Investigation d'imagerie cérébrale de l'effet de nuire à l'émotion sur la cognition

L'objectif général de ce protocole expérimental est d'étudier les corrélats neuronaux de l'impact négatif des émotions sur les fonctions cognitives, en mettant l'accent sur les processus de mémoire de travail. Cela est réalisé en enregistrant l'activité cérébrale à l'aide de l'IRMf, pendant que les participants effectuent une tâche de mémoire de travail accompagnée d'une distraction émotionnelle présentée durant l'intervalle de rétention entre les stimuli à mémoriser et les indices. Après la conception de la tâche de base de mémoire de travail, les distracteurs sont choisis en fonction des objectifs de l'étude et des populations ciblées. Par exemple, si aucune émotion spécifique n'est ciblée, des stimuli émotionnels induisant des réponses émotionnelles générales, positives ou négatives, peuvent être utilisés.

Lorsqu'on cible les effets d'émotions spécifiques telles que la peur, des distractions provoquant la peur peuvent être utilisées chez des participants sains ou cliniques. Ensuite, les données comportementales et d'imagerie cérébrale recueillies pendant que les participants effectuent la tâche de mémoire de travail en présence de distractions sont analysées afin d'identifier les effets différenciés de la distraction émotionnelle sur la performance de la mémoire de travail, ainsi que les corrélats neuronaux associés. Les résultats obtenus révèlent des schémas d'activité cérébrale liés à un effet nuisible de la distraction émotionnelle sur la performance de la mémoire de travail, ainsi que l'activité cérébrale associée à la capacité de faire face à cette distraction émotionnelle. Les régions cérébrales généralement ciblées incluent des zones associées à la capacité de rester concentré, qui font partie d'un système neural exécutif dorsal, ici illustré en bleu, et des régions impliquées dans le traitement du mouvement, qui appartiennent à un système ventral effecteur illustré en rouge.

Les implications de cette technique vont dans le sens de la compréhension et éventuellement du diagnostic de troubles anxieux tels que le trouble de stress post-traumatique, car elle permet d'identifier les modifications associées à des réponses dysfonctionnelles face à une distraction émotionnelle. Eh bien, le principal avantage de cette technique par rapport aux méthodes existantes, comme celles impliquant la présentation simultanée d'informations pertinentes pour l'objectif et d'une distraction émotionnelle non pertinente pour la tâche, est qu'elle nous permet de mieux distinguer les corrélats neuronaux en réponse à la distraction émotionnelle de ceux associés aux processus cognitifs en cours. En outre, ce paradigme nous permet non seulement d'étudier les corrélats neurocognitifs de l'interférence cognitive, mais aussi les réponses neurologiques liées à la gestion de la distraction émotionnelle.

La tâche de base de ce protocole est une tâche de mémoire de travail avec réponse différée, au cours de laquelle des stimuli émotionnels et non émotionnels nouveaux sont présentés comme distracteurs sans rapport avec la tâche, pendant l'intervalle de délai entre les éléments à mémoriser et les indices de rappel. Des versions brouillées, ayant des propriétés fondamentales identiques (comme la fréquence spatiale et la luminance) à celles des distracteurs réels, peuvent être utilisées comme contrôles perceptifs. Alternativement, des essais sans distraction peuvent également servir de contrôles de base.

Il convient de noter que les distracteurs émotionnels et non émotionnels doivent être utilisés dans des essais distincts. Par ailleurs, afin d'augmenter l'impact, il est recommandé d'associer des distracteurs possédant des propriétés émotionnelles et sémantiques similaires. Les distracteurs émotionnels et neutres du dispositif d'origine que l'on vient de voir peuvent être sélectionnés dans le système international d'images affectives, mais des effets similaires peuvent être obtenus avec d'autres stimuli nouveaux efficaces en tant que distracteurs.

Par exemple, les visages exprimant de la colère pourraient induire des réponses émotionnelles spécifiques telles que l'anxiété sociale, et pourraient ainsi s'avérer efficaces pour étudier l'impact d'une distraction induisant une anxiété transitoire sur la mémoire de travail. De même, chez des participants cliniques tels que des patients souffrant de trouble de stress post-traumatique, la spécificité de la distraction pourrait être accrue en présentant des stimuli liés au traumatisme. Par exemple, en utilisant des images liées aux combats chez des vétérans de guerre atteints de TSPT.

Si des stimuli faciaux induisant l'anxiété sont utilisés pour augmenter l'impact, nous suggérons de les morpher comme illustré ici, plutôt que de présenter les visages sous forme d'images fixes. À l'aide du logiciel de présentation de stimulations choisi, configurez cette tâche selon un plan lié à l'événement comportant trois visages dans la tâche de mémoire de travail, suivis de distracteurs nouveaux. Les participants doivent recevoir pour instruction de maintenir leur attention sur le meran tout en traitant les distracteurs, et de répondre rapidement et précisément aux sondes uniques de visage en appuyant sur un bouton de réponse : un bouton indiquant « ancien » ou « mémorisé », et un deuxième bouton indiquant « nouveau ». Des manipulations supplémentaires permettant d'accroître la sensibilité de la tâche de mémoire de travail pour détecter des différences comportementales, telles que l'évaluation du niveau de confiance du participant dans ses réponses, peuvent également être mises en œuvre.

Notez que, à des fins d'illustration, cet exemple ne reflète pas le déroulement temporel réel de la tâche. Enfin, la difficulté de la tâche de mémoire de travail peut être modulée en ajustant la présence de couleurs et/ou de caractéristiques faciales supplémentaires dans les éléments à mémoriser, ainsi que le degré de ressemblance entre les visages au moment où le sujet arrive. Veillez à obtenir un consentement écrit et éclairé, et à vérifier la compatibilité avec l'IRM.

Évaluez également l'état émotionnel actuel ainsi que des traits de personnalité tels que l'anxiété et la réactivité émotionnelle. Je souhaiterais que vous remplissiez quelques questionnaires évaluant votre état émotionnel actuel. D'accord, cela devrait prendre environ 10 minutes avant l'analyse par imagerie.

Informer en détail le participant des procédures d'IRM et lui donner des consignes précises concernant la tâche comportementale afin d'éviter tout inconfort et d'accroître sa familiarité avec la tâche. Fournir également au participant un essai d'entraînement abrégé. Introduire maintenant le sujet dans la salle d'IRM et lui demander de s'allonger en position supine sur la table de scan.

Fournir une protection auditive ainsi que des écouteurs d'isolation pour la communication pendant l'examen ; placer un rembourrage supplémentaire autour de la tête pour assurer le confort durant l'examen et minimiser les mouvements. En outre, on peut enrouler légèrement le côté non adhésif d'une bande de ruban adhésif autour du front du participant. Pour réduire davantage les mouvements de la tête, positionner confortablement la main droite du sujet sur la boîte de réponse et s'assurer que les boutons de réponse fonctionnent correctement.

Placez un bouton d'arrêt d'urgence à proximité afin que le sujet puisse indiquer tout besoin urgent d'arrêter le scanneur, puis assurez-vous que le sujet voit clairement la projection sur l'écran pour la présentation des stimuli avant de l'introduire dans le scanneur. Acquérez ensuite une image structurelle T1 pondérée à haute résolution, telle qu'une SPGR ou une MP rage. Ensuite, configurez vos séries fonctionnelles pour permettre une couverture complète du cerveau.

Dans nos premières études utilisant un appareil d'imagerie de quatre Tesla, nous avons acquis une série axiale de 30 coupes fonctionnelles avec une taille de voxel de quatre par quatre par quatre millimètres, en utilisant une séquence d'impulsions en spirale inverse et les paramètres suivants : un TR de 2000 millisecondes, un TE de 31 millisecondes et un champ de vue de 256 par 256 millimètres. Plus récemment, nous avons également adapté le paradigme pour un appareil de 1,5 Tesla en utilisant les paramètres suivants : 28 coupes fonctionnelles avec une taille de voxel de quatre par quatre par quatre millimètres, acquises de manière axiale à l’aide d’une séquence Echo Plano, avec un TR de 2000 millisecondes, un TE de 40 millisecondes et un champ de vue de 256 par 256 millimètres. Informez le sujet que l’imagerie fonctionnelle va commencer et rappelez-lui les tâches à accomplir. Démarrez alors l’appareil de manière synchronisée avec le paradigme. Une fois l’acquisition terminée, aidez le sujet à sortir de l’appareil et effectuez une évaluation comportementale afin de déterminer la sensibilité du participant aux distracteurs, en évaluant l’intensité émotionnelle des distracteurs ainsi que leur pouvoir de distraction perçu subjectivement. Les différences individuelles observées dans ces évaluations peuvent être utilisées pour étudier leur influence sur les mécanismes neuronaux médiant l’effet néfaste des émotions sur la cognition, ou pour identifier les régions cérébrales impliquées dans la gestion de la distraction émotionnelle.

Enfin, n'oubliez pas de remercier le sujet pour sa participation à l'expérience. Une fois recueillies, les données peuvent être analysées à l'aide de n'importe quel logiciel de traitement d'IRMf, tel que la cartographie paramétrique statistique, couramment appelée SPM. Notre laboratoire utilise ce logiciel en combinaison avec des outils internes basés sur MATLAB.

Le prétraitement implique des étapes classiques, une assurance qualité, un alignement des images, une correction des mouvements, une co-registration, une normalisation et un lissage spatial à l'aide d'un noyau de huit millimètres. Lorsqu'on utilise SPM, le modèle linéaire général est mis en œuvre pour évaluer l'ajustement des données enregistrées pour chaque condition d'intérêt à une fonction de réponse hémodynamique prédéterminée. Alternativement, les données de chaque condition peuvent être moyennées de manière sélective afin d'observer le signal FMR brut associé à chaque condition, sans hypothèse préalable sur la forme de la fonction de réponse hémodynamique.

Les contrastes d'intérêt révèlent ensuite des modifications par rapport à l'état pré-stimulus, à la ligne de base, ainsi que des différences entre une condition et une autre. Avec ce protocole expérimental, nous recommandons d'utiliser des outils d'analyse permettant d'évaluer les variations du signal FMR point par point dans le temps, aux niveaux individuel et groupé. L'analyse statistique implique des comparaisons de l'activité cérébrale selon le type de distracteur. En outre, des corrélations entre les données d'imagerie cérébrale et des mesures subjectives ou objectives de la distractibilité, ainsi que des scores indicatifs, sont envisagées.

Des mesures de la personnalité peuvent également être effectuées afin d'étudier la façon dont l'activité cérébrale varie conjointement avec les différences individuelles observées pour ces mesures. Ici, nous illustrons la procédure de base permettant d'identifier les relations entre le cerveau et le comportement à l'aide de corrélations interindividuelles entre l'activité cérébrale et les évaluations subjectives de la distractibilité. Premièrement, des scores individuels de distractibilité sont calculés pour chaque sujet.

Deuxièmement, leurs corrélations avec les changements d'activité cérébrale sont calculées soit selon une approche voxel par voxel, soit à l'aide du signal IRMf extrait de régions d'intérêt spécifiques ou ROI. Ensuite, des troisièmes diagrammes de dispersion de ces corrélations sont tracés. Les analyses de toutes nos études utilisant ce protocole ont généralement porté sur l'évaluation des modifications du signal IRMf observées pendant l'intervalle de rétention, lorsque les distracteurs sont présentés, mais il est également possible d'examiner l'activité verrouillée temporellement à d'autres événements, tels que les stimuli de contrôle. Ici, nous illustrons les principaux résultats de notre étude initiale utilisant des distracteurs émotionnels et neutres sélectionnés dans le International Affective Picture System.

Le panneau central montre les cartes d'activation du contraste direct entre les conditions les plus et les moins distractrices, superposées à une image cérébrale haute résolution affichée en vue latérale de l'hémisphère droit. L'accent est mis sur l'activité enregistrée pendant l'intervalle de délai, lorsque les distracteurs étaient présentés. L'activité dans le système neural exécutif dorsal est représentée en bleu, et l'activité dans le système effectif ventral est représentée en rouge.

Les barres horizontales colorées situées en bas de l'image cérébrale indiquent le gradient des valeurs T des cartes d'activation. Les panneaux latéraux illustrent les courbes temporelles des variations de l'activité cérébrale pendant la tâche de mémoire de travail avec distraction, les panneaux supérieurs montrant l'activité dans les régions exécutives dorsales telles que le cortex préfrontal latéral dorsal et le cortex pariétal latéral, et les panneaux inférieurs montrant l'activité dans les régions du système effectif ventral telles que le cortex préfrontal latéral ventral ou des régions sensibles à la modulation affective telles que le gyrus fusiforme. Les courbes temporelles en bleu représentent le distracteur dénué de sens mélangé, celles en rouge indiquent le distracteur émotionnel, et celles en jaune représentent le distracteur neutre en présence d'une distraction dénuée de sens.

Une activité soutenue s'est produite dans les régions du système exécutif dorsal. La présence d'une distraction émotionnelle a accru l'activité dans les régions du système affectif ventral, tout en diminuant l'activité dans le système dorsal et en altérant la performance de la mémoire de travail, en parallèle avec l'impact comportemental. La présence de distracteurs neutres a produit un niveau intermédiaire d'activité dans les deux systèmes. Cette dissociation dorso-ventrale a été systématiquement reproduite et s'est révélée spécifique à la distraction émotionnelle.

Ce paradigme expérimental permet également d'identifier les régions cérébrales impliquées dans la gestion de la distraction émotionnelle. Par exemple, des analyses de corrélation entre l'activité de régions cérébrales sensibles à la présence de distraction émotionnelle ont mis en évidence des zones du cortex préfrontal latéral ventral dont l'activité était en corrélation négative avec les indices de distractibilité émotionnelle pour les distracteurs émotionnels, mais pas pour les distracteurs neutres. Plus précisément, les participants présentant une activité plus importante dans cette région percevaient les distracteurs émotionnels comme moins perturbants et les évaluaient comme tels.

Ces résultats fournissent des preuves d'un rôle de cette région dans la gestion des émotions distrayantes. Après le développement de ce paradigme, la voie a été ouverte aux chercheurs dans le domaine des interactions entre émotion et cognition pour étudier les corrélats neurologiques de la réponse aux distractions émotionnelles ainsi que de la manière de les gérer, tant chez les populations saines que cliniques. Après avoir visionné cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la façon d'utiliser ce protocole pour étudier les corrélats neurologiques de l'interférence cognitive provoquée par la distraction émotionnelle, et de la manière de l'adapter à vos propres besoins expérimentaux.