Name: 強化、Eyetracking、および生体モニタリングによる機能イメージング (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2008-11-13T00:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 47 s
Description: 学ぶfMRIを用いた視覚的意思決定タスクにおける強化メカニズムの機能脳イメージング手法。報酬性ジュースと嫌悪性エアパフを用いて神経回路を解析し、眼球運動や生理学的モニタリングと組み合わせて意思決定プロセスを包括的に研究する。

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機器のセットアップ実行されているとfMRIの実験の最初のステップは、セットアップと機器をチェックしています。これらの手順は、任意の順序で行うことができます。 信号のコンディショニング - スキャナは電気と磁気シールドルームに位置しています。制御室からスキャナの部屋に行くすべての電気信号は、MR画像のアーチファクトを作成する可能性のある周波数を除去するフィルタパネルを通過。 Airpuff - airpuffデバイスは、一定の圧力と持続時間の制御されたパフを提供します。目に向かうときは、これは嫌悪が、非外傷性である。空気タンクになるが、我々は、家の空気を使用することができる圧縮空気の供給源に圧力レギュレータ（WPI空気圧PicoPump）、。圧力は30 psiに調整されます。タイミングは50ミリ秒のパフを提供するために調整されます。電磁弁は、コンピュータの信号によって制御されます。圧力レギュレータの出力は、6分の1インチのプラスチックチューブ（タイゴン）を通して被験者に配信されます。チューブが長すぎるまたはソレノイドの開口部と圧縮空気は、チューブの端に到着する時間の間に遅延が生じることではないことが重要です。このような理由から、圧力調整器は、スキャナの部屋の中に位置し、制御信号がない画像アーチファクトがないことを保証するために、フィルタパネルを介して供給されています。 ジュース - ジュースディスペンサーは、ジュースのサイズと数を制御するには、プラスチック製のチューブが口に配信低下します。ジュースディスペンサーは、貯水池、コンピュータ制御のソレノイドバルブ、およびサブジェクトにジュースを提供する長い管で構成されています。すべての電子部品は、スキャナの部屋外であるため、MR信号にはアーティファクトがない。ジュースディスペンサー（クリストの楽器が）タンクを充填し、電磁弁を開くことにより、二回リンスする。それは被験者の好みの飲料で満たされている。システムは、ジュースを数滴の結果を対象に配信されているテストパルスのストリームを生成するためにコンピュータを引き起こすプログラムを実行することによって前にスキャンするためにテストされています。被験者は、ジュースが流れていることを確認します。 バーをかむ - ヘッドの動きは、fMRI画像にいくつかの成果物を作成します。この実験で、被験者は反射的な動きを引き起こす可能性がairpuffs、および嚥下が必要なジュースを受け取る。ヘッドの動きを最小限に抑えるために、bitebarは頭部を安定させるために使用されます。 bitebarは、RFのヘッドのコイルに接続されています。各被験者は、熱可塑性材料から作られたカスタムフィットマウスピースを持っています。 パルスオキシメータ - FMRI対策血液の酸素化（BOLD）。脳内の血液の酸素化は、神経活動によって影響を受ける可能性があります、でもそれは、ハートビートによって影響を受けることができます。心周期に関係する酸素の変化を測定するために、我々は、赤外線センサーを使って指先で血液の酸素化を測定するパルスオキシメータを使用してください。パルスオキシメータは、MR互換性があり、その出力信号は、それをデジタル化し、コンピュータに格納されている制御室へのフィルタパネルを介して供給される。 呼吸ガスモニター - 血液の酸素化はまた、呼吸によって影響を受けることができます。我々は、期限切れのCO2濃度を測定する呼吸ガスモニターで呼吸を測定する。 RGMは、MR互換性があり、その出力信号は、それをデジタル化し、コンピュータに格納されている制御室へのフィルタパネルを介して供給される。 視覚刺激 - 逆投影パネルは被験者の頭の位置に近い穴スキャナの一端に位置しています。被験者は、頭部コイルの上部に取り付けられたミラーを介して背面投影用スクリーンに見える。画像は、スキャナの部屋の外にある液晶プロジェクターによる背面投影スクリーン上に投影されています。プロジェクターからの光ビームはRFシールドホースを介してスキャナの部屋の内部に向けられている。 アイトラッキング - 被写体がいくつかの理由を探している場所を把握することが重要です。眼球運動は、脳内の視覚的な応答に影響を与える網膜、上の視覚刺激の位置に影響を与える。目の動きはまた、被験者が行動反応を示すことの手段として使用することができます。我々は目を追跡するために、&quot;赤外線ビデオ眼球運動記録法&quot;と呼ばれるメソッドを使用します。この方法では、赤外線カメラは、瞳孔を追跡するために使用されます。赤外線エミッタとカメラを特別に設計されたゴーグルに組み込まれています。これらは、視覚刺激を提供する同じゴーグルです。ゴーグルからのデータは、水平​​と垂直眼球位置のためのアナログ信号に目の画像を変換する専用のコンピュータによって処理されます。 主題の準備ドキュメンテーションと同意＆ndash、スキャンする前に、各被験者は、安全性と同意に関して、いくつかのフォームに記入する必要があります。 実験計画シート - プランシートは実験的なプロトコルとパルスシーケンスと、それらが実行される順序を指定します。 物理的な準備は - 被写体がスキャンされる準備ができているとき、彼らが最初に行うことの一つは、騒々しいと高周波スキャナのノイズから自分の聴覚を保護するために耳栓を入れています。彼らはまた、スキャナの被験者との両方と通信するためにMR -互換性のあるヘッドホンを置くと、スキャンセッション中に指示やフィードバックを提供する。 被験者は、ジュースの配信と呼吸ガスモニタリングのための1 / 16インチの行を含む彼らの代弁者、に置きます。 被験者は視覚刺激と眼球運動の監視に使用されるMR互換性のあるゴーグルにして調整置きます。 被験者はスキャナのベッドの上にあり、RFコイルは、彼らの頭の上に配置される。マウスピース（bitebar）はヘッドの移動を防止するためのRFコイルに接続されています。 airpuffチューブ（1 / 6インチタイゴン）は、フレキシブルチューブ（LOC -ライン）を使用して1つ目の近くに位置している。 パルスオキシメータのフィンガークリップを1つの指に取り付け、テープで固定されています。 走査法パルスシーケンス： 構造：我々は被験者の脳の形態の明確な定義を与えるT1強調画像を（構造的な画像）を使用します。被験者は受動的に位置し、約10分間続くこのフェーズでとしても、可能な限り残ります。 機能性：私たちは、神経活動と相関している血液の酸素化の変化を示すためにT2強調EPIシーケンスを（機能的な画像）を使用します。それは主題がジュース、airpuff、および聴覚刺激にさらされていることをこの段階でです。 接続性：私たちは、脳領域間の構造的な接続性を決定するために拡散強調画像（DWI）を使用する。被験者は、単にこの段階で動かずに位置しています。

強化、eyetracking、および生体モニタリングによる機能イメージング

Functional Imaging with Reinforcement, Eyetracking, and Physiological Monitoring

我々は、意思決定の基礎となる神経回路を研究する脳機能イメージング（fMRI）を使用してください。結果は、意思決定のプロセスをどのように影響するかを理解するために、単純な知覚タスクは欲求と嫌悪補強と組み合わされる。しかし、このようなジュースやairpuffsとしての強化子の使用は、fMRIの課題を作成することができます。補強剤の配信は、fMRIの信号でアーティファクトを作成するヘッドの移動が発生する可能性があります。補強は、また自律神経経路によって媒介される心拍数と呼吸の変化につながることができます。心拍数と呼吸の変化は、直接脳のfMRIの（BOLD）信号に影響を与える可能性がありますし、神経活動に起因する信号の変化に混乱することができます。本発表では、我々は頭部を安定させるための、およびパルスと呼吸を測定するために、制御された方法での強化子を管理するためのメソッドを示しています。

このプレゼンテーションでは、意思決定の基礎となる神経回路を研究するfMRIの使用方法を示します。単純な知覚タスクは成果が意思決定プロセスにどのような影響を与えるか調査する欲求と嫌悪補強と組み合わされる。

強化、Eyetracking、および生体モニタリングによる機能イメージング

我々は、意思決定の基盤となる神経回路を研究するために、機能的磁気共鳴画像法（fMRI）を用いています。結果が意思決定プロセスにどのように影響するかを理解するために、...

このチュートリアルでは、機能的脳画像法（fMRI）を用いた強化メカニズムの研究手法について解説します。本プロトコルでは、被験者が視覚的な意思決定タスクを実行している間に機能的画像撮影を行います。このタスクでは、スキャナー対応ゴーグルを通じて、報酬となるジュース、嫌悪刺激となるエアパフ、または中立的な聴覚トーンによる刺激で強化が行われます。被験者は、ドットの配列が速く移動しているか、あるいはゆっくりと移動しているかを判断する必要があります。眼球運動や、呼吸、心拍数などの生理学的反応もモニタリングします。こんにちは、私はコロンビア大学神経科学科のVince Ferrera教授とJoy Hirsch教授の研究室のJack Grin Bandです。そして、同じくコロンビア大学の研究室のFranco Pastです。本日は、行動強化、生理学的モニタリング、およびアイトラッキングを用いた機能的イメージングの手順について解説します。当研究室では、この手順を用いて正および負の強化を伴う意思決定の研究を行っています。それでは、始めていきましょう。FMR実験を行うための最初のステップは、装置のセットアップと確認です。これらのステップは任意の順序で実施できます。我々の実験では、被験者が正しい行動反応を示した際に報酬が与えられます。報酬刺激には被験者が好む飲料が使用され、ジュースディスペンサーによって被験者の口に届けられる液量が制御されます。ジュースディスペンサーは、リザーバー、コンピュータ制御のソレノイドバルブ、および被験者にジュースを届ける長いチューブで構成されています。このディスペンサーのすべての電子部品はスキャナ室の外に配置されており、MR信号にアーチファクトが導入されないようになっています。ジュースディスペンサーを洗浄し、被験者が好む飲料を満たします。スキャンを開始する前に、システムが正常に作動しているかを確認します。被験者が誤った反応を示した場合は、目に50 millisecondのエアパフを吹き付けることで罰を与えます。圧力レギュレーターによって制御されたエアパフが送出され、被験者はこれを嫌悪感はあるが外傷的ではないと感じる強度に設定します。圧力レギュレーターは最初に30 PSIに設定され、エアタンクまたは施設内設備などの圧縮空気源に接続されます。ソレノイドバルブはコンピュータ信号によって制御されます。空気は1/16インチのTygonチューブを通じて被験者に供給され、チューブの長さは約8フィート未満に保たれます。バルブが開いてから被験者に圧縮空気が到達するまでの遅延を避けるため、圧力レギュレーターはスキャナー室内に設置されています。これは、空気パフへの反応や嚥下中の頭部動作などのあらゆる動きが、fMRI画像にアーチファクトを導入する可能性があるためです。頭部の動きを最小限に抑えるためにバイトバーが使用されます。バイトバーはRFヘッドコイルに取り付けられており、熱可塑性材料で作られたカスタムフィットのマウスピースを備えています。また、ジュースの投与および呼吸ガスのモニタリングのためのチューブがマウスピースに組み込まれています。被験者は、上の歯とマウスピースの間で良好な接触を維持させるだけでよい。マウスピースを強く噛まないように指示することが重要である。強く噛むと顎の筋肉が疲労するためである。実験中は心拍数をモニタリングし、後のデータ解析において、神経活動ではなく脳内の血中酸素飽和度の増加に起因して生じたアーティファクトを除去できるようにする。心周期に関連した酸素飽和度の変化を測定するため、パルスオキシメータを用いて赤外線センサーで指先の血中酸素飽和度を測定します。このパルスオキシメータはMR適合性があり、その出力信号はフィルターパネルを介して制御室に送られ、そこでデジタル化されてコンピュータに保存されます。また、呼気ガスモニター（RGM）を用いて、呼気中の二酸化炭素濃度を測定することで呼吸状態も測定します。呼吸は血液の酸素飽和度に影響を与えるため、RGMはMR互換であり、その出力信号は制御室に送られてデジタル化され、コンピュータに保存されます。視覚刺激は、両眼を独立して刺激するスキャナー互換ゴーグルによって提供されます。このゴーグルには、被験者がどこを見ているかを判断するための眼球運動測定用小型赤外線カメラが搭載されており、赤外線ビデオO iconographyを用いて眼球運動を追跡します。眼球運動は網膜上の視覚刺激の位置に影響を及ぼし、それが脳内の視覚応答に影響します。また、被験者は眼球運動を用いて、聴覚応答に対する視覚的な反応を示すことも可能です。本手法では、赤外線カメラを用いて瞳孔の動きを追跡します。赤外線エミッターとカメラは、特別に設計されたゴーグルに組み込まれています。これは視覚刺激を与える際に使用されるものと同じゴーグルです。ゴーグルからのデータは専用のコンピューターで処理され、眼の画像が水平方向および垂直方向の眼の位置を示すアナログ信号に変換されます。スキャナーは、電気的および磁気的に遮蔽された部屋に設置されています。コントロールルームからスキャナー室へ送られるすべての電気信号はフィルターパネルを通過し、MR画像にアーチファクトを生じさせる可能性のある周波数が除去されます。スキャニングを開始する前に、各被験者は安全確認および同意の手続きを経る必要があります。研究内容について説明し、すべてのリスクについて議論した上で、被験者から同意を得ます。このプロセスは、被験者が強制を受けるのを防ぎ、プライバシーと健康の両方を保護することを目的としています。被験者の体内外に金属がないかスクリーニングを行います。実験に先立ち、被験者に6時間の水分摂取制限を自発的に行わせ、喉が渇いた状態にします。これにより、実験中に提供されるジュースが極めて高い報酬となるようにします。スキャン準備が整ったら、被験者はスキャナーの騒音から耳を保護するために耳栓を装着する必要があります。被験者は、研究者とのコミュニケーションおよび指示を聞くために、MR対応のヘッドホンを装着する必要があります。スキャンセッションでは、被験者の脳の形態を明確に定義するT1強調構造画像を使用します。被験者は安静に横たわり、できる限り静止した状態で維持されます。約10分間続くこのフェーズでは、神経活動と相関する血中酸素飽和度の変化を示すために、2つのT2強調機能的シーケンスを使用します。このフェーズにおいて、被験者は視覚刺激を用いた知覚的意思決定タスクを行います。被験者は移動する点のパターンを観察し、その移動方向または速度について知覚的な判断を下します。被験者はボタンを押すことで反応を示します。これらの反応は、正解時のジュースと空気噴射によって強化されます。不正解の場合は、聴覚刺激が二次強化子として使用されます。このフェーズでは、眼球運動を継続的にモニタリングします。1回の実験ランは11分間であり、1回のスキャニングセッションにつき4回のランを行います。脳領域間の構造的結合性を決定するために、拡散強調画像（DWI）を用います。このフェーズの間、被験者は約12分間静止して横になります。これまで、行動強化、生理学的モニタリング、およびアイトラッキングを用いた機能的画像実験について説明しました。本手順を用いて、嫌悪的および報酬的な強化による意思決定を研究する方法について解説しました。以上となります。ご視聴ありがとうございました。皆様の実験が成功することを願っております。

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