התאמת תגובות התנהגותיות לאותות-fMRI של קליפת המוח הקדם חזיתית האנושי: בחינת תהליכים קוגניטיביים באמצעות ניתוח משימה

המטרה הכללית של הניסוי הבא היא לחקור את אותות ה-MRI הקשורים לתגובות קשביות לגירויים חזותיים. זאת מושג על ידי סריקה של נבדקים בזמן שהם מקדישים קשב לגירויי סטרופ רגשיים. במקביל, נרשמות תגובות לחיצה על כפתור למשך הגירויים, המהוות את המדד ההתנהגותי שישואל בהתאם לאותות במוח.

בנוסף, תנועות העיניים של הנבדק מוקלטות באמצעות עוקב עיניים בתוך הסורק, במטרה לקבל מדד של בחירה קשבית. התוצאות המתקבלות מראות הפעלה של הפיתול המצחי התחתון (inferior frontal gyrus), על בסיס ניתוח של המתאמים בין ההתנהגות לבין אות ה-FMRI במהלך משימת התגובה לגירוי. היתרון העיקרי של טכניקה זו על פני טכניקות אחרות, כגון טומוגרפיה בנפקת פוזיטרונים, הוא שניתן לסרוק נבדקים למשך עד שעתיים.

מערכת זו מסייעת לנו להבין מעט יותר על עיכוב (אינהיביציה) של קליפת המוח הפרונטלית. תפקוד לקוי של מערכת זו קשור לנפתולוגיות שונות, כגון ADHD ותסמונת טורט. לפני תחילת ניסוי זה, על המשתתפים הפוטנציאליים למלא טופס הסכמה למחקר וכן שאלון סינון סטנדרטי לבדיקת MRI.

יש לשלול התוויות נגד לבדיקת MRI. לאחר השלמת הניירת, העבירו לנבדק הדרכה על משימת ה-antis. בשלב זה, נקודת קיבוע ירוקה מעידה על ניסוי pro secod.

הנחה את המשתתף להביט במטרה המופיעה בפריפריה של המסך בזווית ראייה של 8 עד 10 מעלות. נקודת קיבוע אדומה מצביעה על ניסוי antis COD; הנחה את המשתתף להביט במראה מול המטרה המופיעה שוב בפריפריה של המסך בזווית ראייה של 8 עד 10 מעלות. לדוגמה, אם מופיעה מטרה מימין, על הנבדק להביט שמאלה.

בשלב הבא, העניקו הדרכה למטלת הסטרופ הרגשי (emotional stroop task). זהו פאראדיגמה פסאודה-אירועית שבה מילים תיאוריות המציינות את ההבעות מופיעות על גבי תמונות של פנים בודדות. המילים הן תואמות (congruent) או לא תואמות (incongruent) עם הרגש המשתקף מהפנים.

בתמונה, הנחה את המשתתפים באילו כפתורים יש ללחוץ כדי לדווח על הבעה או מילה שמחה, הבעה או מילה ניטרלית, או הבעה או מילה עצובה. המשימה צריכה להתחיל במסך הוראות כתוב למשך שנייה אחת, המזכיר למשתתפים לדווח על הבעת הפנים או על המילה הכתובה על ידי לחיצה על הכפתור המתאים במהירות המקסימלית. לאחר מכן יופיע צלב קיבוע למשך שנייה אחת, ואז גירויי פנים למשך 250 מילישניות, ובסיום תמונת תגובה למשך שתי שניות.

תמונת התגובה משמשת כדי להעניק למשתתפים זמן לדווח על תגובותיהם. ההצגה החזותית הבאה של צלב הקיבוע מתחילה לאחר סיום תמונת התגובה. כללו 15 ניסיונות תרגול עם שילובים שונים של ביטויי מילים של פנים.

כדי להתחיל בהכנה לסריקה, ראשית הפעילו מקרן דיגיטלי להצגת גירוי המחשב כתמונה ממוקדת על מסך בתוך חלל ה-MRI. לאחר מכן, הכניסו את המשתתף לחדר הסורק וספקו לו אטמי אוזניים ואוזניות לצורך הגנה על השמיעה.

יש להשכיב את הנבדק על הגב ולמקום את הראש במרכז הסליל. יש לייצב את תנוחת גוף הראש והנבדק באמצעות כריות או רפידות ספוג כדי להבטיח נוחות תוך הגבלת תנועת הראש. כעת, יש להניח את סליל הראש.

לאחר מכן, הנח את הנבדק להטות את ראשו בנוחות תוך כדי מבט ישר קדימה אל המראה המשקיפה את התמונה המוקרנת; העיניים צריכות להיות קרובות ככל האפשר למנח הראשוני (primary position) כדי לשמור על נוחות המשתתף במהלך סשן הסריקה, שעלול להימשך עד שעתיים. שאל את המשתתף אם התמונה המוקרנת נמצאת בפוקוס. אם התמונה אינה חדה, כוון מחדש את העדשה כדי לשפר את בהירות התמונה.

לאחר מכן, בצעו כיול של עוקב העיניים כדי להבטיח שמצלמת האינפרה-אדום נמצאת במיקום הנכון. אם ההשתקפות על הקרנית אינה אידיאלית, יש להתאים את מקור האינפרה-אדום או לדייק מחדש את מיקום המראה המשקפת את מקור האינפרה-אדום סמוך לראשו של המשתתף. כמו כן, שאלו את הנבדק אם דרוש ריפוד ספוג נוסף או כריות כדי לשמור על תנוחה זו.

לאחר השלמת הגדרת הציוד, הניחו כדור לחיצה למקרה חירום בידו הימנית של המשתתף ואת תיבת התגובות בידו השמאלית. כמו כן, הניחו קפסולת ויטמין E בצד ימין של האוזניות, מכיוון שהיא תהיה גלויה בסריקות אנטומיות ותסייע לוודא שהתמונות אינן הפוכות מימין לשמאל. לבסוף, הרימו והגלישו את המיטה אל מרכז ה-MRI.

עם הכניסה לחדר הבקרה, השתמש באינטרקום כדי לוודא שהמשתתף מוכן להתחיל את סשן הסריקה ושהוא מרגיש בנוח. כמו כן, הזכר למשתתף שרעשי הסורק יהיו חזקים. התחל בביצוע סריקת localizer.

לאחר מכן, הגדירו סדרה של חתכים אנטומיים המכסים את המוח כולו. בדרך כלל יש להשתמש בחתכים אקסיאליים אלכסוניים. עדכנו את המשתתף לגבי משך הזמן המשוער של הסריקה האנטומית.

תהליך זה עשוי להיארך בין שש ל-10 דקות, תלוי במספר הפרוסות שנקבעו. לחלופין, ניתן לבצע את הסריקה האנטומית לאחר הסריקות הפונקציונליות. עם השלמת הסריקות האנטומיות, הגדירו רצף פונקציונלי והזכירו למשתתף את הוראות המשימה עבור פרדיגמת הסטרופ (stroop paradigm).

לאחר מכן, הפעילו את הסורק ואת הפרדיגמה באופן סינכרוני תוך הקלטה של כל לחיצות הכפתורים. ודאו שאתם מנטרים ומתעדים את תנועות העיניים האופקיות והאנכיות של הנבדק באמצעות מעקב עיניים באינפרא-אדום, כדי שניתן יהיה להקריץ נתונים אלו עם הפרדיגמה ההתנהגותית. לאחר מכן, הנחו את הנבדק כי פרדיגמת ה-anti Scho תבוצע במהלך הסריקה הבאה.

לאחר מכן, התחילו את הסריקה עם הפרדיגמה המסונכרנת. בהתאם לפרמטרי ההדמיה שנבחרו, משך הסריקה יהיה קרוב לשש דקות. הימנעו מסריקות ארוכות יותר כיוון שהנבדקים עלולים להירדם.

מפגש הדמיה מלא זה עשוי להימשך בין 60 ל-120 דקות, בהתאם לזמן הנדרש להכנה, להתאמות ספציפיות לנבדק ולמספר הסריקות הפונקציונליות הדרושות לניתוח. את הנתונים שהתקבלו מניסוי זה ניתן לנתח באמצעות כל חבילת ניתוח FMRI, כגון brain voyage או qx. מודגם כאן.

A acne או SPM הן תוכנות נוספות הנפוצות לניתוח fMRI. מפות סטטיסטיות הנגזרות מהנתונים התפקודיים צריכות להיות מושלכות על גבי תמונות אנטומיות של המוח. כדי לעשות זאת, השתמשו תחילה במודל הליניארי הכללי או ב-GLM כדי להגדיר באופן תפקודי את אזורי העניין במוח, באמצעות מנבאים נפרדים עבור כל אחד מתנאי המטלה.

במהלך שני סוגי הסריקות, השתמשו במנבאים הבאים: הוראת פנים תואמת ובלתי תואמת והוראת מילים, antis, secod, ו-pros secod. לאחר מכן, בחנו את עוצמת האות בכל האזורים הפרונטליים שהופעלו מתוך ניגודי ה-GLM. לאחר מכן, חשבו את אות ה-bold הסטנדרטיזציה בקרב כל המשתתפים והשוו בין ביטוי פנים של מילה בלתי תואמת לבין פנים של מילה תואמת.

הביטויים עבור שני התנאים מתבססים לבסוף על מתאם עם זמני התגובה שנאספו בניסיונות ששימשו לכך. לאחר מכן, ה-GMs מבצעים מתאם בין הפעילות המוחית של כל נבדק לבין זמני התגובה שלו עבור אותם ניסיונות ספציפיים. התמונה המוצגת כאן מראה את הפיתול המצחי המקורי השמאלי (left inferior frontal gyrus) או ה-IFG, אשר מוקם תפקודית באמצעות הניגוד בין תנאי ה-emotional stroop הבלתי תואם לבין התנאי התואם.

במהלך מערך ההוראות של תשומת לב למילה. כאן ניתן לראות כי כאשר הבעת הפנים הייתה לא תואמת למילה הרגשית שהוצמדה אליה, אי-התאימות שנוצרה מדיווח על המילה הכתובה הביאה לעוצמת אות BOLD גבוהה יותר. ב-IFG השמאלי, הבעות לא תואמות הראו שינוי משמעותית גבוה יותר באות ה-BOLD בהשוואה להבעות תואמות.

במהלך ההוראה "שים לב למילה", ניגודיות בין תמריצים לא תואמים לתואמים הראתה מתאם חיובי בין זמני התגובה לבין עוצמת אות ה-BOLD. גרף זה מייצג ממוצע של זמני תגובה ואות BOLD של 10 נבדקים במהלך כל אחד מששת התנאים. כאן, השורה העליונה היא איור סכימטי של רצף ניסיונות מתוך בלוק אחד של ניסיונות.

החלק התחתון הוא תיאור של שתי פונקציות התגובה ההמודינמית מסוג גמא ששימשה לזיהוי אזורי מוח המעורבים בהבעות פנים רגשיות. בעת ביצוע הליך זה, חשוב לזכור לבדוק את הנבדק בין הסריקות ולהזכירו להישאר ללא תנועה ככל האפשר כדי להפחית ארטיפקטים של תנועה בעקבות הליך זה. ניתן להשתמש בטכניקות אחרות, כגון magnetoencephalography, כדי לבחון את השפעות העיתוי בתוך ה-inferior frontal gyrus.