Imágenes funcionales con Refuerzo, Eyetracking y Monitoreo Fisiológico

Este tutorial muestra un método para estudiar el mecanismo de refuerzo utilizando imágenes cerebrales funcionales o FMRI. En este protocolo, los sujetos se someten a imágenes funcionales mientras realizan una tarea de toma de decisiones visuales, que se ve reforzada por estímulos que un tono auditivo gratificante es aversivo, soplo de aire o neutro a través de gafas compatibles con escáner. Los sujetos deben decidir si una serie de puntos viaja rápido o si se mueve lentamente.

También se controlan los movimientos oculares y las respuestas fisiológicas, como la respiración y la frecuencia cardíaca. Hola, soy Jack Grin Band del laboratorio de Vince Ferrera y Joy Hirsch en el Departamento de Neurociencia de la Universidad de Columbia, y soy Franco Past. También del laboratorio de la Universidad de Columbia.

Hoy le mostraremos un procedimiento para imágenes funcionales con refuerzo conductual, monitoreo fisiológico y seguimiento ocular. Utilizamos este procedimiento en nuestro laboratorio para estudiar la toma de decisiones con un refuerzo positivo y adverso. Así que comencemos.

Los primeros pasos para llevar a cabo un experimento de RMF consisten en configurar y comprobar el equipo. Estos pasos se pueden realizar en cualquier orden durante nuestros experimentos, los sujetos son recompensados por hacer respuestas conductuales correctas. El estímulo gratificante es la bebida favorita del sujeto suministrada por un dispensador de jugo que controla la cantidad de líquido que llega a la boca del sujeto.

El dispensador de jugo consta de un depósito, una válvula solenoide controlada por computadora y un tubo largo que suministra jugo al sujeto. Todos los componentes electrónicos de este dispensador se mantienen fuera de la sala del escáner, por lo que no introducen ningún artefacto en la señal de resonancia magnética. El dispensador de jugo se enjuaga y se llena con la bebida preferida del sujeto.

Antes de escanear, se prueba el sistema para asegurarse de que el jugo esté fluyendo. Los sujetos son castigados por las respuestas incorrectas con una bocanada de aire de 50 milisegundos en el ojo. Un regulador de presión emite una bocanada de aire controlada, que el sujeto calificará como aversiva pero no traumática.

El regulador de presión se configura inicialmente a 30 PSI y está conectado a una fuente de aire comprimido, que podría ser un tanque de aire o aire doméstico. La válvula solenoide está controlada por una señal de computadora. El aire se suministra al sujeto a través de un trozo de tubo de tigón de 16 pulgadas, que se mantiene más corto que unos ocho pies.

Para evitar un retraso entre el momento en que se abre la válvula y el momento en que el aire comprimido llega al sujeto, el regulador de presión se encuentra dentro de la sala del escáner porque cualquier movimiento, como una reacción a las bocanadas de aire o el movimiento de la cabeza durante la deglución, puede introducir artefactos en la imagen FMRI. Se utiliza una barra de mordida para minimizar el movimiento de la cabeza. La barra de mordida está conectada a la bobina del cabezal de RF y tiene una boquilla hecha a medida hecha de tubos de material termoplástico para el suministro de jugo y el monitoreo de gases respiratorios incorporado en la boquilla.

El sujeto simplemente debe mantener un buen contacto entre sus dientes superiores y la boquilla. Es importante decirles que no muerdan con fuerza la boquilla. Esto hará que los músculos de la mandíbula se cansen. Los latidos del corazón se monitorean durante el experimento para luego eliminar cualquier artefacto durante el análisis de datos que pueda surgir del aumento de la oxigenación de la sangre en el cerebro, no debido a la actividad neuronal.

Para medir los cambios en la oxigenación relacionados con el ciclo cardíaco, utilizamos un oxímetro de pulso para medir la oxigenación del buey sanguíneo en la punta del dedo mediante un sensor infrarrojo. El oxímetro de pulso es compatible con RM y su señal de salida se alimenta a través de un panel de filtro a la sala de control, donde se digitaliza y almacena en la computadora. También medimos la respiración con un monitor de gases respiratorios o RGM que mide los niveles de dióxido de carbono espirados.

Dado que la respiración afecta a la oxigenación de la sangre, el RGM es compatible con la RM y sus señales de salida se envían a la sala de control, donde se digitalizan y almacenan en el ordenador. La estimulación visual es proporcionada por un par de gafas compatibles con escáneres, que estimulan ambos ojos de forma independiente. Las gafas incluyen una cámara infrarroja en miniatura para medir los movimientos oculares con el fin de saber hacia dónde está mirando el sujeto, rastreamos los movimientos oculares mediante video infrarrojo o iconografía.

Los movimientos del ojo afectan la posición de los estímulos visuales en la retina, lo que afecta las respuestas visuales en el cerebro. Los movimientos oculares también pueden ser utilizados por el sujeto para indicar las respuestas auditivas de VA. En este método, se utiliza una cámara infrarroja para rastrear los movimientos de la pupila.

El emisor de infrarrojos y la cámara están integrados en un par de gafas especialmente diseñadas. Son las mismas gafas que proporcionan estimulación visual. Los datos de las gafas son procesados por una computadora dedicada que convierte las imágenes del ojo en señales analógicas para la posición horizontal y vertical del ojo.

El escáner se encuentra en una habitación blindada eléctrica e magnéticamente. Todas las señales eléctricas que van de la sala de control a la sala de escáner pasan a través de un panel de filtro, eliminando cualquier frecuencia que pueda crear un artefacto en la imagen de resonancia magnética. Antes de escanear, cada sujeto debe pasar por un proceso de seguridad y consentimiento.

Se explica el estudio, se discuten todos los riesgos y el sujeto da su consentimiento. Este proceso está diseñado para proteger a los sujetos de la coerción y para proteger tanto su privacidad como su salud. El sujeto se examina para detectar metales en cualquier lugar dentro o fuera del cuerpo.

Antes de la experimentación, los sujetos tienen sed restringiendo voluntariamente su ingesta de líquidos durante seis horas. De esta manera, el jugo recibido durante el experimento se vuelve extremadamente gratificante. Cuando esté listo para ser escaneado, el sujeto debe ponerse tapones para los oídos para proteger los oídos del ruido del escáner.

El sujeto también debe ponerse auriculares compatibles con RM para comunicarse con los investigadores y escuchar instrucciones. Durante la sesión de escaneo, utilizamos imágenes estructurales ponderadas en T one que dan una definición clara de la morfología del cerebro del sujeto. El sujeto yace pasivamente y permanece lo más quieto posible.

Durante esta fase, que dura unos 10 minutos, utilizamos dos secuencias funcionales ponderadas para mostrar los cambios en la oxigenación de la sangre que se correlacionan con la actividad neuronal. Es durante esta fase que el sujeto realiza una tarea de toma de decisiones perceptivas con estímulos visuales. El sujeto ve un patrón de puntos en movimiento y hace un juicio perceptivo sobre su dirección o velocidad de movimiento.

El sujeto indica su respuesta pulsando botones. Estas respuestas se refuerzan con el jugo de correcto y las bocanadas de aire. Si son incorrectos, los estímulos auditivos se utilizan como reforzadores secundarios.

Los movimientos oculares se controlan continuamente durante esta fase. Cada ejecución experimental dura 11 minutos y hay cuatro ejecuciones en una sesión de escaneo. Utilizamos imágenes ponderadas de difusión, DWI para determinar la conectividad estructural entre las regiones cerebrales.

Durante esta fase. El sujeto permanece inmóvil durante unos 12 minutos. Acabamos de mostrarte un experimento de imágenes funcionales con refuerzo conductual, monitorización fisiológica y seguimiento ocular.

Hemos demostrado cómo utilizar este procedimiento para estudiar la toma de decisiones con refuerzo aversivo y petitivo. Así que eso es todo. Gracias por mirar y buena suerte con tus experimentos.