La correlación entre las respuestas de comportamiento a las señales de fMRI de la corteza prefrontal humana: estudio de determinados procesos cognitivos Uso del análisis de tareas

El objetivo general del siguiente experimento es estudiar las señales de resonancia magnética relacionadas con las respuestas atencionales a estímulos visuales. Esto se logra mediante la exploración de sujetos mientras atienden a estímulos del test de Stroop emocional. Al mismo tiempo, se registran las respuestas de pulsación de botón ante los estímulos, las cuales constituyen la medida del comportamiento que se correlacionará con las señales en el cerebro.

Además, se registran los movimientos oculares del sujeto mediante un rastreador ocular dentro del escáner para obtener una medida de la selección atencional. Se obtienen resultados que muestran la activación del giro frontal inferior basada en el análisis de las correlaciones entre el comportamiento y la señal de FMRI durante la tarea de respuesta al estímulo. La ventaja principal de esta técnica frente a otras, como la tomografía por emisión de positrones, es que los sujetos pueden ser escaneados durante hasta dos horas.

Este sistema nos ayuda a comprender un poco más sobre la inhibición de la corteza prefrontal. La disfunción de este sistema está implicada en diversas neuropatologías, como el TDAH y el síndrome de Tourette. Antes de comenzar este experimento, los participantes potenciales deben completar un formulario de consentimiento informado, así como un cuestionario estándar de cribado para resonancia magnética de los sujetos.

Se deben descartar todas las contraindicaciones para la resonancia magnética. Una vez completada la documentación, proporcione al sujeto una sesión de entrenamiento sobre la tarea antis. Aquí, una fijación verde indica un ensayo pro segundo.

Instruya al participante a mirar el objetivo que aparece en la periferia de la pantalla con un ángulo visual de ocho a 10 grados. Una fijación roja indica un ensayo antisaccádico COD; instruya al participante a mirar en el espejo opuesto al objetivo que aparece en la periferia de la pantalla, nuevamente con un ángulo visual de ocho a 10 grados. Por ejemplo, si aparece un objetivo a la derecha, el sujeto debe mirar hacia la izquierda.

A continuación, proporcione entrenamiento para la tarea de Stroop emocional. Este es un paradigma pseudo relacionado con eventos en el que palabras descriptivas que indican las expresiones se superponen sobre imágenes de rostros individuales. Las palabras son congruentes o incongruentes con la emoción representada por el rostro.

En la imagen, indique a los participantes qué botones deben presionar para informar una expresión o palabra feliz, una expresión o palabra neutral o una expresión o palabra triste. La tarea debe comenzar con una pantalla de instrucción escrita de un segundo que recuerde a los participantes que deben informar la expresión facial o la palabra escrita presionando el botón correspondiente lo más rápidamente posible. Esto va seguido de un segundo con una cruz de fijación, luego de los estímulos faciales durante 250 milisegundos y después de una imagen de respuesta durante dos segundos.

La imagen de respuesta sirve para dar a los participantes tiempo para informar sus respuestas. La siguiente presentación visual de la cruz de fijación comienza tras el final de la imagen de respuesta. Incluya 15 ensayos de práctica con diferentes combinaciones de expresiones faciales y palabras.

Para comenzar la configuración para la exploración, primero encienda un proyector digital para mostrar el estímulo del ordenador como una imagen enfocada en una pantalla dentro del orificio del MRI. A continuación, lleve al participante a la sala del escáner y proporcione tapones para los oídos y auriculares para proteger la audición.

Haga que el sujeto se acueste en posición supina y coloque la cabeza en el centro del soporte para la bobina de cabeza. Estabilice la posición del cuerpo y de la cabeza del participante con almohadas o rellenos de espuma para proporcionar comodidad mientras se restringe el movimiento de la cabeza. Ahora, coloque la bobina de cabeza.

A continuación, pida al sujeto que incline cómodamente la cabeza mientras mira directamente al frente para ver el espejo, que refleja la imagen proyectada; los ojos deben estar lo más cerca posible de la posición primaria para mantener la comodidad del participante durante la sesión de escaneo, que puede durar hasta dos horas. Pregunte al participante si la imagen proyectada está enfocada. Si no es nítida, vuelva a ajustar la lente para mejorar la claridad de la imagen.

Luego, calibre el rastreador ocular para asegurar que la cámara de infrarrojos esté en la ubicación correcta. Si el reflejo en la córnea no es ideal, se debe ajustar la fuente de infrarrojos o realinear el espejo que refleja la fuente de infrarrojos cerca de la posición de la cabeza del participante. Además, pregunte al sujeto si necesita más relleno de espuma o almohadas para mantener esta posición.

Una vez completada la configuración del equipo, coloque una pelota de contacto de emergencia en la mano derecha del participante y la caja de respuesta en la mano izquierda. También coloque una cápsula de vitamina E en el lado derecho de los auriculares, ya que esto será visible en las escaneos anatómicos y puede ayudar a asegurar que las imágenes no estén invertidas de izquierda a derecha. Finalmente, eleve y deslice la camilla al centro del MRI.

Una vez en la sala de control, utilice el intercomunicador para confirmar que el participante está preparado para comenzar la sesión de escaneo y se encuentra lo más cómodo posible. Además, recuérdele al participante que los ruidos del escáner serán intensos. Comience adquiriendo una exploración localizadora.

Luego, prescriba una serie de cortes anatómicos que cubran todo el cerebro. Por lo general, deben utilizarse cortes axiales oblicuos. Informe al participante cuánto tiempo durará aproximadamente la exploración anatómica.

Esto puede llevar alrededor de seis a diez minutos, dependiendo del número prescrito de cortes. Alternativamente, se puede adquirir la exploración anatómica después de las exploraciones funcionales. Una vez finalizadas las exploraciones anatómicas, prescriba una secuencia funcional y recuérdele al participante las instrucciones de la tarea para el paradigma de Stroop.

Luego, inicie simultáneamente el escáner y el paradigma para registrar todos los pulsos de botón. Asegúrese de monitorear y registrar las posiciones oculares horizontales y verticales del participante mediante el rastreador ocular infrarrojo, de modo que estos datos puedan correlacionarse con el paradigma conductual. A continuación, indique al sujeto que se realizará el paradigma anti Scho durante el próximo escaneo.

Luego inicie el escaneo con el paradigma sincronizado. Dependiendo de los parámetros de imagen elegidos, el escaneo tendrá una duración cercana a seis minutos. Evite escaneos más largos, ya que los sujetos podrían quedarse dormidos.

Toda esta sesión de adquisición de imágenes puede llevar entre 60 y 120 minutos, dependiendo del tiempo necesario para la configuración, los ajustes específicos del sujeto y el número de escaneos funcionales requeridos para el análisis. Los datos obtenidos en este experimento se pueden analizar utilizando cualquier paquete de análisis de FMRI, como brain voyage o qx. Aquí se muestra.

SPM o A acne son otros programas de análisis de fMRI comúnmente utilizados. Los mapas estadísticos derivados de los datos funcionales deben superponerse a imágenes anatómicas del cerebro. Para hacer esto, primero utilice el modelo lineal general o GLM para definir funcionalmente las regiones del cerebro de interés con predictores separados para cada una de las condiciones de la tarea.

Durante los dos tipos de escaneos, utilice los siguientes predictores: instrucción de cara congruente e incongruente e instrucción de palabra, antis, secod y pros secod. A continuación, examine la intensidad de la señal en todas las regiones frontales activadas a partir de los contrastes del GLM. Luego calcule la señal BOLD estandarizada en todos los participantes y compare la expresión facial de palabra incongruente con las caras de palabra congruentes.

Las expresiones para ambas condiciones finalmente correlacionan los tiempos de reacción recopilados en los ensayos que se utilizaron. A continuación, los GM correlacionan la actividad cerebral a través de cada individuo con sus propios tiempos de reacción para los ensayos específicos. La imagen que se observa aquí muestra el giro frontal inferior izquierdo o IFG que se localizó funcionalmente utilizando el contraste entre el stroop emocional incongruente y la condición congruente.

Durante el conjunto de instrucciones de atención a la palabra. Aquí observamos que cuando la expresión de la cara era incongruente con la palabra emocional superpuesta, la incongruencia generada al informar la palabra escrita produjo una mayor intensidad de señal BOLD. A la izquierda, las expresiones incongruentes del GFI mostraron un cambio significativamente mayor en la señal BOLD en comparación con las expresiones congruentes.

Durante la instrucción de atención a la palabra, el contraste incongruente-congruente mostró una correlación positiva entre los tiempos de reacción y la intensidad de la señal BOLD. Esta gráfica es un promedio de los tiempos de reacción y la señal BOLD de 10 sujetos durante cada una de las seis condiciones. Aquí, la fila superior es una ilustración esquemática de la secuencia de un ensayo proveniente de un bloque de ensayos.

La sección inferior es una representación de las dos funciones hemodinámicas gamma utilizadas para descubrir regiones cerebrales implicadas en las expresiones faciales emocionales. Al realizar este procedimiento, es importante recordar verificar al sujeto entre escaneos y recordarle que permanezca lo más inmóvil posible para reducir los artefactos por movimiento tras seguir este procedimiento. Otras técnicas, como la biografía magnética, pueden utilizarse para examinar los efectos temporales dentro del giro frontal inferior.