Imaging cerebrale Indagine di compromettere l'effetto delle emozioni sulla cognizione

L'obiettivo generale di questo protocollo sperimentale è indagare i correlati neurali dell'impatto negativo delle emozioni sulla cognizione, con un focus sui processi di memoria di lavoro. Questo viene ottenuto registrando l'attività cerebrale mediante risonanza magnetica funzionale (FMRI), mentre i partecipanti svolgono un compito di memoria di lavoro con distrazioni emotive presentate durante l'intervallo di ritardo tra i memorandum e le prove. Dopo aver creato il compito di base di memoria di lavoro, i distrattori vengono selezionati in base agli obiettivi dell'indagine e alle popolazioni target. Ad esempio, se non vengono considerate emozioni specifiche, possono essere utilizzati stimoli emotivi in grado di indurre risposte emotive generali, positive o negative.

Quando invece si mirano gli effetti di emozioni specifiche come la paura, possono essere utilizzate distrazioni inducenti la paura, sia in partecipanti sani che clinici. Successivamente, i dati comportamentali e di neuroimmagine raccolti mentre i partecipanti svolgono il compito di memoria di lavoro con distrazione vengono analizzati al fine di identificare gli effetti differenziali della distrazione emotiva sulle prestazioni della memoria di lavoro e sulle relative correlazioni neurali; si ottengono risultati che mostrano schemi di attività cerebrale associati a un effetto negativo della distrazione emotiva sulle prestazioni della memoria di lavoro, nonché attività cerebrale legata alla capacità di gestire la distrazione emotiva. Le regioni cerebrali tipicamente analizzate includono aree associate alla capacità di mantenere la concentrazione, che fanno parte di un cosiddetto sistema neurale esecutivo dorsale qui illustrato in blu, e regioni coinvolte nell'elaborazione del movimento, che fanno parte di un sistema effettivo ventrale illustrato in rosso.

Le implicazioni di questa tecnica si estendono alla comprensione e possibilmente alla diagnosi di disturbi d'ansia come il disturbo da stress post-traumatico, poiché consente l'identificazione di cambiamenti associati a risposte disfunzionali alla distrazione emotiva. Il vantaggio principale di questa tecnica rispetto ai metodi esistenti, come quelli che prevedono la presentazione simultanea di informazioni rilevanti per l'obiettivo e di distrazioni emotive irrilevanti per il compito, è che ci permette di separare meglio i correlati neurali della risposta alla distrazione emotiva da quelli associati ai processi cognitivi in corso. Inoltre, questo paradigma non solo ci consente di indagare i correlati neurologici dell'interferenza cognitiva, ma anche le risposte neurologiche legate alla gestione della distrazione emotiva.

Il compito fondamentale di questo protocollo è un compito di memoria di lavoro con risposta ritardata, nel quale stimoli emotivi e non emotivi nuovi vengono presentati come distrattori irrilevanti per il compito durante l'intervallo di ritardo tra i memorandum e le prove. Versioni mescolate con proprietà di base identiche, come frequenza spaziale e luminanza, a quelle dei distrattori reali possono essere utilizzate come controlli percettivi. In alternativa, prove senza distrazione possono essere utilizzate come controlli di base.

Si deve notare che i distrattori emotivi e non emotivi devono essere utilizzati in prove diverse. Inoltre, per aumentare l'impatto, si raccomanda di associare distrattori con proprietà emotive e semantiche simili. I distrattori emotivi e neutrali nel disegno originale appena descritto possono essere selezionati dal sistema internazionale di immagini efficaci, ma effetti simili possono essere ottenuti con altri stimoli nuovi che si rivelino efficaci come distrattori.

Ad esempio, i volti che mostrano espressioni di rabbia potrebbero indurre specifiche risposte emotive come l'ansia sociale, e pertanto potrebbero risultare efficaci nell'indagare l'impatto di una distrazione indotta da ansia transitoria sulla memoria di lavoro. Analogamente, in partecipanti clinici come pazienti affetti da disturbo da stress post-traumatico, la specificità della distrazione potrebbe essere aumentata presentando stimoli legati al trauma. Ad esempio, utilizzando immagini relative ai combattimenti in veterani di guerra con PTSD.

Se si utilizzano stimoli facciali che inducono ansia per aumentare l'impatto, suggeriamo di fondere tali stimoli come mostrato qui, piuttosto che presentare i volti come immagini statiche. Utilizzando il software di presentazione degli stimoli scelto, impostare questa attività come un disegno sperimentale di tipo event-related con tre volti nel compito di memoria di lavoro, seguiti da distrattori nuovi. I partecipanti devono essere istruiti a mantenere la concentrazione sul meran, pur continuando a elaborare i distrattori, e a fornire risposte rapide e accurate ai singoli stimoli-prova premendo un pulsante di risposta: uno per indicare "vecchio" o "ricordato", e due per indicare "nuovo". Inoltre, possono essere implementate manipolazioni aggiuntive che aumentano la sensibilità del compito di memoria di lavoro nel rilevare differenze comportamentali, come la valutazione della sicurezza del partecipante riguardo alle proprie risposte.

Si noti che, a scopo illustrativo, questo esempio non prevede i tempi reali della prova. Infine, la difficoltà del compito di memoria di lavoro può essere variata modificando la presenza di colori e/o di ulteriori caratteristiche facciali nei volti da memorizzare, nonché la somiglianza tra i volti al momento dell'arrivo del soggetto. Assicurarsi di ottenere un consenso scritto e informato e di effettuare la valutazione preliminare per la sicurezza in risonanza magnetica.

Valuti anche lo stato emotivo attuale e tratti della personalità come ansia e reattività emotiva. Vorrei che compilasse alcuni questionari volti a valutare il suo stato emotivo attuale. Ok, dovrebbe richiedere circa 10 minuti prima della scansione.

Informare dettagliatamente il partecipante sulle procedure di scansione e fornire istruzioni specifiche per il compito comportamentale al fine di evitare disagio e aumentare la familiarità con il compito. Inoltre, far svolgere al partecipante una prova abbreviata. Portare ora il soggetto nella stanza di scansione e istruirlo a sdraiarsi in posizione supina sul lettino di scansione.

Fornire protezioni per le orecchie e auricolari isolanti per la comunicazione durante la scansione; posizionare un'ulteriore imbottitura intorno alla testa per garantire comfort durante la scansione e ridurre al minimo i movimenti. Inoltre, il lato non adesivo di un pezzo di nastro può essere avvolto leggermente intorno alla fronte del partecipante. Per ridurre ulteriormente i movimenti della testa, posizionare comodamente la mano destra del soggetto sulla scatola di risposta e assicurarsi che i pulsanti di risposta funzionino correttamente.

Posizionare un pulsante di arresto di emergenza nelle vicinanze in modo che il soggetto possa segnalare qualsiasi necessità urgente di interrompere la scansione; infine, assicurarsi che il soggetto possa vedere chiaramente la proiezione sullo schermo per la presentazione dello stimolo prima di farlo entrare nello scanner. Ora acquisire un'immagine strutturale pesata in T1 ad alta risoluzione, come ad esempio un SPGR o un MP rage. Successivamente, impostare le acquisizioni funzionali in modo da consentire una copertura completa dell'encefalo.

Nelle nostre prime ricerche effettuate con uno scanner da quattro Tesla, abbiamo acquisito serie assiali di 30 fette funzionali con dimensione del voxel di quattro per quattro per quattro millimetri, utilizzando una sequenza di impulsi a spirale inversa con i seguenti parametri: un TR di 2000 millisecondi, un TE di 31 millisecondi e un campo visivo di 256 per 256 millimetri. Più recentemente, abbiamo inoltre adattato il paradigma per uno scanner da 1,5 Tesla utilizzando i seguenti parametri: 28 fette funzionali con dimensione del voxel di quattro per quattro per quattro millimetri acquisite assialmente mediante una sequenza Echo Plano, con un TR di 2000 millisecondi, un TE di 40 millisecondi e un campo visivo di 256 per 256 millimetri. Informare il soggetto che l'imaging funzionale sta per iniziare e ricordargli o ricordarle i compiti da svolgere. Avviare quindi lo scanner in sincronia con il paradigma. Al termine della scansione, aiutare il soggetto a uscire dallo scanner ed effettuare una valutazione comportamentale per determinare la sensibilità del partecipante ai distrattori, valutando l'intensità emotiva dei distrattori e la distraibilità percepita soggettivamente. Le differenze individuali in tali valutazioni possono essere utilizzate per indagare il loro impatto sui meccanismi neurali che mediano l'effetto negativo delle emozioni sulla cognizione o per identificare le aree cerebrali coinvolte nella gestione della distrazione emotiva.

Infine, assicurarsi di ringraziare il soggetto per aver partecipato all'esperimento. Una volta raccolti, i dati possono essere analizzati utilizzando qualsiasi pacchetto software per l'elaborazione di fMRI, come la mappatura parametrica statistica, comunemente nota come SPM. Il nostro laboratorio utilizza questo strumento in combinazione con strumenti basati su MATLAB sviluppati internamente.

La pre-elaborazione comprende passaggi tipici, controllo della qualità, allineamento delle immagini, correzione del movimento, co-registrazione, normalizzazione e filtraggio spaziale con un kernel di otto millimetri. Quando si utilizza SPM, si applica il modello lineare generale per valutare l'adattamento dei dati registrati per ciascuna condizione di interesse a una funzione di risposta emodinamica predeterminata. In alternativa, i dati di ciascuna condizione possono essere mediati selettivamente per visualizzare il segnale FMR grezzo associato a ogni condizione, senza ipotesi predeterminate sulla forma della funzione di risposta emodinamica.

I confronti di interesse rivelano quindi modifiche rispetto allo stimolo pre-basale e differenze tra una condizione e un'altra. Con questo protocollo sperimentale, suggeriamo di utilizzare strumenti di analisi che permettano di valutare le variazioni del segnale FMR punto per punto nel tempo, a livello individuale e di gruppo. L'analisi statistica prevede confronti dell'attività cerebrale in base al tipo di distrattore. Inoltre, vengono effettuate correlazioni tra i dati di neuroimmagine e misure soggettive o oggettive della distraibilità, nonché punteggi indicizzati.

È possibile eseguire anche misurazioni della personalità per indagare come l'attività cerebrale covari con le differenze individuali in tali misurazioni. Qui illustriamo la procedura di base per identificare le relazioni tra cervello e comportamento mediante correlazioni tra soggetti basate sull'attività cerebrale e sui giudizi soggettivi di distraibilità. In primo luogo, vengono calcolati i punteggi individuali di distraibilità per ogni soggetto.

In secondo luogo, le loro correlazioni con i cambiamenti nell'attività cerebrale vengono calcolate o su base voxel per voxel oppure mediante il segnale FMR estratto da specifiche regioni di interesse o ROI. Successivamente vengono tracciati grafici a dispersione di queste correlazioni; le analisi in tutti i nostri studi che utilizzano questo protocollo hanno tipicamente coinvolto valutazioni dei cambiamenti nel segnale FMR osservati durante l'intervallo di attesa quando vengono presentati i distrattori, ma è possibile analizzare anche l'attività sincronizzata ad altri eventi, come ad esempio i segnali di prova. Qui illustriamo i risultati principali del nostro studio iniziale che utilizza distrattori emotivi e neutri selezionati dal sistema internazionale di immagini efficaci.

Il pannello centrale mostra le mappe di attivazione del contrasto diretto tra le condizioni più distrattive e quelle meno distrattive, sovrapposte a un'immagine cerebrale ad alta risoluzione visualizzata in vista laterale dell'emisfero destro. L'attenzione è focalizzata sull'attività registrata durante l'intervallo di ritardo, quando venivano presentati i distrattori. L'attività nel sistema neurale esecutivo dorsale è mostrata in blu, mentre l'attività nel sistema efficace ventrale è mostrata in rosso.

Le barre orizzontali colorate nella parte inferiore dell'immagine cerebrale indicano il gradiente dei valori T delle mappe di attivazione. I pannelli laterali illustrano gli andamenti temporali dei cambiamenti nell'attività cerebrale durante il compito di memoria di lavoro con distrazione, in cui i pannelli superiori mostrano l'attività in regioni esecutive dorsali come la corteccia prefrontale dorsolaterale e la corteccia parietale laterale, mentre i pannelli inferiori mostrano l'attività in regioni del sistema effettivo ventrale come la corteccia prefrontale ventrolaterale o regioni suscettibili alla modulazione affettiva, ad esempio il giro fusiforme. Gli andamenti temporali in blu rappresentano il distrattore privo di significato e confuso, quelli in rosso indicano il distrattore emotivo e quelli in giallo rappresentano il distrattore neutro in presenza di distrazione priva di significato.

L'attività sostenuta si è verificata in regioni del sistema esecutivo dorsale. La presenza di distrazioni emotive ha aumentato l'attività in regioni del sistema affettivo ventrale, riducendo al contempo l'attività nel sistema dorsale e compromettendo le prestazioni della memoria di lavoro, in parallelo all'impatto comportamentale; la presenza di distrattori neutri ha prodotto un livello intermedio di attività in entrambi i sistemi. Questa dissociazione dorso-ventrale è stata replicata sistematicamente ed è risultata specifica per la distrazione emotiva.

Questo paradigma sperimentale consente inoltre di identificare le aree cerebrali coinvolte nella gestione della distrazione emotiva. Ad esempio, analisi di correlazione tra l'attività di aree cerebrali sensibili alla presenza di distrazioni emotive hanno individuato regioni nella corteccia prefrontale laterale ventrale la cui attività era correlata negativamente con indici di distraibilità emotiva per i distrattori emotivi, ma non per quelli neutri. In particolare, i partecipanti che mostravano un'attività maggiore in questa regione percepivano e giudicavano i distrattori emotivi come meno disturbanti.

Questi risultati forniscono evidenze a sostegno di un ruolo di questa regione nel gestire emozioni distraenti. Dopo lo sviluppo di questo paradigma, si è aperta la strada ai ricercatori nel campo delle interazioni tra emozione e cognizione per studiare i correlati neurologici della risposta e della gestione della distrazione emotiva sia in popolazioni sane che cliniche. Dopo aver visto questo video, dovreste avere una buona comprensione di come utilizzare questo protocollo per indagare i correlati neurologici dell'interferenza cognitiva causata dalla distrazione emotiva e di come adattarlo alle vostre esigenze sperimentali.