인간의 전두엽 피질에서 fMRI 신호에 행동 응답을 연관 : 작업 분석을 사용하여인지 과정을 검토

다음 실험의 전반적인 목표는 시각적 자극에 대한 주의 집중 반응과 관련된 MRI 신호를 연구하는 것입니다. 이는 피험자가 정서적 스트룹(emotional stroop) 자극에 집중하는 동안 스캔을 수행함으로써 이루어집니다. 동시에 자극에 대한 버튼 누르기 반응이 기록되며, 이는 뇌 신호와 상관관계를 분석할 행동 측정치로 활용됩니다.

또한, 주의 집중 선택도를 측정하기 위해 스캐너 내부의 안구 추적기를 통해 피험자의 안구 운동을 기록합니다. 자극 반응 과제 수행 중 행동과 FMRI 신호 간의 상관관계 분석을 통해 하전두회 활성화 결과가 도출됩니다. 양전자 단층 촬영과 같은 다른 기술과 비교했을 때 이 기법의 주요 장점은 피험자를 최대 2시간까지 스캔할 수 있다는 점입니다.

이 시스템은 전두엽 피질 억제에 대해 더 자세히 이해하는 데 도움을 줍니다. 이 시스템의 기능 부전은 ADHD 및 투렛 증후군과 같은 다양한 신경 병리학적 질환과 관련이 있습니다. 이 실험을 시작하기 전, 잠재적 참여자는 연구 동의서와 표준 MRI 스크리닝 설문지를 작성해야 합니다.

MRI 금기 사항이 있는지 반드시 확인해야 합니다. 서류 작성이 완료되면 피험자에게 안티스(antis) 과제에 대한 교육 세션을 제공하십시오. 여기서 녹색 고정점은 프로 세컨드(pro secod) 시행을 나타냅니다.

참가자에게 화면 주변부의 8~10도 시야각에 나타나는 타겟을 보도록 지시하십시오. 빨간색 고정점은 antis COD 시행을 나타내며, 이 경우 참가자에게 다시 화면 주변부의 8~10도 시야각에 나타나는 타겟의 반대 방향 거울을 보도록 지시하십시오. 예를 들어, 오른쪽에 타겟이 나타나면 피험자는 왼쪽을 보아야 합니다.

다음으로, 정서적 스트룹 과제(emotional stroop task)를 위한 훈련을 제공합니다. 이는 표정을 나타내는 묘사 단어가 개별 얼굴 사진 위에 겹쳐서 제시되는 의사 사건 관련 패러다임(pseudo event related paradigm)입니다. 단어는 얼굴이 묘사하는 정서와 일치하거나 일치하지 않습니다.

그림에서 참가자들에게 행복한 표정이나 단어, 중립적인 표정이나 단어, 또는 슬픈 표정이나 단어를 보고할 때 어떤 버튼을 눌러야 하는지 안내하십시오. 과제는 참가자들에게 해당하는 버튼을 최대한 빨리 눌러 얼굴 표정이나 제시된 단어를 보고하도록 안내하는 1초 길이의 서면 지시 화면으로 시작해야 합니다. 이어서 1초 동안 고정 십자선이 나타나고, 이후 250밀리초 동안 얼굴 자극이 제시되며, 마지막으로 2초 동안 반응 이미지가 나타납니다.

응답 이미지는 참가자들이 자신의 응답을 보고할 시간을 주기 위해 제공됩니다. 응답 이미지가 종료된 후 다음 고정 십자표의 시각적 제시가 시작됩니다. 얼굴 단어 표현의 다양한 조합으로 구성된 15회의 연습 시행을 포함하십시오.

스캔 설정을 시작합니다. 먼저 디지털 프로젝터를 켜서 MRI 보어 내의 스크린에 컴퓨터 자극물을 포커스된 이미지로 투사합니다. 그런 다음 피험자를 스캐너실로 안내하고, 청력 보호를 위해 귀마개와 헤드폰을 제공합니다.

피험자를 똑바로 눕게 하고 머리를 헤드 코일(head coil)의 중앙에 위치시킵니다. 크래들(cradle)을 사용하여 피험자의 신체와 머리 위치를 베개나 폼 삽입물로 고정하여, 편안함을 제공하는 동시에 머리의 움직임을 제한합니다. 이제 헤드 코일을 장착합니다.

그 다음, 피험자가 정면을 바라보며 투영된 이미지가 반사되는 거울을 볼 수 있도록 머리를 편안하게 기울이게 합니다. 스캐닝 세션은 최대 2시간까지 지속될 수 있으므로, 참가자의 편안함을 유지하기 위해 눈은 가능한 한 기본 위치(primary position)에 가까워야 합니다. 참가자에게 투영된 이미지가 초점에 맞는지 확인하십시오. 이미지가 선명하지 않은 경우, 렌즈를 재조정하여 이미지의 명확도를 높이십시오.

그 다음, 적외선 카메라가 정확한 위치에 있는지 확인하기 위해 안구 추적기를 교정하십시오. 각막의 반사가 이상적이지 않을 경우, 적외선 광원을 조정하거나 피험자의 머리 위치 근처에서 적외선 광원을 반사하는 거울의 정렬을 다시 맞추어야 합니다. 또한, 이 자세를 유지하기 위해 폼 패딩이나 베개가 더 필요한지 피험자에게 확인하십시오.

장비 설정이 완료되면, 참가자의 오른손에 비상 연락용 스퀴즈 볼을, 왼손에 반응 상자를 쥐어줍니다. 또한, 해부학적 스캔 시 가시적으로 확인되어 영상의 좌우가 반전되지 않았음을 보장할 수 있도록 헤드폰의 오른쪽에 비타민 E 캡슐을 배치합니다. 마지막으로, 베드를 들어 올려 MRI 중앙으로 밀어 넣습니다.

제어실에 들어가면 인터컴을 사용하여 참가자가 스캔 세션을 시작할 준비가 되었는지와 편안한 상태인지 확인하십시오. 또한, 스캐너 소음이 클 것이라는 점을 참가자에게 다시 한번 알려주십시오. 먼저 로컬라이저 스캔(localizer scan)을 획득하는 것으로 시작하십시오.

그 다음 뇌 전체를 포함하는 일련의 해부학적 단면을 설정합니다. 일반적으로 축상 사면(axial oblique) 단면을 사용해야 합니다. 참여자에게 해부학적 스캔에 소요될 예상 시간을 안내하십시오.

이는 설정된 슬라이스 수에 따라 약 6분에서 10분 정도 소요될 수 있습니다. 또는, 기능적 스캔 후에 해부학적 스캔을 획득할 수도 있습니다. 해부학적 스캔이 완료되면 기능적 시퀀스를 설정하고, 참가자에게 스트룹 패러다임의 과제 지침을 다시 안내하십시오.

그런 다음 스캐너와 패러다임을 동시에 시작하여 모든 버튼 누름을 기록합니다. 적외선 안구 추적기를 사용하여 피험자의 수평 및 수직 안구 위치를 모니터링하고 기록하여, 이 데이터가 행동 패러다임과 상관관계가 있도록 합니다. 다음으로, 피험자에게 다음 스캔 동안 anti Scho 패러다임이 수행될 것임을 안내합니다.

그 다음, 동기화된 패러다임으로 스캔을 시작합니다. 선택한 영상 파라미터에 따라 스캔 시간은 약 6분 정도 소요됩니다. 피험자가 잠들 수 있으므로 너무 긴 스캔은 피하십시오.

전체 영상 촬영 세션은 준비 및 피험자별 조정에 소요되는 시간과 분석에 필요한 기능적 스캔 횟수에 따라 60분에서 120분 정도 소요될 수 있습니다. 이 실험에서 얻은 데이터는 Brain Voyage 또는 qx와 같은 모든 fMRI 분석 패키지를 사용하여 분석할 수 있습니다. 여기에서 확인하십시오.

A acne 또는 SPM은 흔히 사용되는 다른 fMRI 분석 프로그램들입니다. 기능적 데이터에서 도출된 통계 지도는 해부학적 뇌 영상 위에 겹쳐서 표시해야 합니다. 이를 위해 먼저 일반 선형 모델 또는 GLM을 사용하여, 과제의 각 조건에 대한 개별 예측 변수를 통해 관심 뇌 영역을 기능적으로 정의하십시오.

두 가지 유형의 스캔 과정 동안 일치 및 불일치 안면 지시어와 단어 지시어, antis, secod, 그리고 pros secod의 예측 인자를 사용하십시오. 다음으로, GLM 대조군을 통해 활성화된 모든 전두엽 영역의 신호 강도를 조사하십시오. 그런 다음 모든 참가자에 걸쳐 표준화된 BOLD 신호를 계산하고, 불일치 단어-안면 표정과 일치 단어-안면 표정을 비교하십시오.

두 조건에 대한 표현식은 최종적으로 해당 시행에서 수집된 반응 시간과 상관관계를 분석합니다. 그 후 GM은 각 개인의 뇌 활동을 해당 특정 시행의 반응 시간과 상관 분석합니다. 여기에 표시된 이미지는 불일치 정서 스트룹 조건과 일치 조건의 대비를 사용하여 기능적으로 국소화한 좌측 하전두회(IFG)를 보여줍니다.

단어 주목 지시 세트 동안의 결과입니다. 여기서 얼굴 표정이 겹쳐진 감정 단어와 불일치할 때, 해당 불일치로 인해 보고된 문자 단어에서 더 높은 BOLD 신호 강도가 나타남을 알 수 있습니다. 왼쪽 IFG에서 불일치 표정은 일치 표정에 비해 유의미하게 더 큰 BOLD 신호 변화를 보였습니다.

단어 주의 지시 상황에서, 불일치-일치 대조군은 반응 시간과 BOLD 신호 강도 사이에 양의 상관관계를 보였습니다. 이 그래프는 6가지 조건 각각에 대한 피험자 10명의 반응 시간과 BOLD 신호의 평균값입니다. 여기서 상단 행은 한 블록의 시행 시퀀스를 도식화한 그림입니다.

하단 섹션은 정서적 얼굴 표정에 관여하는 뇌 영역을 발견하기 위해 사용된 두 가지 감마 혈류역학적 응답 함수의 묘사입니다. 이 절차를 수행할 때는 스캔 사이에 피험자의 상태를 확인하고, 움직임으로 인한 아티팩트를 줄이기 위해 최대한 움직이지 않도록 안내하는 것이 중요합니다. 이 절차 이후에 하전두회를 내에서 타이밍 효과를 조사하기 위해 자기 뇌혈관 조영술과 같은 다른 기술들이 사용될 수 있습니다.