Correlare risposte comportamentali alla segnali fMRI di Human corteccia prefrontale: Esame Processi Cognitivi Utilizzando Task Analysis

L'obiettivo generale del seguente esperimento è studiare i segnali di risonanza magnetica (MRI) associati alle risposte attentive a stimoli visivi. Questo viene ottenuto acquisendo immagini di soggetti mentre prestano attenzione a stimoli del test di stroop emotivo. Allo stesso tempo, vengono registrate le risposte tramite pressione di un pulsante agli stimoli, che costituiscono la misura del comportamento da correlare ai segnali cerebrali.

Inoltre, i movimenti oculari del soggetto vengono registrati mediante un eye tracker all'interno dello scanner al fine di ottenere una misura della selezione attentiva. I risultati ottenuti mostrano l'attivazione del giro frontale inferiore in base all'analisi delle correlazioni tra comportamento e segnale fMRI durante il compito di risposta allo stimolo. Il vantaggio principale di questa tecnica rispetto ad altre, come la tomografia a emissione di positroni, è che i soggetti possono essere sottoposti a scansione per un periodo fino a due ore.

Questo sistema ci aiuta a comprendere un po' di più sull'inibizione della corteccia frontale. Il malfunzionamento di questo sistema è implicato in varie neuropatologie, come il DHD e il disturbo di Tourette. Prima di iniziare questo esperimento, i potenziali partecipanti devono compilare un modulo di consenso informato e un questionario standard di screening per risonanza magnetica.

Devono essere esclusi tutti i controindicativi alla risonanza magnetica. Una volta completata la documentazione, fornire al soggetto una sessione di allenamento sul compito antis. In questo caso, una fissazione verde indica una prova pro secod.

Chiedere al partecipante di guardare il bersaglio che appare in periferia sullo schermo con un angolo visivo di otto a 10 gradi. Una fissazione rossa indica una prova antisaccadica COD: chiedere al partecipante di guardare nello specchio opposto rispetto al bersaglio che appare in periferia sullo schermo, nuovamente con un angolo visivo di otto a 10 gradi. Ad esempio, se appare un bersaglio a destra, il soggetto deve guardare a sinistra.

Successivamente, fornire un allenamento per il compito di stroop emotivo. Si tratta di un paradigma pseudo correlato a eventi in cui parole descrittive che indicano le espressioni sono sovrapposte a immagini di volti individuali. Le parole sono o congruenti o incongruenti rispetto all'emozione rappresentata dal volto.

Nell'immagine, indicare ai partecipanti quali pulsanti premere per segnalare un'espressione o una parola felice, un'espressione o una parola neutra oppure un'espressione o una parola triste. L'esercizio deve iniziare con uno schermo di istruzioni scritte della durata di un secondo, che ricorda ai partecipanti di segnalare l'espressione facciale o la parola scritta premendo il pulsante corrispondente nel modo più rapido possibile. Segue un secondo con una croce di fissazione, poi lo stimolo facciale per 250 millisecondi e infine un'immagine di risposta per due secondi.

L'immagine di risposta serve a dare ai partecipanti il tempo necessario per segnalare le proprie risposte. La successiva presentazione visiva della croce di fissazione inizia al termine dell'immagine di risposta. Includere 15 prove di pratica con diverse combinazioni di espressioni facciali e parole.

Per iniziare, preparare l'attrezzatura per la scansione. Accendere innanzitutto un proiettore digitale per visualizzare lo stimolo proveniente dal computer come immagine focalizzata su uno schermo all'interno del foro della risonanza magnetica. Successivamente, far entrare il partecipante nella stanza dello scanner e fornire tappi per le orecchie e cuffie per la protezione dell'udito.

Faccia sdraiare il soggetto in posizione supina e posizioni la testa al centro del supporto della bobina per la testa. Stabilizzi la posizione del corpo e della testa del partecipante con cuscini o inserti in schiuma per garantire comfort limitando al contempo i movimenti della testa. A questo punto, posizioni la bobina per la testa.

Quindi chiedere al soggetto di inclinare comodamente la testa mantenendo lo sguardo dritto verso lo specchio, in modo da vedere l'immagine proiettata; gli occhi devono trovarsi nella posizione primaria il più possibile, al fine di garantire il comfort del partecipante durante la sessione di scansione, che può durare fino a due ore. Chiedere al partecipante se l'immagine proiettata è a fuoco. Se non è nitida, regolare nuovamente la lente per migliorare la chiarezza dell'immagine.

Quindi calibrare il tracker oculare per assicurarsi che la telecamera a infrarossi sia nella posizione corretta. Se il riflesso sulla cornea non è ottimale, è necessario regolare la sorgente a infrarossi o riallineare lo specchio che riflette la sorgente a infrarossi vicino alla posizione della testa del partecipante. Inoltre, chiedere al soggetto se sono necessari ulteriori cuscini di schiuma o cuscini per mantenere questa posizione.

Una volta completata la configurazione dell'attrezzatura, posizionare una pallina di contatto d'emergenza nella mano destra del partecipante e il box di risposta nella mano sinistra. Posizionare inoltre una capsula di vitamina E sul lato destro delle cuffie, poiché sarà visibile nelle scansioni anatomiche e potrà aiutare a garantire che le immagini non siano invertite da sinistra a destra. Infine, sollevare e far scorrere il lettino al centro della risonanza magnetica.

Una volta nella stanza di controllo, utilizzare l'interfono per confermare che il partecipante sia pronto a iniziare la sessione di scansione e si trovi il più comodo possibile. Ricordare inoltre al partecipante che i rumori dello scanner saranno molto forti. Iniziare acquisendo una scansione di localizzazione.

Quindi prescrivere una serie di sezioni anatomiche che coprano l'intero cervello. In genere, si dovrebbero utilizzare sezioni assiali oblique. Informare il partecipante della durata prevista della scansione anatomica.

Questo può richiedere circa da sei a dieci minuti, a seconda del numero prescritto di sezioni. In alternativa, la scansione anatomica può essere eseguita dopo le scansioni funzionali. Al termine delle scansioni anatomiche, prescrivere una sequenza funzionale e ricordare al partecipante le istruzioni del compito per il paradigma di Stroop.

Quindi avviare contemporaneamente lo scanner e il paradigma, registrando tutte le pressioni dei pulsanti. Assicurarsi di monitorare e registrare le posizioni oculari orizzontali e verticali del partecipante mediante il tracker oculare a infrarossi, in modo che questi dati possano essere correlati al paradigma comportamentale. Successivamente, istruire il soggetto sul fatto che il paradigma anti Scho verrà eseguito durante la scansione successiva.

Quindi avviare la scansione con il paradigma sincronizzato. A seconda dei parametri di imaging scelti, la scansione durerà circa sei minuti. Evitare scansioni più lunghe poiché i soggetti potrebbero addormentarsi.

L'intera sessione di acquisizione delle immagini può richiedere da 60 a 120 minuti, a seconda del tempo necessario per la configurazione, le regolazioni specifiche per il soggetto e il numero di scansioni funzionali richieste per l'analisi. I dati ottenuti da questo esperimento possono essere analizzati utilizzando qualsiasi pacchetto di analisi fMRI, come brain voyage o qx. Come mostrato qui.

A acne o SPM sono altri programmi di analisi fMRI comunemente utilizzati. Le mappe statistiche derivate dai dati funzionali devono essere sovrapposte alle immagini anatomiche del cervello. Per fare ciò, utilizzare innanzitutto il modello lineare generale o GLM per definire funzionalmente le regioni cerebrali di interesse con predittori separati per ciascuna delle condizioni del compito.

Durante i due tipi di scansioni, utilizzare i seguenti predittori: istruzioni con volto congruente e incongruente e istruzioni con parole congruenti e incongruenti, antis, secod e pros secod. Successivamente, esaminare l'intensità del segnale in tutte le regioni frontali attivate provenienti dai contrasti del GLM. Quindi calcolare il segnale BOLD standardizzato su tutti i partecipanti e confrontare l'espressione facciale della parola incongruente con quella della parola congruente.

Le espressioni per entrambe le condizioni correlano infine i tempi di reazione raccolti nelle prove utilizzate. I GM correlano quindi l'attività cerebrale attraverso ciascun individuo con i loro tempi di reazione specifici per le singole prove. L'immagine mostrata qui riporta il giro frontale inferiore sinistro, o IFG, localizzato funzionalmente mediante il contrasto tra lo stroop emotivo incongruente e la condizione congruente.

Durante il compito di attenzione alla parola. Qui osserviamo che quando l'espressione del volto era incongruente rispetto alla parola emotiva sovrapposta, l'incongruenza derivante dalla segnalazione della parola scritta ha prodotto un'intensità maggiore del segnale BOLD. A sinistra, le espressioni incongruenti del GFI hanno mostrato un cambiamento significativamente più ampio del segnale BOLD rispetto alle espressioni congruenti.

Durante l'istruzione di attenzione alla parola, il confronto tra condizioni incongruenti e congruenti ha mostrato una correlazione positiva tra i tempi di reazione e l'intensità del segnale BOLD. Questo grafico rappresenta la media dei tempi di reazione e del segnale BOLD di 10 soggetti durante ciascuna delle sei condizioni. Nella riga superiore è riportata un'illustrazione schematica della sequenza di una prova proveniente da un blocco di prove.

La sezione inferiore rappresenta le due funzioni di risposta emodinamica gamma utilizzate per individuare le aree cerebrali coinvolte nelle espressioni facciali emotive. Durante l'esecuzione di questa procedura, è importante controllare il soggetto tra una scansione e l'altra e ricordargli di rimanere il più fermo possibile per ridurre gli artefatti dovuti al movimento. Seguendo questa procedura, altre tecniche come la magnetoencefalografia possono essere utilizzate per esaminare gli effetti temporali all'interno del giro frontale inferiore.