Übertragen kognitiven Aufgaben zwischen Gehirnbildgebende Verfahren: Implikationen für die Aufgabengestaltung und Ergebnisse Interpretation in fMRT-Studien

Das übergeordnete Ziel des folgenden Experiments ist es, zu zeigen, wie das Aufgabendesign die Interpretation von Ergebnissen in FMRI-Studien beeinflussen kann, insbesondere wenn Paradigmen aus anderen bildgebenden Modalitäten übernommen werden. Dies wird erreicht, indem zunächst eine geeignete Aufgabe für das kognitive oder psychologische Konstrukt von Interesse ausgewählt wird, in diesem Fall das visuelle Oddball-Paradigma. Der zweite Schritt besteht darin, drei verschiedene Versionen der visuellen Sonderlingsaufgabe mit denselben Reizen zu entwerfen, was dazu führt, dass der Freiwillige sein Verhalten während des FMRI-Scans ändert.

Als nächstes werden die FMRI-Daten analysiert, um die Unterschiede in der Gehirnaktivierung zwischen den Aufgabenversionen quantitativ zu bewerten. Es werden Ergebnisse erzielt, die zeigen, wie kognitive und motorische Prozesse auf der Grundlage eines geeigneten Versuchsdesigns und einer Datenanalyse unterschieden werden können. Diese Methode kann dazu beitragen, Schlüsselfragen im Bereich der kognitiven Neurowissenschaften zu beantworten, wie z. B. die Identifizierung der zugrunde liegenden neuronalen Substrate der menschlichen Wahrnehmung, Kognition und Verhalten.

Die Idee zu dieser Methode kam uns, als wir feststellten, dass sich die Interpretation der eigenen Ergebnisse in Bezug auf die vorhandene Literatur aufgrund feiner Unterschiede im Aufgabendesign und in den experimentellen Verfahren zwischen den Studien als schwierig erwies. Wählen Sie zunächst eine geeignete Aufgabe aus, um das kognitive oder psychologische Konstrukt von Interesse zu untersuchen, bevor Sie die Aufgabe aufstellen. Bestimmen Sie zunächst die angemessene Anzahl von Versuchen, die für eine robuste Gehirnreaktion erforderlich sind, sowie das Timing der Sequenzstimuli und berücksichtigen Sie unbedingt die hämodynamische Reaktionsverzögerung zwischen dem Einsetzen des Stimulus und der gemessenen Gehirnreaktion.

Laden Sie die ceq-Software herunter und installieren Sie sie, um die Stimulusreihenfolge zu bestimmen, indem Sie die Versuche basierend auf der Anzahl der Versuche, dem Stimulus, der Dauer und den Scan-Parametern optimal auf das Experiment verteilen. Setzen Sie als nächstes die zuvor festgelegte Reihenfolge der Reize in ein geeignetes Programm um, um dem Subjekt das Paradigma zu präsentieren. Spezifizieren Sie alle für das Paradigma relevanten Informationen in Bezug auf Art der Reize, Timing und Reaktionen.

Das Paradigma ist die visuelle Sonderlingsaufgabe, die zur Messung von Zielerkennungsreaktionen und der Auswirkungen der Aufmerksamkeit auf die Zielerkennung verwendet werden kann. Es gibt drei Versionen der seltsamen Aufgabe, die in der passiven Version vorbereitet werden können. Das Subjekt beobachtet nur die visuellen Reize und reagiert in der stillen Zählversion nicht.

Der Proband sollte angewiesen werden, die Zielreize in seinem Kopf zu zählen. Diese Aufgabe erfordert eine Lenkung der Aufmerksamkeit auf diese Reize und einen Unterscheidungsprozess. Schließlich sollte das Subjekt in der Antwortversion einen Antwortknopf drücken, wenn es einen Zielreiz sieht.

Diese Aufgabe erfordert Aufmerksamkeit, Unterscheidungsprozesse und die Auswahl oder Produktion einer Reaktion auf Zielreize. Beginnen Sie mit der Einrichtung für das FMRI-Experiment. Indem Sie zuerst den Scannerraum vorbereiten.

Verbinden Sie den unteren Teil der Kopfspule mit dem Scannerbett. Legen Sie dann saubere Schutzabdeckungen auf den Scanner, das Bett und die Kissen. Schalten Sie als Nächstes das Anzeigegerät ein, das dem Probanden im Scanner das experimentelle Paradigma präsentiert, und zeichnen Sie die Antworten mit einem Gerät mit gedrückter Taste auf.

Öffnen Sie dann die Software, die das experimentelle Paradigma liefert, und geben Sie einen Namen für die Protokolldatei ein. Registrieren Sie außerdem den Probanden in der MR-Scanner-Datenbank und stellen Sie sicher, dass die auszuführenden MR-Sequenzen eingerichtet und bereit sind. Screening aller potenziellen Probanden auf MRT-Kontraindikationen während des Studienrekrutierungsverfahrens.

Führen Sie dann bei der Ankunft des Probanden ein gründliches MRT-Sicherheitsscreening mit geschultem Personal durch. Stellen Sie sicher, dass das Motiv metallfrei ist und dass Gegenstände wie eine Gürteluhr oder Schmuck sowie alle Taschengegenstände wie Münzen entfernt wurden. Sobald der Proband bereit ist, bitten Sie ihn, sich auf das Scannerbett zu setzen und Ohrstöpsel zum Gehörschutz zu platzieren.

Lassen Sie sie dann bequem auf dem Scannerbett liegen, mit dem Kopf in der Bildspule. Verwenden Sie kleine Kissen, um den Kopf des Motivs zu sichern, um unerwünschte Kopfbewegungen während des Scannens zu minimieren. Platzieren Sie dann den oberen Teil der Kopfspule über dem Kopf des Probanden und stecken Sie die Stecker ein.

Platzieren Sie einen Spiegel auf der Kopfspule, der es dem Probanden ermöglicht, das experimentelle Paradigma zu sehen, das auf dem Bildschirm hinter dem Probanden angezeigt wird, eine Notruftaste, um den Scan bei Bedarf zu stoppen, sowie das Reaktionsgerät. Bewegen Sie schließlich das Subjekt in die Bohrung des Scanners, bevor Sie Bilder aufnehmen. Stellen Sie zunächst sicher, dass das Subjekt den Experimentator über die Gegensprechanlage hören kann und dass es bequem und bereit ist, mit dem Scan zu beginnen. Führen Sie dann einen Lokalisierscan durch, um die Position des Kopfes des Motivs im Scanner zu ermitteln.

Führen Sie als Nächstes einen hochauflösenden Strukturscan durch, z. B. einen MP-Rage. Führen Sie dann die funktionellen MRT-Scans mit den drei Durchläufen der visuellen Sonderlingsaufgabe durch. Sprechen Sie zwischen den Durchläufen mit dem Probanden, um ihm Anweisungen und Beruhigung zu geben und sicherzustellen, dass er sich wohl fühlt und bereit ist, mit dem Lernen fortzufahren.

Wenn alle strukturellen und funktionellen Bildgebungen abgeschlossen sind, informieren Sie den Probanden, dass das Experiment abgeschlossen ist. Betreten Sie dann den Scannerraum und helfen Sie dem Motiv aus dem Scanner. Wählen Sie ein Softwarepaket aus, das für die Analyse der erfassten FMRI-Daten geeignet ist.

Beginnen Sie mit der Anwendung von Standardvorverarbeitungsschritten, um die Daten für die weitere Analyse vorzubereiten. Zu den Schritten gehören Bewegungskorrektur, Slice-Timing, Bildkoregistrierung, räumliche Glättung, zeitliche Hochpassfilterung und räumliche Normalisierung. Geben Sie als Nächstes für die statistische Analyse zunächst die Anfangszeiten und die Dauer aller Ereignisse an, die im Paradigma aufgetreten sind.

Diese werden auch als erklärende Variablen oder Regressoren bezeichnet. Richten Sie dann Kontraste ein, um zu bestimmen, welche erklärenden Variablen verglichen werden sollen. Um z. B. die fette Aktivierung zu identifizieren, die für die Erkennung von Zielreizen spezifisch ist, richten Sie einen Kontrast ein, um anzugeben, dass Zielreize größer sind als Nicht-Zielreize.

Führen Sie die statistische Analyse der ersten Ebene für jedes Subjekt und jede Bedingung separat durch. Sobald Daten für mehrere Probanden erfasst wurden, vergleichen Sie die drei Bedingungen mit Hilfe einer Analyse auf Zweit- oder Gruppenebene. Die Stimulations- und Analysemethode löste eine mutige Aktivierung in Gehirnregionen aus, die mit der visuellen Sonderlingsaufgabe verbunden sind.

Der Kontrast zwischen dem Ziel, das größer als das Nicht-Ziel ist, zeigte keine Aktivierung für die passive Bedingung, aber eine Aktivierung sowohl in der Zählbedingung als auch in der Reaktionsbedingung, wie hier zu sehen. Die fettgedruckte Aktivierung für die Zählbedingung gegen die passive Bedingung ist hier zu sehen, während die Antwortbedingung für die passive Bedingung hier zu sehen ist. Alle Daten stellen das Ziel größer als häufig dar.

Die Aktivierung des Kontrastmittels auf niedrigerem Niveau ist im ergänzenden motorischen Bereich SMA zu beobachten, der beiden Erkrankungen gemeinsam ist, während die MFG-Aktivierung des mittleren frontalen Gyrus nur bei der Reaktionsbedingung zu beobachten ist. Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie FMRI-Studien konzipiert und implementiert werden, und verstehen, wie sich das Design auf die Interpretation Ihrer Ergebnisse auswirken kann. Vergessen Sie nicht, dass die Arbeit mit FMRI äußerst gefährlich sein kann und dass bei der Durchführung dieser Methode immer Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden sollten, wie z. B. ein gründliches Screening von Freiwilligen.

Darüber hinaus sollten diese Eingriffe immer von geschultem Personal durchgeführt werden.I.