Corrélation entre réponses comportementales aux signaux IRMf de cortex préfrontal humain: l'examen des processus cognitifs en utilisant l'analyse des tâches

L'objectif général de l'expérience suivante est d'étudier les signaux IRM liés aux réponses attentionnelles à des stimuli visuels. Cela est réalisé en scannant des sujets pendant qu'ils portent attention à des stimuli du test de Stroop émotionnel. Parallèlement, les réponses par pression sur un bouton aux stimuli sont enregistrées ; ces réponses constituent la mesure comportementale qui sera corrélée aux signaux cérébraux.

En outre, les mouvements oculaires du sujet sont enregistrés à l’aide d’un dispositif de suivi oculaire intégré au scanner afin d’obtenir une mesure de la sélection attentionnelle. Les résultats obtenus montrent une activation du gyrus frontal inférieur, basée sur l’analyse des corrélations entre le comportement et le signal IRMf durant la tâche de réponse aux stimuli. Le principal avantage de cette technique par rapport à d’autres, comme la tomographie par émission de positons, est que les sujets peuvent être scannés jusqu’à deux heures.

Ce système nous aide à mieux comprendre l'inhibition du cortex frontal. Un dysfonctionnement de ce système est impliqué dans diverses neuropathologies, telles que le TDAH et le syndrome de la Tourette. Avant de commencer cette expérience, les participants potentiels doivent remplir un formulaire de consentement à l'étude ainsi qu'un questionnaire standard de dépistage pour l'IRM.

Toutes contre-indications à l'IRM doivent être exclues. Une fois les formalités administratives terminées, fournir au sujet une séance d'entraînement sur la tâche antis. Ici, un point de fixation vert indique un essai pro secod.

Demander au participant de regarder la cible apparaissant en périphérie de l'écran sous un angle visuel de huit à 10 degrés. Une fixation rouge indique un essai antisaccade COD : demander au participant de regarder dans le miroir opposé à la cible apparaissant en périphérie de l'écran, là encore sous un angle visuel de huit à 10 degrés. Par exemple, si une cible apparaît à droite, le sujet doit regarder à gauche.

Ensuite, fournissez un entraînement à la tâche de Stroop émotionnel. Il s'agit d'un paradigme pseudo-lié à un événement dans lequel des mots descriptifs indiquant les expressions sont superposés à des images de visages individuels. Les mots sont soit congruents, soit incompatibles avec l'émotion représentée par le visage.

Dans l'image, indiquez aux participants quels boutons appuyer pour signaler une expression ou un mot heureux, une expression ou un mot neutre, ou une expression ou un mot triste. La tâche doit commencer par un écran d'instruction écrit d'une durée d'une seconde rappelant aux participants de signaler soit l'expression du visage, soit le mot écrit en appuyant sur le bouton correspondant le plus rapidement possible. Cela est suivi d'une croix de fixation d'une seconde, puis des stimuli faciaux pendant 250 millisecondes, puis d'une image de réponse pendant deux secondes.

L'image de réponse permet aux participants de prendre le temps de signaler leurs réponses. La prochaine présentation visuelle de la croix de fixation commence après la fin de l'image de réponse. Inclure 15 essais d'entraînement avec différentes combinaisons d'expressions verbales de visage.

Pour commencer, préparez le dispositif de numérisation. Allumez d'abord un projecteur numérique afin d'afficher sur un écran dans le tunnel de l'IRM l'image focalisée du stimulus informatique. Ensuite, faites entrer le participant dans la salle de l'IRM et fournissez-lui des bouchons d'oreilles et un casque pour assurer la protection auditive.

Placer le sujet en position supine et positionner la tête au centre du berceau de la bobine. Stabiliser la position du corps et de la tête du participant à l’aide d’oreillers ou de mousses afin d’assurer le confort tout en limitant les mouvements de la tête. Placer ensuite la bobine d’imagerie.

Ensuite, demandez au sujet d'incliner confortablement la tête tout en regardant droit devant lui pour observer dans le miroir l'image projetée. Les yeux doivent être aussi proches que possible de la position primaire afin de préserver le confort du participant pendant toute la durée de la session d'acquisition, qui peut durer jusqu'à deux heures. Demandez au participant si l'image projetée est nette. Si l'image n'est pas suffisamment précise, ajustez à nouveau l'objectif pour améliorer la netteté de l'image.

Ensuite, étalonnez le suivi oculaire afin de vous assurer que la caméra infrarouge est correctement positionnée. Si le reflet sur la cornée n'est pas idéal, la source infrarouge doit être ajustée ou le miroir reflétant la source infrarouge près de la position de la tête du participant doit être réaligné. Demandez également au sujet s'il a besoin de rembourrage supplémentaire ou d'oreillers pour maintenir cette position.

Une fois la configuration du matériel terminée, placez une balle de contact d'urgence dans la main droite du participant et la boîte de réponse dans la main gauche. Placez également une capsule de vitamine E sur le côté droit des écouteurs, car elle sera visible sur les scans anatomiques et pourra aider à s'assurer que les images ne sont pas inversées de gauche à droite. Enfin, relevez le lit et faites-le glisser au centre de l'IRM.

Dans la salle de contrôle, utilisez l'interphone pour confirmer que le participant est prêt à commencer la séance d'imagerie et qu'il est aussi à l'aise que possible. Rappeler également au participant que les bruits de l'appareil seront forts. Commencez par acquérir une coupe localisatrice.

Ensuite, prescrire une série de coupes anatomiques couvrant tout le cerveau. En général, des coupes axiales obliques doivent être utilisées. Informer le participant de la durée approximative de l'acquisition anatomique.

Cela peut prendre environ six à dix minutes, selon le nombre prescrit de coupes. En alternative, la prise de vue anatomique peut être effectuée après les acquisitions fonctionnelles. Une fois les images anatomiques terminées, prescrire une séquence fonctionnelle et rappeler au participant les consignes de la tâche dans le paradigme de Stroop.

Ensuite, démarrez simultanément le scanner et le paradigme en enregistrant toutes les pressions sur les boutons. Veillez à surveiller et enregistrer les positions oculaires horizontales et verticales du participant à l’aide du dispositif de suivi oculaire infrarouge, afin que ces données puissent être corrélées avec le paradigme comportemental. Ensuite, indiquez au sujet que le paradigme anti-Scho sera effectué pendant le prochain balayage.

Ensuite, lancez le balayage avec le paradigme synchronisé. Selon les paramètres d'imagerie choisis, la durée du balayage sera proche de six minutes. Évitez les balayages plus longs, car les sujets pourraient s'endormir.

Cette séance d'imagerie complète peut prendre de 60 à 120 minutes, selon le temps nécessaire à la configuration, aux réglages spécifiques au sujet et au nombre de séquences fonctionnelles requises pour l'analyse. Les données obtenues lors de cette expérience peuvent être analysées à l'aide de n'importe quel logiciel d'analyse d'IRMf, tel que brain voyage ou qx. Illustré ici.

A acne ou SPM sont d'autres programmes d'analyse IRMF couramment utilisés. Les cartes statistiques dérivées des données fonctionnelles doivent être superposées sur des images anatomiques du cerveau. Pour ce faire, utilisez d'abord le modèle linéaire général ou GLM afin de définir fonctionnellement les régions cérébrales d'intérêt à l'aide de prédicteurs distincts pour chacune des conditions de la tâche.

Au cours des deux types de scans, utilisez les prédicteurs suivants : instruction visage congruent et instruction mot congruent, instruction visage incongruent et instruction mot incongruent, antis, secod et pros secod. Ensuite, examinez l'intensité du signal dans toutes les régions frontales activées provenant des contrastes du GLM. Puis calculez le signal BOLD standardisé pour l'ensemble des participants et comparez l'expression faciale du mot incongruent avec celle du mot congruent.

Les expressions pour les deux conditions corrélaient finalement les temps de réaction recueillis lors des essais utilisés. Les MG corrélaient ensuite l'activité cérébrale de chaque individu avec leurs propres temps de réaction pour les essais spécifiques. L'image présentée ici montre le gyrus frontal inférieur gauche, ou IFG, qui a été localisé fonctionnellement à l'aide du contraste entre le test de Stroop émotionnel incohérent et la condition cohérente.

Pendant le jeu d'instructions portant sur les mots. Ici, on observe que lorsque l'expression du visage était incongrue par rapport au mot émotionnel superposé, cette incongruence, lors de la lecture du mot écrit, produisait une intensité du signal IRMf plus élevée. À gauche, les expressions incongrues du gyrus frontal inférieur (GFI) ont montré une variation significativement plus importante du signal IRMf comparée aux expressions congrues.

Pendant l'instruction de traitement du mot, le contraste incohérent-cohérent a révélé une corrélation positive entre les temps de réaction et l'intensité du signal BOLD. Ce graphique représente la moyenne des temps de réaction et du signal BOLD pour 10 sujets durant chacune des six conditions. La rangée supérieure présente ici une illustration schématique de la séquence d'un essai provenant d'un bloc d'essais.

La section inférieure représente les deux fonctions gamma de réponse hémodynamique utilisées pour identifier les régions cérébrales impliquées dans les expressions faciales émotionnelles. Lors de la réalisation de cette procédure, il est important de vérifier l’état du sujet entre les examens et de lui rappeler de rester aussi immobile que possible afin de réduire les artefacts de mouvement. D'autres techniques, telles que la magnétoencéphalographie, peuvent être utilisées pour examiner les effets temporels au sein du gyrus frontal inférieur.