Funktionelle Bildgebung mit Verstärkung, Eyetracking und Physiologische Überwachung

Dieses Tutorial zeigt eine Methode zur Untersuchung des Mechanismus der Verstärkung mit Hilfe der funktionellen Bildgebung des Gehirns (FMRI). In diesem Protokoll werden die Probanden einer funktionellen Bildgebung unterzogen, während sie eine visuelle Entscheidungsfindungsaufgabe ausführen, die durch Reize verstärkt wird, die ein belohnendes Saftaversiv, ein Luftstoß oder ein neutraler auditiver Ton durch eine Scanner-kompatible Brille sind. Die Probanden müssen entscheiden, ob sich ein Array von Punkten schnell oder langsam bewegt.

Augenbewegungen und physiologische Reaktionen wie Atmung und Herzfrequenz werden ebenfalls überwacht. Hallo, ich bin Jack Grin Band vom Labor von Vince Ferrera und Joy Hirsch in der Abteilung für Neurowissenschaften an der Columbia University, und ich bin Franco Past. Auch aus dem Labor hier an der Columbia University.

Heute zeigen wir Ihnen ein Verfahren zur funktionellen Bildgebung mit Verhaltensverstärkung, physiologischem Monitoring und Eye-Tracking. Wir verwenden dieses Verfahren in unserem Labor, um die Entscheidungsfindung mit einer positiven und negativen Verstärkung zu untersuchen. Also lasst uns loslegen.

Die ersten Schritte bei der Durchführung eines FMR-Experiments umfassen das Einrichten und Überprüfen der Ausrüstung. Diese Schritte können während unserer Experimente in beliebiger Reihenfolge durchgeführt werden, die Probanden werden für die richtigen Verhaltensreaktionen belohnt. Der belohnende Reiz ist das Lieblingsgetränk des Probanden, das von einem Saftspender geliefert wird, der die Menge an Flüssigkeit steuert, die in den Mund des Probanden abgegeben wird.

Der Saftspender besteht aus einem Behälter, einem computergesteuerten Magnetventil und einem langen Schlauch, der den Saft an das Subjekt abgibt. Alle elektronischen Komponenten dieses Dispensers werden außerhalb des Scannerraums aufbewahrt, so dass sie keine Artefakte in das MR-Signal einbringen. Der Saftspender wird gespült und mit dem bevorzugten Getränk des Probanden befüllt.

Vor dem Scannen wird das System getestet, um sicherzustellen, dass der Saft fließt. Probanden werden für falsche Reaktionen mit einem 50 Millisekunden langen Luftstoß auf das Auge bestraft. Ein Druckregler gibt einen kontrollierten Luftstoß ab, den der Proband als aversiv, aber nicht traumatisch bewertet.

Der Druckregler ist zunächst auf 30 PSI eingestellt und wird an eine Druckluftquelle angeschlossen, bei der es sich um einen Lufttank oder eine Hausluft handeln kann. Das Magnetventil wird durch ein Computersignal gesteuert. Die Luft wird dem Subjekt durch ein Stück eines 16-Zoll-Tigon-Schlauches zugeführt, der kürzer als etwa acht Fuß gehalten ist.

Um eine Verzögerung zwischen dem Öffnen des Ventils und dem Zeitpunkt, an dem die Druckluft das Motiv erreicht, zu vermeiden, befindet sich der Druckregler im Scannerraum, da jede Bewegung, wie z. B. eine Reaktion auf die Luftstöße oder eine Kopfbewegung während des Schluckens, Artefakte in das FMRI-Bild einbringen kann. Eine Beißstange wird verwendet, um die Kopfbewegung zu minimieren. Die Beißstange ist an der HF-Kopfspule befestigt und verfügt über ein speziell angepasstes Mundstück aus thermoplastischem Material, in das Mundstück ein Schlauch für die Saftabgabe und Atemgasüberwachung integriert ist.

Der Proband sollte einfach einen guten Kontakt zwischen seinen oberen Zähnen und dem Mundstück aufrechterhalten. Es ist wichtig, ihnen zu sagen, dass sie nicht hart auf das Mundstück beißen sollen. Dies führt dazu, dass ihre Kiefermuskulatur ermüdet. Der Herzschlag wird während des Experiments überwacht, um später während der Datenanalyse alle Artefakte zu entfernen, die durch eine erhöhte Sauerstoffversorgung des Blutes im Gehirn und nicht durch neuronale Aktivität entstehen könnten.

Um Veränderungen der Sauerstoffversorgung im Zusammenhang mit dem Herzzyklus zu messen, verwenden wir ein Pulsoximeter, um die Sauerstoffversorgung des Blutes in der Fingerspitze mit einem Infrarotsensor zu messen. Das Pulsoximeter ist MR-kompatibel und sein Ausgangssignal wird durch eine Filterplatte in den Kontrollraum geleitet, wo es digitalisiert und auf dem Computer gespeichert wird. Wir messen die Atmung auch mit einem Atemgasmessgerät (RGM), das den Gehalt an ausgelaufenem Kohlendioxid misst.

Da die Atmung die Sauerstoffversorgung des Blutes beeinflusst, ist das RGM MRT-kompatibel und seine Ausgangssignale werden an den Kontrollraum gesendet, wo sie digitalisiert und auf dem Computer gespeichert werden. Die visuelle Stimulation erfolgt durch eine Scanner-kompatible Brille, die beide Augen unabhängig voneinander stimuliert. Die Brille verfügt über eine Miniatur-Infrarotkamera zur Messung von Augenbewegungen, um zu erkennen, wohin das Motiv schaut, wir verfolgen die Augenbewegungen mit Hilfe der Infrarot-Video-O-Ikonografie.

Bewegungen des Auges beeinflussen die Position visueller Reize auf der Netzhaut, was sich auf die visuellen Reaktionen im Gehirn auswirkt. Augenbewegungen können auch vom Probanden verwendet werden, um die akustischen Reaktionen der VA anzuzeigen. Bei dieser Methode wird eine Infrarotkamera verwendet, um Bewegungen der Pupille zu verfolgen.

Der Infrarot-Sender und die Kamera sind in einer speziell entwickelten Brille eingebaut. Dies sind die gleichen Brillen, die auch für visuelle Stimulation sorgen. Die Daten der Brille werden von einem speziellen Computer verarbeitet, der Bilder des Auges in analoge Signale für die horizontale und vertikale Augenposition umwandelt.

Der Scanner befindet sich in einem elektrisch und magnetisch abgeschirmten Raum. Alle elektrischen Signale, die vom Kontrollraum zum Scannerraum gelangen, durchlaufen eine Filterplatte und entfernen alle Frequenzen, die ein Artefakt im MRT-Bild erzeugen könnten. Vor dem Scannen muss jeder Proband einen Sicherheits- und Einverständnisprozess durchlaufen.

Die Studie wird erklärt, alle Risiken werden besprochen und der Proband gibt sein Einverständnis. Dieses Verfahren soll die Probanden vor Zwang schützen und sowohl ihre Privatsphäre als auch ihre Gesundheit schützen. Das Subjekt wird irgendwo innerhalb oder außerhalb des Körpers auf Metall untersucht.

Vor dem Experimentieren werden die Probanden durstig gemacht, indem sie ihre Flüssigkeitsaufnahme freiwillig für sechs Stunden einschränken. Auf diese Weise wird der während des Experiments erhaltene Saft äußerst lohnend. Wenn das Motiv zum Scannen bereit ist, muss es Ohrstöpsel einsetzen, um die Ohren vor dem Scannergeräusch zu schützen.

Der Proband muss außerdem MRT-kompatible Kopfhörer aufsetzen, um mit den Forschern zu kommunizieren und Anweisungen zu hören. Während der Scan-Sitzung verwenden wir T-eins-gewichtete Strukturbilder, die eine klare Definition der Morphologie des Gehirns des Probanden geben. Das Motiv liegt passiv und bleibt so still wie möglich.

Während dieser Phase, die etwa 10 Minuten dauert, verwenden wir zwei gewichtete Funktionssequenzen, um Veränderungen der Blutsauerstoffversorgung zu zeigen, die mit der neuronalen Aktivität korrelieren. In dieser Phase führt das Subjekt eine Wahrnehmungsentscheidungsaufgabe mit visuellen Reizen aus. Das Subjekt sieht ein Muster von sich bewegenden Punkten und trifft ein Wahrnehmungsurteil über deren Richtung oder Bewegungsgeschwindigkeit.

Das Subjekt gibt seine Antwort durch Drücken von Tasten an. Diese Reaktionen werden durch den Saft der richtigen und Luftstöße verstärkt. Wenn sie falsch sind, werden auditive Reize als sekundäre Verstärker verwendet.

In dieser Phase werden die Augenbewegungen kontinuierlich überwacht. Jeder experimentelle Lauf dauert 11 Minuten, und eine Scansitzung umfasst vier Ausführungen. Wir verwenden diffusionsgewichtete Bilder, DWI, um die strukturelle Konnektivität zwischen Gehirnregionen zu bestimmen.

Während dieser Phase. Das Subjekt liegt etwa 12 Minuten lang regungslos. Wir haben Ihnen gerade ein Experiment zur funktionellen Bildgebung mit Verhaltensverstärkung, physiologischer Überwachung und Eye-Tracking gezeigt.

Wir haben gezeigt, wie man dieses Verfahren nutzen kann, um die Entscheidungsfindung mit aversiver und petitiver Verstärkung zu untersuchen. Das war's also. Vielen Dank fürs Zuschauen und viel Erfolg bei Ihren Experimenten.