-altupdatedat="1787634011000" data-alt="Abbildung 5"> Abbildung 5. UCS Lebenserwartung Bewertungen. -Teilnehmer in der Regel melden hohe UCS Anwartschaften auf die wahrgenommene CS + Studien und niedrige Erwartungen auf die wahrgenommene CS-Studien. UCS Anwartschaften auf unbemerkt CS + und CS-Tests unterscheiden sich nicht. <img src="/files/ftp_upload/3083/3083fig6.jpg" alt="Abbildung 6" data-altupdatedat="1787634011000" data-alt="Abbildung 6"> Abbildung 6. UCS Lebenserwartung und SCR. Unterschiede in UCS Lebenserwartung werden in der Regel auf die wahrgenommene CS + und CS-Studien beobachtet, was die Teilnehmer sind sich der Reiz Eventualitäten. Auf unbemerkt Studien UCS Lebenserwartung Bewertungen in der Regel nicht unterscheiden Angabe Teilnehmer sind nicht in der Lage, ihre Kontingenz Bewusstsein auszudrücken. Im Gegensatz dazu sind die Unterschiede in konditioniert SCRs in der Regel auf beiden wahrgenommen und unbemerkt Klimaanlage Studien beobachtet. Solche Erkenntnisse reflektieren gelernt Angst Ausdruck (dh auf die wahrgenommene Studien) und ohne (dh unbemerkt Studien) Kontingenz Bewusstsein. <img src="/files/ftp_upload/3083/3083fig7.jpg" alt="Abbildung 7" data-altupdatedat="1787634011000" data-alt="Abbildung 7"> Abbildung 7. Functional MRI des Hippocampus und Amygdala. Hippocampus Antworten sind in der Regel größer, um den CS + als CS-on wahrgenommen, aber nicht unbemerkt Klimaanlage Studien. Differential Amygdala Antworten sind in der Regel auf beiden wahrgenommen und unbemerkt Klimaanlage Studien beobachtet. Diese Ergebnisse stehen im Einklang mit der Ansicht, dass der Hippocampus Prozesse rund um die Kontingenz bewusst unterstützt, während die Amygdala unterstützt Angst Ausdruck mit und ohne Bewusstsein.

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</ol>

Keine Interessenskonflikte erklärt.

Die Angstkonditionierung beschriebene Methodik hier bietet ein Mittel, um die neuronalen Mechanismen der bewusst und unbewusst Angst Speicher Prozesse zu untersuchen. Diese Methode nutzt die gleichzeitige Überwachung von Verhaltens-, vegetative und fMRI-Daten. Überwachung Verhaltensstörungen (dh UCS Lebenserwartung) und vegetative Reaktionen (zB SCR) ist eine kritische Komponente dieser Methode. UCS Lebenserwartung bietet die Möglichkeit, Kontingenz Bewusstsein beurteilen, während SCR bietet einen Index der CR Ausdruck....

<table border="1"><tbody><tr><td> Ausstattung </td><td> Firma </td><td> Artikelnummer </td></tr><tr><td> Integrierte Funktionelle Imaging System (IFIS-SA) </td><td> Invivo Corp, Orlando, FL </td><td></td></tr><tr><td> Master Control Unit (befindet sich in der Leitwarte) Peripheral Interface Unit (befindet sich in der MRT-Kammer) Audio / Visual Display Unit (befindet sich in der MRT-Kammer), beinhaltet: <ul><li> 6,4 &quot;(Diagonale) LCD Bildschirm <ul><li> 640 x 480 Auflösung und 15 ° Sichtfeld </li></ul></li><li> akustischen Interface-Box <ul><li> liefert pneumatische Ton in Stereo </li></ul></li><li> MR-kompatible Stereo-Kopfhörer </li></ul></td><td></td><td></td></tr><tr><td> Physiologische Überwachung SYSTEM </td><td> Biopac Systems, Inc., Goleta, CA </td><td></td></tr><tr><td> Datenerfassung und-Analyse-System für Windows (MP150) Isolierte Digital Interface (Digital Interface) Galvanic Skin Response (GSR) Amplifier MRI Cable / Filter-System, um Transducer Amplifier Set beinhaltet: <ul><li> MRI-Verlängerungskabel (Kammer-Filter) </li><li> RF Interferenzfilter </li><li> MRI-Verlängerungskabel (GSR Verstärker-Filter) </li></ul> Zusätzliche Komponenten: DB25 M / F Flachbandkabel Einweg röntgenstrahldurchlässig Elektroden Carbon führt </td><td></td><td valign="top"> MP150WSW STP100C EDA100C-MRI MECMRI-TRANS - MECMRI-1 - MRIRFIF - MECMRI-3 CBL110C EL508 LEAD108 </td></tr><tr><td> JOYSTICK </td><td> Aktuelle Designs, Inc., Philadelphia, PA </td><td></td></tr><tr><td> Legacy-Joystick </td><td></td><td> HH-JOY-4 </td></tr><tr><td> Legacy-forp Schnittstelle </td><td></td><td> FIU-005 </td></tr></tbody></table>

die erforschung der neuronalen mechanismen der aware und unkenntnis angst speicher mit fmri

Investigating the Neural Mechanisms of Aware and Unaware Fear Memory with fMRI

Pawlowsche Angstkonditionierung wird oft in Kombination mit der funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRI) bei Menschen verwendet werden, um die neuronalen Substrate des assoziativen Lernens 1-5 zu untersuchen. In diesen Studien ist es wichtig, Verhaltensstörungen Beweis Klimaanlage sorgen, dass Unterschiede in der Hirnaktivität lernen Zusammenhang und korrelierte mit menschlichem Verhalten zu überprüfen. Angstkonditionierung Studien oft zu überwachen autonomen Reaktionen (zB Hautleitfähigkeit, SCR) als Index für Lernen und Gedächtnis 6-8. Darüber hinaus können andere Verhaltensmaßnahmen liefern wertvolle Informationen über den Lernprozess und / oder andere kognitive Funktionen, die Konditionierung beeinflussen. Zum Beispiel haben die Auswirkungen unbedingten Reiz (UCS) Anwartschaften auf die Expression der konditionierte Reaktion (CR) und unbedingten Reaktion (UCR) ein interessantes Thema wurde in mehreren neueren Studien 9-14. SCR und UCS Lebenserwartung Maßnahmen haben vor kurzem in Verbindung mit fMRI verwendet worden, um die neuronalen Substrate bewusst und unbewusst Angst Lern-und Gedächtnisprozesse 15 zu untersuchen. Obwohl diese kognitiven Prozesse können zu einem gewissen Grad nach der Konditionierung Sitzung ausgewertet werden, können post-Konditionierung Einschätzungen nicht messen Erwartungen auf eine trial-to-probeweise und sind anfällig für Störungen und Vergessen, sowie andere Faktoren, die Ergebnisse verzerren können 16,17 . Die Überwachung des autonomen und Verhaltensreaktionen gleichzeitig mit fMRI bietet einen Mechanismus, mit dem die neuronalen Substrate, die komplexen Zusammenhänge zwischen kognitiven Prozessen und Verhalten / autonome Reaktionen vermitteln beurteilt werden kann. Doch die Überwachung des autonomen und Verhaltensreaktionen in der MRT-Umgebung stellt eine Reihe von praktischen Problemen. Insbesondere 1) Standard-Verhaltens-und physiologische Überwachungseinrichtungen von eisenhaltigen Materialien, die nicht sicher in der Nähe des MRT-Scanner, 2 verwendet werden soll gebaut), wenn das Gerät außerhalb des MRT-Kammer platziert wird, kann das Kabel Projektion auf das Thema führen RF Lärm, produziert Artefakte im Gehirn Bilder, 3) Artefakte können in der Hautleitfähigkeit Signal Switching Gradienten während des Scannens, 4 hergestellt werden) die fMRI-Signal vom Motor verlangt von Verhaltensreaktionen produziert müssen möglicherweise von der Aktivität unterschieden werden in Bezug auf die kognitiven Prozesse von Interesse . Jede dieser Fragen kann mit Änderungen an der Konfiguration der physiologischen Überwachung und zusätzliche Verfahren der Datenanalyse zu lösen. Hier präsentieren wir eine Methode, um gleichzeitig zu überwachen autonomen und Verhaltensreaktionen während fMRI, und demonstrieren die Anwendung dieser Methoden, um bewusst und unbewusst Speicher Prozesse während Angstkonditionierung untersuchen.

Eine Methodik, die neuronalen Mechanismen, die bewusst und unbewusst Gedächtnisprozesse Unterstützung während Angstkonditionierung untersuchen beschrieben. Diese Methode überwacht Blood Oxygen Level Dependent (BOLD) funktioneller Kernspintomographie, Hautleitfähigkeit und unbedingten Reiz Lebenserwartung bei Pawlowschen Angstkonditionierung um die neuronalen Korrelate von unterschiedlichen Speicher-Prozesse zu beurteilen.

Die Erforschung der neuronalen Mechanismen der Aware und Unkenntnis Angst Speicher mit fMRI

Die Pawlowsche Angstkonditionierung wird beim Menschen häufig in Kombination mit der funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRT) eingesetzt, um die neuronalen Substrate zu untersuchen ...

Das übergeordnete Ziel des folgenden Experiments besteht darin, die neuronalen Grundlagen des bewussten und unbewussten Angstlernens und -gedächtnisses zu untersuchen, indem gleichzeitig die Hautleitfähigkeitsreaktion, die bewusste Erwartung des unkonditionierten Reizes und die funktionelle MRT gemessen werden. Dies wird erreicht, indem die Hautleitfähigkeitsreaktion (SCR) als Indikator für das Angstlernen und -gedächtnis erfasst wird. Zusätzlich wird die Erwartung des unkonditionierten Reizes überwacht, die die Erwartung des Probanden hinsichtlich des Erhalts des aversiven unkonditionierten Reizes widerspiegelt und als Indikator für das Bewusstsein des Probanden bezüglich der Stimuluszusammenhänge verwendet werden kann.Außerdem werden fMRT-Daten erhoben, um lernbezogene Unterschiede in der Hirnaktivität zu identifizieren. Wenn die Probanden sich im Vergleich zu unbewussten Probanden der Beziehung zwischen Reizen bewusst sind, zeigen die Ergebnisse typischerweise stärkere hippocampale Reaktionen auf den positiven Konditionierungsreiz oder CS plus im Vergleich zum negativen Konditionierungsreiz oder CS minus bei wahrgenommenen, jedoch nicht bei nicht wahrgenommenen Durchgängen. Die amygdalären Reaktionen sind hingegen bei sowohl wahrgenommenen als auch nicht wahrgenommenen Durchgängen stärker auf den CS plus als auf den CS minus.Der Hauptvorteil dieser Technik gegenüber anderen Methoden zur Beurteilung des Bewusstseins, wie beispielsweise nachträglichen experimentellen Fragebögen, liegt darin, dass das Bewusstsein trialweise während der Konditionierungssitzung bewertet werden kann. Diese Methode kann uns helfen, zentrale Fragen im Zusammenhang mit Lernen, Gedächtnis und Emotion zu beantworten, beispielsweise welche Rolle das Bewusstsein für Kontingenz bei der Angstkonditionierung spielt. Physiologische Überwachungssysteme gehören in den meisten Bildgebungseinrichtungen nicht zur Standardausrüstung.Planen Sie daher 15 bis 30 Minuten vor der Ankunft des Teilnehmers ein, um die physiologische Überwachung und alle anderen in diesem Protokoll beschriebenen Geräte einzurichten. Schließen Sie sich zuerst an den im Steuerungsraum betriebenen Computer an. Bestätigen Sie die physiologische Überwachungssoftware am BioPack MP150-System mithilfe eines standardmäßigen Ethernet-Crossover-Kabels.Als Nächstes verbinden Sie den BioPack GSR-Verstärker im Steuerungsraum mithilfe eines abgeschirmten Verlängerungskabels mit dem HF-Störfrequenzfilter. Verbinden Sie außerdem das HF-Störfrequenzfilter mit einem abgeschirmten Verlängerungskabel innerhalb der MRT-Scankammer. Schließen Sie das abgeschirmte Verlängerungskabel an Kohlefaserelektrodenleitungen an, die mit den radiotransluzenten Elektroden verbunden werden.Beachten Sie, dass das Verdrillen der Leitungen zu einer engen Spirale Artefakte in den Hautleitfähigkeitsdaten reduzieren kann, die während der Aufnahme entstehen. Richten Sie nun die radiotransparenten Elektroden ein, die während des fMRT-Experiments am distalen Phalanx des Mittel- und Ringfingers der linken Hand des Teilnehmers befestigt werden. Als Nächstes müssen die Software und Hardware für die Verhaltensreaktion und Präsentation eingerichtet werden.Verwenden Sie ein Mini-USB-Kabel, um den im Kontrollraum betriebenen Computer, auf dem die Präsentationssoftware läuft, mit der faseroptischen Schnittstelleinheit des Joystick-Antworteinheit zu verbinden. Schließen Sie dann ein faseroptisches Kabel an die faseroptische Schnittstelleinheit im Kontrollraum an und führen Sie das Kabel durch eine Wellenleiteröffnung in die MRT-Kammer. Im Scanner-Raum verbinden Sie das faseroptische Kabel mit dem RI-kompatiblen Joystick.Als Nächstes schließen Sie den Steuerungsraum-Computer, auf dem die Präsentationssoftware läuft, an die externen VGA- und Audioanschlüsse der Steuerkonsole im Steuerungsraum an. Überprüfen Sie sorgfältig die Glasfaserkabelverbindungen zwischen der FMRI-Steuerkonsole im Steuerungsraum und der FMRI-Peripherieschnittstelleinheit innerhalb der MRT-Kammer sowie die Verbindungen zwischen der Peripherieschnittstelleinheit und der Audiovisuellen Anzeigeeinheit. Bringen Sie nun die Audiovisuelle Anzeigeeinheit hinter der Kopfspule an, sodass der Proband den Monitor über einen angebrachten Spiegel sehen kann.Verwenden Sie dann Vinylschläuche, um die akustische Schnittstellenbox der Anzeigeeinheit mit den MR-kompatiblen Stereokopfhörern zu verbinden. Kalibrieren Sie abschließend die Lautstärke der akustischen Reize mithilfe eines Schallpegelmessgeräts. Wenn der Teilnehmer eintrifft, erläutern Sie die Einzelheiten des fMRT-Experiments und des Scanvorgangs.Danach soll die Person ein Screening-Formular zur MRT-Sicherheit ausfüllen und ein Einwilligungsformular für die Studie unterschreiben. Informieren Sie den Teilnehmer darüber, dass während der Studie mehrmals zwei Töne vorgespielt werden, deren Lautstärke über und unterhalb seiner Wahrnehmungsschwelle variiert. Diese Töne sind die konditionierten Reize (CS).Ich weise den Teilnehmer an, unmittelbar nach dem Hören eines der beiden Töne einen Knopf auf der Joystick-Box zu drücken und anschließend seine Erwartung hinsichtlich der Darbietung eines unkonditionierten Reizes oder UCS anzugeben. Anschließend weise ich den Teilnehmer darauf hin, dass er mithilfe des Joysticks die Position eines Bewertungsstrichs auf einer Skala von 0 bis 100 steuern soll: Bewertungen von null bedeuten, dass er oder sie sicher ist, dass der unkonditionierte Reiz nicht dargeboten wird. Bewertungen von 50 zeigen Unsicherheit darüber an, ob der UCS dargeboten wird, während Bewertungen von 100 anzeigen, dass er oder sie sicher ist, dass der UCS dargeboten wird.Andere Werte auf der Skala zeigen Zwischenerwartungen an. Danach bereiten Sie den Probanden im Scanner vor. Bringen Sie Elektroden an der distalen Phalanx des Mittel- und Ringfingers der linken Hand des Probanden an und weisen Sie ihn oder sie an, den Joystick in einer bequemen und leicht erreichbaren Position zu platzieren.Aufgrund der Art der Scannerausrüstung liegen die Temperaturen in MRI-Kammer-Räumen oft unter 21 Grad Celsius. Decken Sie den Teilnehmer daher mit einer Decke zu, um die Körpertemperatur aufrechtzuerhalten. Sobald der Proband im Scanner positioniert ist, stellen Sie die Bildgebungsparameter so ein, dass während des Konditionierungsverfahrens ein ganzes Gehirn umfassendes BOLD-fMRT aufgezeichnet wird.36 4 Millimeter dicke Schnitte sollten ausreichen, um das Gehirn mit relativ standardmäßigen Bildgebungsparametern abzudecken. Setzen Sie nun den Probanden einem differenziellen Angstkonditionierungsverfahren aus, bei dem zwei Töne mit 700 und 1300 Hertz, jeweils 10 Sekunden Dauer und 20 Sekunden ITI als konditionierte Reize sowie zufälliges weißes Rauschen mit 100 Dezibel und 500 Millisekunden Dauer als unkonditionierter Reiz verwendet werden. Präsentieren Sie 60 Durchgänge des CS+ zusammen mit dem unkonditionierten Reiz und 60 Durchgänge des CS− ohne den unkonditionierten Reiz in einer pseudorandomisierten Reihenfolge, sodass nicht mehr als zwei Durchgänge desselben CS hintereinander erfolgen. Balancieren Sie die Töne, die als die beiden Stimulusarten dienen, über die Probanden hinweg gegeneinander aus. Die Präsentationssoftware sollte so programmiert sein, dass die Lautstärke von CS+ und CS− unabhängig voneinander geregelt wird, sodass die CS-Lautstärke im folgenden Durchgang mit demselben Stimulus um fünf Dezibel verringert wird, wenn ein Knopfdruck erfolgt (was bedeutet, dass der Durchgang wahrgenommen wurde), und erhöht wird, wenn kein Knopfdruck erfolgt.Fünf Dezibel. Wenn während des Experiments bei 2000 Hertz mithilfe der anerkannten Software und des MR-kompatiblen BioPack-Systems zur physiologischen Überwachung, das zuvor beschrieben wurde, nach einer nicht wahrgenommenen Probengabe kein Knopfdruck erfolgt, sollte die Hautleitfähigkeit aufgezeichnet werden. Außerdem sollten Erwartungsdaten zur unkonditionierten Reaktion mit Präsentationssoftware erhoben und aufgezeichnet werden.Wenn alle Daten gesammelt sind, erwerben Sie ein standardmäßiges strukturelles Bild mit hoher Auflösung im T1-Gewichteten Modus, beispielsweise ein MP-Rage-Bild, das als anatomische Referenz für die Überlagerung funktioneller Daten dient. Um die Analyse der Hautleitfähigkeitsdaten zu beginnen, wenden Sie zunächst einen digitalen Tiefpassfilter mit einem Grenzwert von einem Hertz und unendlicher Impulsantwort (IIR) auf die Daten an, um während der Bildgebung entstandene Artefakte zu reduzieren. Anschließend resampeln Sie die Hautleitfähigkeitsdaten auf 250 Hertz.Berechnen Sie anschließend die Hautleitfähigkeitsreaktion als Differenz der Hautleitfähigkeit vom Reaktionsbeginn bis zum Reaktionsmaximum. Diese Daten können einer Quadratwurzeltransformation unterzogen werden, um die Verteilung der Reaktionsamplituden vor der statistischen Analyse zu normalisieren. Zur Bestimmung der unkonditionierten Stimulus-Erwartung berechnen Sie den Durchschnitt einer einsekündigen Stichprobenreaktion während der letzten Sekunde der Präsentation des konditionierten Stimulus.Um die FMRI-Analyse zu beginnen, führen Sie zunächst eine standardmäßige Vorverarbeitung der bildgebenden Hirndaten durch, einschließlich Schnitt-, Zeitkorrektur, Bildregistrierung und räumliche Glättung mithilfe einer Software für die funktionelle Bildanalyse. Erstellen Sie danach standardmäßige Störfaktor- und stimulusbasierte Regressoren für wahrgenommene und nicht wahrgenommene Durchläufe des CS plus und CS minus sowie für den unkonditionierten Reiz.Erstellen Sie eine auf motorischen Reaktionen basierende Referenzwelle, die als Störfaktor-Regressor dient, um motorische Aktivität im Zusammenhang mit Tastendruckantworten zu berücksichtigen. Erstellen Sie dazu eine Stick-Funktion, die die Zeitpunkte der Tastendruckantworten kodiert. Falten Sie anschließend diese Funktion mit einer kanonischen hämodynamischen Antwortfunktion.Erstellen Sie außerdem eine motorische Reaktion basierende Referenzwelle, die als Störfaktor-Regressor dient, um motorische Aktivität im Zusammenhang mit Joystick-Antworten zu berücksichtigen. Erstellen Sie eine Stick-Funktion, die den Zeitpunkt von Änderungen der Steigung codiert, und kombinieren Sie die Stick-Funktion der Joystick-Steigungen mit einer kanonischen hämodynamischen Antwortfunktion. Führen Sie anschließend Analysen der ersten Ebene unter Verwendung aller stimulusbasierten und Störfaktor-Regressoren durch.Führen Sie dann eine zweifaktorielle Varianzanalyse mit wiederholten Messungen durch, um Regionen zu identifizieren, in denen die Aktivierung einen Haupteffekt des CS-Typs, einen Haupteffekt der Wahrnehmung oder eine Wechselwirkung zwischen CS-Typ und Wahrnehmung aufweist. Die hier vorgestellte Methodik.Typischerweise führt dies bei wahrgenommenen CS-Plus-Versuchen zu relativ hohen UCS-Erwartungswerten und bei wahrgenommenen CS-Minus-Versuchen zu niedrigen Werten. Solche Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Teilnehmer über die CS-UCS-Kontingenzen auch bei nicht wahrgenommenen Versuchen informiert sind. Die UCS-Erwartungswerte bleiben typischerweise im Vergleich zu den Prä-CS-Werten unverändert.Im Gegensatz dazu werden lernbezogene Veränderungen der SCR typischerweise sowohl während wahrgenommener als auch nicht wahrgenommener Konditionierungsdurchgänge beobachtet. Insbesondere sind die SCR auf den wahrgenommenen CS+ stärker ausgeprägt als auf den wahrgenommenen CS−. Ebenso stärkere SCR treten während nicht wahrgenommener CS+ im Vergleich zu nicht wahrgenommenen CS− auf.Die funktionelle Bildgebungsforschung mit dieser Methodik hat eine lernbezogene hippocampale Aktivierung bei wahrgenommenen, jedoch nicht bei nicht wahrgenommenen Konditionierungsversuchen nachgewiesen. Im Gegensatz dazu wurde eine differenzielle Aktivität der Amygdala sowohl bei wahrgenommenen als auch bei nicht wahrgenommenen Konditionierungsversuchen beobachtet. Im Anschluss an dieses Verfahren können zusätzliche Analysen durchgeführt werden, um Fragen zu beantworten, beispielsweise welchen Einfluss Erwartungen bezüglich des UCS auf die Gehirnreaktion auf aversive unkonditionierte Reize haben.Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie man bewusste und unbewusste Angstgedächtnisse untersucht, indem gleichzeitig die Hautleitfähigkeitsreaktion, bewusste Erwartungen des unkonditionierten Reizes (UCS) und die funktionellen MRI-Signalantworten gemessen werden.

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Neurowissenschaften

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