Name: Correleren Behavioral Reacties op fMRI-signalen van de Mens prefrontale cortex: Het onderzoeken van cognitieve processen met behulp van Task Analyse (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2012-06-20T12:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 33 s
Description: Leer hoe fMRI-signalen in de prefrontale cortex correleren met gedragsreacties bij emotionele Stroop-taken. Deze methode onthult de relatie tussen hersenactiviteit en aandacht.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Gefinancierd door de National Science and Engineering Research Council (NSERC) naar JFXD, Faculty of Health, York University en auteur heeft zo PhD financiering door de Ontario Problem Gambling Centrum voor Onderzoek (OPGRC).

1. Voor het invoeren van de MRI-kamer <ol><li> Deelnemers vullen een toestemmingsformulier waarin alle experimentele risico's (bv. pacemaker, claustrofobie, metalen implantaten, kans op zwangerschap, enz.), en de voordelen van hun deelname. </li><li> Alle deelnemers zijn verplicht in te vullen van de MRI-veiligheid en screening vragenlijst (korte medische geschiedenis, eerdere chirurgische ingrepen etc.) Deelnemers met contra-indicaties moet worden uitgesloten. </li></ol> 2. Taak Overzicht en Training <ol><li> Zorg voor training op de taakuitvoering op anti-saccade. <ol><li> Green fixatie geeft aan een pro-saccade trial. Opdracht deelnemers te kijken naar het doel die in de omtrek van het scherm een ​​gezichtshoek van 8-10 °. </li><li> Red fixatie geeft aan een anti-saccade trial. Instrueer deelnemer te kijken naar de spiegel tegenovergestelde van de doelstelling die in de periferie van het scherm, op een visuele hoek van 8-10 ° (bijv. voor juiste doelgroep, kijken naar ee links). </li></ol></li><li> Zorg voor training op de taakuitvoering voor de emotionele Stroop buiten de scanner. <ol><li> Inclusief 15 de praktijk onderzoeken met verschillende combinaties van face-woord uitdrukkingen op een computer buiten de scanner. Het doel van de praktijk is voor de deelnemers om de taak te leren en wat van hen wordt verwacht in op de juiste knop in de MRI-scanner. Instrueer de deelnemers over welke toetsen worden ingedrukt voor het melden van een gelukkige uitdrukking / woord, neutrale uitdrukking / woord en droevige uitdrukking / woord. Bovendien, wanneer in de scanner, herinneren aan de deelnemers van welke emotie elke knop vertegenwoordigt. </li><li> Beschrijvende woorden met vermelding van de uitdrukkingen (Happy, Neutraal, Sad) worden over elkaar heen de foto's van de individuele gezichten. Deze woorden zijn ofwel congruent of incongruent met de emotie afgebeeld door het gezicht in de foto (figuur 1). Begin elke scannen met een schriftelijke instructie op het scherm eraan te herinneren de deelnemers aan een report het "gezicht expressie (gelukkig, neutraal, verdrietig)" of de "GESCHREVEN WOORD (gelukkig, neutraal, verdrietig)" door op de overeenkomstige knop zo snel mogelijk. </li><li> De instructie wordt gedurende 1 seconde, gevolgd door fixatie kruis, dat de deelnemers gefixeerd nog 1 sec. De fixatie kruis wordt gevolgd door het gezicht stimuli voor 250 milliseconden en gevolgd door de reactie beeld 2 seconden. De reactie afbeelding wordt gebruikt om de deelnemers de tijd om hun antwoorden melden door op de juiste knop te drukken. De volgende visuele weergave van de fixatie kruis begint na afloop van deze reactie beeld. Elke deelnemer herhaalt de experimentele scan in een van de twee groepen instructie (dwz mondelinge uitdrukking of geschreven woord). Alle stimuli werden gemaakt en gepresenteerd met behulp van Presentation 12.1 ( <a href="http://www.neurobs.com" target="_blank">www.neurobs.com</a> ). </li></ol></li></ol> 3. Scanner en Eye Tracking Setup <ol><li> Om bOftewel, in het opzetten van het experiment, te beginnen door het projecteren van de computer stimulus als een scherp beeld op het scherm in de MRI met een digitale projector. </li><li> De deelnemers wordt gevraagd om op te staan ​​uit hun stoel in de controle kamer en in de scanner kamer lopen. Oordoppen en / of hoofd telefoons zijn voorzien en onderwerpen plaats ze in hun oren grachten. <ol><li> Het onderwerp ligt liggende hun hoofdpositie het midden van het vel spoel. We stabiliseren deelnemer het lichaam en de positie van het hoofd met kussens of schuim inzetstukken om ze zo comfortabel mogelijk te maken, maar ook om te helpen bij het beperken van hun beweging van het hoofd, omdat het hoofd beweging tijdens het scannen leidt tot verlies van gegevens. Vooral als de kop beweging groter is dan 1 mm in elke richting. </li><li> Schuif / plaats de headcoil over het hoofd van de deelnemer en hebben ze schuin hun hoofd zo comfortabel mogelijk terwijl u recht vooruit naar de spiegel dat de projector het scherm reflecteert weer te geven. De ogen moeten zo dicht mogelijk bij de primaire functie als pOGELIJKE 8 om de deelnemer het comfort te behouden tijdens de scan sessie, die kan duren tot twee uur. </li></ol></li><li> Vraag de deelnemers hoe de focus van het geprojecteerde beeld is zodra ze in de scanner. Als het niet scherp, past u de lens om het beeld op het scherm te verbeteren. </li><li> De eyetracker nu getest door middel van een kalibratie dat de IRED camera op de juiste plaats. Als de reflectie op het hoornvlies is niet ideaal of goed werkt, moet de IRED bron worden aangepast, of de spiegel als gevolg van de IRED bron bij het hoofd van de deelnemer de positie moet worden aangepast / aangepast. Als de deelnemer het hoofd werd aangepast, vraag het onderwerp als er meer vulling / schuim of kussens nodig zijn om deze het hoofd / lichaam positie te behouden. Tijdens het scannen en neem deelnemers horizontale en verticale ogen posities met behulp van een infrarood oog tracker (dat wil zeggen sensomotorische Instruments, Needham / Boston, MA) en correleren deze met de gedrags-paradigma when het analyseren van hersenactiviteit. 5,7 </li></ol> 4. Scanprocedures <ol><li> Plaats de contactpersoon voor noodgevallen squeeze bal op de buik van de deelnemer in hun linker hand en de joystick / button box aan de rechterkant de hand. Plaats een vitamine E capsule rechts nabij de kop. Dit zal zichtbaar zijn op de anatomische scans die bepaalde een fout zal maken zullen draait niet om de beelden van links naar rechts. Omhoog en het bed schuif in het midden van de MRI. </li><li> Zorg ervoor dat alle van de onderzoekers laat de MRI-kamer en sluit de deur naar de MRI. </li><li> Communiceer met de deelnemer via de intercom in de controlekamer en bevestigen dat zij bereid zijn om het scannen te beginnen en zo comfortabel mogelijk te maken. Zo niet, dan bijstellen als dat nodig is. </li><li> Herinner de deelnemer die de geluiden in de scanner zal luid zijn en dit is normaal. <ol><li> De eerste scan verzamelt een paar hersenen beelden langs de sagittale regio om te kunnen lokaliseren / schrijven de exacte ofientation van de schijfjes voor de volledige anatomische en functionele gegevens. De deelnemers krijgen te horen deze scan zal een paar minuten duren. </li><li> Zodra de onderzoekers bekijken de resultaten van de localizer scan, we schrijven een reeks van anatomische plakken dat de hele hersenen te dekken. In ons geval hebben we meestal te scannen axiale schuine plakjes dat de gehele hersenen (170 tot 256 plakjes) omvatten. Vertel de deelnemer die deze scan zal ongeveer 6 tot 10 minuten, afhankelijk van het voorgeschreven aantal segmenten te nemen. In sommige gevallen kan de anatomische scan kan worden uitgevoerd na de functionele scans. Er zijn een aantal voordelen van de laatste, meestal in lange experimenten onderwerpen zullen ervaren vermoeidheid. Zo is de anatomische scan heeft geen aandacht van de onderwerpen zodat ze kunnen hun ogen sluiten. Het kan nuttig zijn om deze scans bij het einde van de beeldvormende zitting. </li><li> Zodra anatomische scans voltooid zijn van de deelnemer wordt herinnerd aan de specifieke instructies van de komende scan door middel van communicatie via de microfoon/ Luidsprekersysteem. </li></ol></li><li> In dit voorbeeld wordt een pseudo event bestu-2 gebruikt om de hersenen geactiveerd door de emotionele stroop taak vast maar elke sensorische inwendige waarneming 9 of motor stimulus 10 kan worden geleid voor gebruik nodig. Na deze worden gescand dan zullen we instrueren het onderwerp dat de anti-saccade paradigma zal vervolgens worden gescand. Afhankelijk van de gekozen afbeeldingsparameters de scan dicht 6 minuten. We vinden dat scant meer dan dit leiden tot onderwerpen in slaap te vallen. </li><li> De totale opnamesessie is ongeveer 60 tot 120 minuten, afhankelijk van de totale scans nodig voor de analyse. </li></ol> 5. fMRI-analyse <ol><li> Analyseer de gegevens met behulp van BrainVoyager QX-software (of een analyse pakket zoals AFNI of SPM). </li><li> Begin door superpositie van functionele gegevens statistische kaarten op anatomische hersenen beelden. Functioneel bepalen de gebieden van de hersenen van belang (ROIs) met behulp van de algemene lineaire model (GLM), met afzonderlijke voorspellers (dat wil zeggen congruent en incongruent, contactonderwijs en woord instructie, anti-saccade, pro-saccade) voor elk van de voorwaarden in de taak tijdens de twee soorten scans 2. </li><li> Onderzoek de intensiteit van het signaal in alle geactiveerde frontale gebieden van de GLM contrasten (dat wil zeggen alle incongruente versus alle congruent aan een kaart van gebieden te produceren), berekenen van de gestandaardiseerde BOLD signaal over alle deelnemers en vergelijk de incongruent woord / het gezicht expressie met de congruent woord / geconfronteerd met uitingen voor zowel de voorwaarden 2. </li><li> Correleren reactietijden verzameld de proeven die werden gebruikt voor de GLMs dan correleert hersenactiviteit in elk hun eigen reactietijden specifieke proeven 2 als in figuur 4. </li></ol> 6. Representatieve resultaten Na de analyse laten we zien hersengebieden die correleren met de eMotional Stroop en anti-saccade taken opgenomen tijdens het scannen. De resultaten van de emotionele Stroop paradigma toonde een interactie-effect tussen de drie factoren van meningsuiting, instructie, en de hersenen regio, maar er was geen hoofdeffect van meningsuiting en geen hoofdeffect van instructie 2. We vonden dat wanneer de uitdrukking van het gezicht was incongruent aan de bovenzijde emotionele woord, deze incongruentie uit de rapportage van de geschreven woord hogere BOLD signaal intensiteit in de linker IFG 2 (figuur 2) liet zien. De grotere intensiteit van het signaal op de incongruente uitingen ten opzichte van de congruente uitdrukkingen was statistisch significant, met vrolijke congruent met het grootste verschil 2. Het belangrijkste is de RTS voor de drie geteste incongruent voorwaarden (droevig, blij en neutraal) voorspelde een verhoogde BOLD signaal in links IFG in vergelijking met alle congruente omstandigheden (figuur 3). Voor deze analysis we specifiek gekeken naar de reactietijden en voerde een regressie-analyse om te testen of RT voor de incongruente en congruente omstandigheden waren voorspellende waarde voor de BOLD-signaal activiteit binnen dit hersengebied (figuur 3). Wij vonden dat RT is goed voor 81% van de variatie in linker IFG-activiteit bij het ​​rapporteren van het woord uitingen van Happy, Neutraal, en Sad tijdens de incongruente en congruente voorwaarden 2. Hogere RT voorspellend is voor grotere linker IFG activering, met de incongruente trieste toestand waardoor de grootste RT / intensiteit van het signaal ratio vergeleken met alle andere uitdrukking omstandigheden. We hebben de anti-saccade paradigma met soortgelijke methoden als hierboven kunnen beide netwerken activiteit vergeleken. In dit voorbeeld hebben we vastgesteld dat er geen verhoogde signaal in de linker IFG voor de anti-saccade in vergelijking met de pro-saccade taak. Voor meer details verwijzen we de lezer naar Ford et al.. (2007). <img alt="Figuur 1" src='"/' files> Figuur 1. Een voorbeeld van een incongruente trial (gezicht met een gelukkige uitdrukking gesuperponeerd door het woord SAD). Het experiment zal beginnen met de fixatie dot (1 seconde), gaan door het gezicht stimulus (250 ms) en de gemaskeerd beeld (2 seconden) waarin de deelnemer de knop reactie vraagt. <img alt="Figuur 2" src="/files/ftp_upload/3237/3237fig2.jpg" data-altupdatedat="1787634011000" data-alt="Figuur 2"> Figuur 2. Alle fixatie volumes werden gebruikt als uitgangspunt. Foutbalken betekenen de standaardfout van het gemiddelde (SEM). Incongruente uitdrukkingen (Happy, Neutraal, Sad) toonde aanzienlijk groter BOLD signaal verandering ten opzichte van congruente uitdrukkingen 2. De inzet beeld toont linker inferieure frontale gyrus (IFG), die functioneel was gelokaliseerd met behulp van het contrast beschrijven in paragraaf 5.2 voor de incongruente emotionele Stroop ten opzichte van de congruente conditie tijdens de bij te wonen om een ​​woord instructieset. <img alt='"Afbeelding' src='"/' files> Figuur 3. Tijdens de "Woon naar Word" instructie, incongruent-congruent contrast vertoonden een positieve correlatie tussen de RTS en BOLD intensiteit van het signaal. Deze grafiek is een gemiddelde van alle 10 proefpersonen RTS en BOLD signaal tijdens elk van de zes voorwaarden. Foutbalken betekenen de standaardfout van het gemiddelde (SEM) 2. <img alt="Figuur 4" src="/files/ftp_upload/3237/3237fig4.jpg" data-altupdatedat="1787634011000" data-alt="Figuur 4"> Figuur 4. Twee herhalingen van elke expressie werden getoond aan de proefpersonen. Top rij een schematische weergave van een proces sequentie van een blok van de proeven. Onderste gedeelte is een afbeelding van de Twee-Gamma hemodynamische respons functie (HRF) gebruikt om de hersengebieden die betrokken zijn bij de emotionele gezichtsuitdrukkingen te ontdekken.

<ol><li>Stroop, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Studies+of+interference+in+serial+verbal+reactions%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Experimental+Psychology%22%5BJournal%5D)">Studies of interference in serial verbal reactions.</a> Journal of Experimental Psychology. 18, 643-662 (1935).</li>
<li>Ovaysikia, S., Tahir, K. A., Chan, J. L., DeSouza, J. F. X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Word+wins+over+face%3A+emotional+Stroop+effect+activates+the+frontal+cortical+network%5BTitle%5D)+AND+%22Front+Hum.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Word wins over face: emotional Stroop effect activates the frontal cortical network.</a> Front Hum. Neurosci. 4, 234(2011).</li>
<li>Hallett, P. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Primary+and+secondary+saccades+to+goals+defined+by+instructions%5BTitle%5D)+AND+%22Vision+Res%22%5BJournal%5D)">Primary and secondary saccades to goals defined by instructions.</a> Vision Res. 18, 1279-1296 (1978).</li>
<li>Connolly, J. D., Goodale, M. A., DeSouza, J. F. X., Menon, R. S., Vilis, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+comparison+of+frontoparietal+fMRI+activation+during+anti-saccades+and+anti-pointing%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">A comparison of frontoparietal fMRI activation during anti-saccades and anti-pointing.</a> J. Neurophysiol. 84, 1645-1655 (2000).</li>
<li>DeSouza, J. F. X., Menon, R. S., Everling, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Preparatory+set+associated+with+pro-saccades+and+anti-saccades+in+humans+investigated+with+event-related+FMRI%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">Preparatory set associated with pro-saccades and anti-saccades in humans investigated with event-related FMRI.</a> J. Neurophysiol. 89, 1016-1023 (2003).</li>
<li>Everling, S., DeSouza, J. F. X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rule-dependent+activity+for+prosaccades+and+antisaccades+in+the+primate+prefrontal+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Cogn.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Rule-dependent activity for prosaccades and antisaccades in the primate prefrontal cortex.</a> J. Cogn. Neurosci. 17, 1483-1496 (2005).</li>
<li>Ford, K. A., Goltz, H. C., Brown, M. R. G., Everling, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neural+processes+associated+with+antisaccade+task+performance+investigated+with+event-related+fMRI%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">Neural processes associated with antisaccade task performance investigated with event-related fMRI.</a> J. Neurophysiol. 94, 429-440 (2005).</li>
<li>DeSouza, J. F. X., Nicolle, D. A., Vilis, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Task-dependent+changes+in+the+shape+and+thickness+of+Listing%27s+plane%5BTitle%5D)+AND+%22Vision+Res%22%5BJournal%5D)">Task-dependent changes in the shape and thickness of Listing's plane.</a> Vision Res. 37, 2271-2282 (1997).</li>
<li>Hadjikhani, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanisms+of+migraine+aura+revealed+by+functional+MRI+in+human+visual+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+Natl.+Acad.+Sci.+U.S.A%22%5BJournal%5D)">Mechanisms of migraine aura revealed by functional MRI in human visual cortex.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 98, 4687-4692 (2001).</li>
<li>DeSouza, J. F. X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Eye+position+signal+modulates+a+human+parietal+pointing+region+during+memory-guided+movements%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Eye position signal modulates a human parietal pointing region during memory-guided movements.</a> J. Neurosci. 20, 5835-5840 (2000).</li>
</ol>

Wij hebben niets te onthullen.

Het identificeren van gebieden van de hersenen is gebaseerd op het creëren van een nauwkeurig contrast tussen de taken gescand (dat wil zeggen in ofwel de Stroop, incongruent versus congruent emotie en gelaatsuitdrukking, of anti-saccade versus pro-saccade) om een ​​kaart van de activering betrekking tot de te produceren. Deze functionele kaarten kunnen meer verfijnde wanneer het gedrag wordt verzameld in de scanner bij rechtszittingen waarbij het onderwerp gemaakte fouten te verwijderen. Deze fouten kunnen worden verwi...

A correction was made to <a href="http://http://www.jove.com/video/3237">Correlating Behavioral Responses to fMRI Signals from Human Prefrontal Cortex: Examining Cognitive Processes Using Task Analysis</a>. Joseph DeSouza and Laura Pynn middle initials were omitted at publication.
These have been corrected to:
Joseph F.X. DeSouza Laura K. Pynn

A correction was made to <a href="http://http://www.jove.com/video/3237">Correlating Behavioral Responses to fMRI Signals from Human Prefrontal Cortex: Examining Cognitive Processes Using Task Analysis</a>. Some of the authors middle initials were omitted.

Erratum: Correlating Behavioral Responses to fMRI Signals from Human Prefrontal Cortex: Examining Cognitive Processes Using Task Analysis

<table border="1"><tbody><tr><td> Naam van de apparatuur </td><td> Vennootschap </td></tr><tr><td> 3-Tesla MRI-machine </td><td> Siemens Magnetom Trio (Erlangen, Duitsland) </td></tr><tr><td> iViewX Eye Tracking </td><td> Sensomotorische Instruments, Inc </td></tr><tr><td> BrainVoyager QX-software </td><td> Brain Innovation, Maastricht, Nederland </td></tr><tr><td> Vier-knop Joystick </td><td> Actuele dessins, Inc, Philadelphia, PA, USA </td></tr></tbody></table> Tabel 1. Specifieke reagentia en apparatuur.

correleren behavioral reacties op fmri-signalen van de mens prefrontale cortex: het onderzoeken van cognitieve processen met behulp van task analyse

Correlating Behavioral Responses to fMRI Signals from Human Prefrontal Cortex: Examining Cognitive Processes Using Task Analysis

Het doel van deze methoden papier is te beschrijven hoe een neuro-imaging techniek om complementaire hersenprocessen die door twee vergelijkbare taken te onderzoeken uit te voeren. Deelnemers &#39;gedrag tijdens de taakuitvoering bij een fMRI-scanner kan dan worden gecorreleerd met de hersenactiviteit met behulp van de bloed-zuurstof-niveau-afhankelijke signaal. Wij meten gedrag kunnen correct proeven sorteren en waarbij het uitgevoerde proces juist en kunnen onderzoeken de hersenen signalen met betrekking tot prestaties corrigeren. Omgekeerd, als onderwerpen niet correct uitvoeren van de taak, en deze proeven zijn opgenomen in dezelfde analyse met de juiste proeven we zouden introduceren onderzoek dat niet alleen voor de juiste prestaties. Zo in veel gevallen deze fouten worden gebruikt zich hersenactiviteit dan correleren aan hen. We beschrijven twee complementaire taken die worden gebruikt in ons lab naar de hersenen te onderzoeken tijdens de onderdrukking van een automatische reacties: de Stroop 1 en anti-saccade taken. Deemotionele Stroop paradigma instrueert de deelnemers om een verslag van de gesuperponeerde emotionele &#39;woord&#39; in de affectieve gezichten of de gezichtsuitdrukking &#39;uitingen&#39; van het gezicht stimuli 1,2. Als het woord en de gezichtsuitdrukking hebben betrekking op verschillende emoties, moet er een conflict tussen wat wordt gezegd en wat wordt automatisch gelezen optreedt. De deelnemer moet het oplossen van het conflict tussen twee gelijktijdig concurrerende processen van het lezen en de gezichtsuitdrukking. Onze drang om te lezen uit een woord leidt tot een sterke &#39;stimulus-respons (SR) verenigingen, vandaar dat het remmen van deze sterke SR is moeilijk en de deelnemers zijn gevoelig voor het maken van fouten. Het overwinnen van dit conflict en het leiden de aandacht af van het gezicht of het woord vereist dat het onderwerp naar onderkant remmen up processen die meestal de aandacht richt op de meer opvallende stimulus. Ook in de anti-saccade taak 3,4,5,6, waar een instructie cue wordt alleen gebruikt om aandacht te richten op een perifere stimulus locatie dan maar de eye beweging naar de spiegel tegenovergestelde positie bedoeld. Opnieuw meten we het gedrag door de registratie van de oogbewegingen van de deelnemers die het mogelijk maakt voor het sorteren van de gedragsreacties in de juiste en opstaan ​​proeven 7, die vervolgens kunnen worden gecorreleerd aan hersenactiviteit. Neuroimaging nu stelt onderzoekers in staat om te meten verschillende gedragingen van de juiste en opstaan ​​onderzoeken die een indicatie geven van de verschillende cognitieve processen en lokaliseren van de verschillende betrokken neurale netwerken.

Het doel van ons onderzoek is om gedrag te correleren met hersenactiviteit. Nauwkeurige gedragsmaatregelen en beeldvormende technieken stellen ons in staat de hersenen-gedrag relaties toe te lichten.

Correleren Behavioral Reacties op fMRI-signalen van de Mens prefrontale cortex: Het onderzoeken van cognitieve processen met behulp van Task Analyse

Het doel van dit methodeartikel is om te beschrijven hoe een neuroimagingtechniek kan worden geïmplementeerd om complementaire hersenprocessen te onderzoeken die betrokken zijn bij twee soortgelijke ...

Het algemene doel van het volgende experiment is om de MRI-signalen te bestuderen die verband houden met de aandachtsreacties op visuele stimuli. Dit wordt bereikt door proefpersonen te scannen terwijl zij aandacht besteden aan emotionele stroop-stimuli. Tegelijkertijd worden de knopdrukreacties op de stimuli geregistreerd, welke de gedragsmaatstaf vormen die gecorreleerd zal worden aan de signalen in de hersenen.Daarnaast worden de oogbewegingen van de proefpersoon geregistreerd met een eye-tracker in de scanner om een maat voor attentionele selectie te verkrijgen. De resultaten tonen, op basis van analyse van de correlaties tussen gedrag en het fMRI-signaal tijdens de stimulusresponstaak, activatie van de gyrus frontalis inferior aan. Het belangrijkste voordeel van deze techniek ten opzichte van andere methoden, zoals positronemissietomografie, is dat proefpersonen tot twee uur lang gescand kunnen worden.Dit systeem helpt ons om iets meer te begrijpen over de inhibitie van de frontale cortex. Disfunctie van dit systeem is betrokken bij diverse neuropathologieën, zoals ADHD en het syndroom van Tourette. Voordat dit experiment begint, dienen potentiële deelnemers een toestemmingsformulier voor het onderzoek en een standaard MRI-screeningvragenlijst voor proefpersonen in te vullen.Eventuele contra-indicaties voor MRI moeten worden uitgesloten. Zodra de papierwinkel is afgerond, krijgt de proefpersoon een trainingssessie in de antis-taak. Hierbij geeft een groene fixatie een pro secod trial aan.Instrueer de deelnemer om te kijken naar het doel dat verschijnt in de periferie van het scherm onder een visuele hoek van 8 tot 10 graden. Een rode fixatie geeft een antis COD-trial aan; instrueer de deelnemer dan om in de spiegel te kijken tegenover het doel dat opnieuw verschijnt in de periferie van het scherm onder een visuele hoek van 8 tot 10 graden. Als er bijvoorbeeld een doel aan de rechterkant verschijnt, moet de proefpersoon naar links kijken.Bied vervolgens training aan voor de emotionele Stroop-taak. Dit is een pseudo-gebeurtenisgerelateerd paradigma waarbij beschrijvende woorden die de expressies aanduiden, over afbeeldingen van individuele gezichten worden geplaatst. De woorden zijn ofwel congruent of incongruent met de emotie die door het gezicht wordt weergegeven.Instructeer de deelnemers in de afbeelding over welke knoppen ingedrukt moeten worden om een blije uitdrukking of een blij woord, een neutrale uitdrukking of een neutraal woord of een droevige uitdrukking of een droevig woord te rapporteren. De taak dient te beginnen met een schriftelijk instructiescherm van één seconde waarin de deelnemers eraan worden herinnerd om ofwel de gezichtsuitdrukking ofwel het geschreven woord te rapporteren door zo snel mogelijk de overeenkomstige knop in te drukken. Dit wordt gevolgd door één seconde van een fixatiekruis, vervolgens de gezichtsstimuli gedurende 250 milliseconden, en daarna een responsafbeelding gedurende twee seconden.De responsafbeelding dient om de deelnemers tijd te geven hun reacties te rapporteren. De volgende visuele presentatie van het fixatiekruis begint na het einde van de responsafbeelding. Voeg 15 oefenpogingen toe met verschillende combinaties van gezichtsuitdrukkingen en woorden.Begin met de voorbereidingen voor de scan. Zet eerst een digitale projector aan om de computerstimulus als een gefocuste afbeelding op een scherm in de MRI-bore weer te geven. Breng vervolgens de proefpersoon naar de scanruimte en geef oordoppen en een koptelefoon ter gehoorbescherming.Laat de proefpersoon in rugligging gaan en positioneer het hoofd in het midden van de hoofdspoel. Stabiliseer de positie van het lichaam en het hoofd van de deelnemer met kussens of schuuminlegstukken om comfort te bieden en tegelijkertijd beweging van het hoofd te beperken. Plaats nu de hoofdspoel.Laat de proefpersoon vervolgens het hoofd comfortabel kantelen terwijl hij of zij recht vooruit kijkt naar de spiegel die het geprojecteerde beeld reflecteert; de ogen moeten zich zo dicht mogelijk bij de primaire positie bevinden om het comfort van de deelnemer te waarborgen tijdens de scansessie, die tot twee uur kan duren. Vraag de deelnemer of het geprojecteerde beeld scherp is. Als het beeld niet scherp is, stel de lens dan opnieuw in om de beeldhelderheid te verbeteren.Kalibreer vervolgens de eye-tracker om er zeker van te zijn dat de infraroodcamera op de juiste positie staat. Als de reflectie op het hoornvlies niet optimaal is, moet de infraroodbron worden aangepast of de spiegel die de infraroodbron nabij de hoofdpositie van de deelnemer reflecteert, opnieuw worden uitgelijnd. Vraag de proefpersoon daarnaast of er meer schuimrubberen kussens of gewone kussens nodig zijn om deze positie te behouden.Zodra de installatie van de apparatuur is voltooid, plaatst u een knijpbal voor noodcontact in de rechterhand van de deelnemer en het responsblokje in de linkerhand. Plaats daarnaast een vitamine E-capsule aan de rechterkant van de hoofdtelefoon, aangezien deze zichtbaar zal zijn op de anatomische scans en kan helpen bevestigen dat de beelden niet van links naar rechts zijn gespiegeld. Schuif tot slot het bed omhoog en in het midden van de MRI.Zodra u zich in de controlekamer bevindt, gebruikt u de intercom om te bevestigen dat de deelnemer klaar is om met de scanningsessie te beginnen en zich comfortabel voelt. Herinner de deelnemer er ook aan dat de geluiden van de scanner luid zullen zijn. Begin met het uitvoeren van een localizer-scan.Stel vervolgens een reeks anatomische coupes in die de gehele hersenen bestrijken. Meestal moeten axiale schuine coupes worden gebruikt. Informeer de deelnemer over de geschatte duur van de anatomische scan.Dit kan ongeveer zes tot 10 minuten duren, afhankelijk van het voorgeschreven aantal coupes. Alternatief kan de anatomische scan worden uitgevoerd na de functionele scans. Zodra de anatomische scans zijn voltooid, stelt u een functionele sequentie in en herinnert u de deelnemer aan de instructies voor de taak van het stroop-paradigma.Start vervolgens de scanner en het paradigma synchroon, waarbij alle knopdrukken worden geregistreerd. Zorg ervoor dat de horizontale en verticale oogposities van de deelnemer worden gemonitord en geregistreerd met de infrarood eyetracker, zodat deze gegevens kunnen worden gecorreleerd met het gedragsparadigma. Instrueer de proefpersoon vervolgens dat het anti Scho-paradigma tijdens de volgende scan zal worden uitgevoerd.Start vervolgens de scan met het gesynchroniseerde paradigma. Afhankelijk van de gekozen beeldvormingsparameters zal de scan ongeveer zes minuten duren. Vermijd langere scans, omdat proefpersonen in slaap kunnen vallen.Deze volledige beeldsessie kan 60 tot 120 minuten duren, afhankelijk van de tijd die nodig is voor de opstelling en subjectspecifieke aanpassingen en het aantal functionele scans dat vereist is voor de analyse. De gegevens die uit dit experiment zijn verkregen, kunnen worden geanalyseerd met elk fMRI-analysepakket, zoals BrainVoyage of qx. Hier te zien.AFNI of SPM zijn andere veelgebruikte fMRI-analyseprogramma's. Statistische kaarten die zijn afgeleid van de functionele gegevens moeten worden geprojecteerd op anatomische hersenbeelden. Gebruik hiervoor eerst het algemeen lineair model of GLM om de functionele hersengebieden van belang te definiëren met afzonderlijke predictoren voor elk van de condities in de taak.Gebruik tijdens de twee soorten scans de volgende predictoren: congruente en incongruente gezichtinstructies en woordinstructies, antis, secod en pros secod. Onderzoek vervolgens de signaalintensiteit in alle geactiveerde frontale regio's uit de GLM-contrasten. Bereken daarna het gestandaardiseerde BOLD-signaal over alle deelnemers en vergelijk de incongruente woord-gezichtsuitdrukkingen met de congruente woord-gezichten.De expressies voor beide condities correleren uiteindelijk de reactietijden die zijn verzameld tijdens de gebruikte trials. De GM's correleren vervolgens de hersenactiviteit per individu met hun eigen reactietijden voor de specifieke trials. De hier getoonde afbeelding laat de linker gyrus frontalis inferior of IFG zien, die functioneel is gelokaliseerd met behulp van het contrast tussen de incongruente emotionele Stroop-taak en de congruente conditionering.Tijdens de instructieset voor het letten op het woord. Hier zien we dat wanneer de gezichtsuitdrukking incongruent was met het eroverheen geplaatste emotionele woord, de incongruentie voortvloeiend uit het rapporteren van het geschreven woord een hogere BOLD-signaalintensiteit veroorzaakte. In de linker IFG vertoonden incongruente uitdrukkingen een significant grotere BOLD-signaalverandering in vergelijking met congruente uitdrukkingen.Tijdens de instructie om op het woord te letten, vertoonde het contrast tussen incongruente en congruente stimuli een positieve correlatie tussen de reactietijden en de BOLD-signaalintensiteit. Deze grafiek is een gemiddelde van de reactietijden en het BOLD-signaal van 10 proefpersonen tijdens elk van de zes condities. De bovenste rij is hier een schematische weergave van een reeks trials uit één block van trials.Het onderste gedeelte is een weergave van de twee gamma hemodynamische responsfuncties die worden gebruikt om hersengebieden te identificeren die betrokken zijn bij emotionele gezichtsuitdrukkingen. Tijdens het uitvoeren van deze procedure is het belangrijk om tussen de scans door de proefpersoon te controleren en hen eraan te herinneren zo stil mogelijk te blijven om bewegingsartefacten na deze procedure te verminderen. Andere technieken, zoals magneto-encefalografie, kunnen worden gebruikt om de timing-effecten binnen de gyrus frontalis inferior te onderzoeken.

correlating-behavioral-responses-to-fmri-signals-from-human

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Neurowetenschap

Dit artikel toont een experimentele opzet waarbij het gehele lichaam geanimeerde karakters worden gebruikt in combinatie met functionele magnetische resonantie imaging (fMRI) naar de neurale correlaten van het observeren van virtuele sociale interacties te onderzoeken.

Brain Imaging Onderzoek van de neurale correlaten van Observing virtuele sociale interacties

We presenteren een protocol dat het onderzoek naar de neurale mechanismen bemiddelende de schadelijke invloed van emotie op cognitie, met behulp van functionele magnetische resonantie beeldvorming toelaat. Dit protocol kan gebruikt worden met zowel gezonde en klinische deelnemers.

Brain Imaging Onderzoek van de aantasting effect van emotie op cognitie

Deze video presenteert een methode voor de behandeling van leeftijdsgebonden veranderingen in functionele connectiviteit van cognitieve controle netwerken die zich bezighouden met gerichte taken / processen. De techniek is gebaseerd op multivariate analyse van fMRI data.

Een methode voor het onderzoeken van leeftijdsgebonden veranderingen in de functionele connectiviteit van cognitieve controle Networks Associated met Dimensional Change Card Sort Prestatie

Het overbrengen van een paradigma met een geschiedenis van gebruik in EEG-experimenten naar een fMRI-experiment wordt overwogen. Het wordt aangetoond dat het manipuleren van de taakeisen in de visuele oddball-taak resulteerde in verschillende patronen van BOLD-activering en illustreerde hoe taakontwerp cruciaal is in fMRI-experimenten.

Het overbrengen van cognitieve taken tussen Brain beeldvorming: implicaties voor de taak een ontwerp en Interpretatie van resultaten in fMRI Studies

Monitoring hersenactiviteit buiten het lab zonder fysieke beperkingen presenteert methodologische uitdagingen. Een fiberless werd wearable functionele Near Infrared Spectroscopy (fNIRS) systeem gebruikt om de hersenactiviteit tijdens een ecologische prospectief geheugen taak te meten. Er werd aangetoond dat dit systeem kan worden gebruikt om hersenactiviteit tijdens niet-laboratorium gebaseerde experimenten volgen.

Met behulp van fiberless, Wearable fNIRS hersenactiviteit in real-world cognitieve taken Monitor

Het huidige protocol beschrijft hoe gelijktijdige EEG- en fNIRS-opnamen moeten worden uitgevoerd en hoe de relatie tussen de EEG- en fNIRS-gegevens kan worden geinspecterd.

Het uitvoeren van gelijktijdige elektro-encefalografie en functionele nabij-infrarood spectroscopie-opnamen met een flanker taak

Hier wordt een pijplijn voor video-analyse gepresenteerd die uitdagingen op het gebied van gedragsmonitoring binnen MRI-omgevingen overwint, waardoor niet-geïnstrueerde gedragsreacties op externe signalen kunnen worden gedetecteerd. Deze analyse zal een beter begrip van opgewekte interne toestandsveranderingen en hersenbrede activiteit vergemakkelijken.

Profilering van maternale gedragsreacties tijdens beeldvorming van de hele hersenen

We introduceren een protocol voor het onderzoeken van de neurale correlaten van een cognitieve emotieregulatietaak, namelijk cognitieve herwaardering, met behulp van functionele magnetische resonantie beeldvorming. Dit protocol werd gebruikt bij patiënten met een obsessief-compulsieve stoornis en gezonde controles, maar kan ook worden gebruikt in andere klinische monsters.

Onderzoek naar de neurale correlaten van cognitieve herwaardering bij obsessief-compulsieve stoornis met behulp van taakgebaseerde functionele magnetische resonantiebeeldvorming

We hebben twee methoden voor het bestuderen van effecten van visuele aanwijzingen op het gedrag in de afwezigheid van tactiele en chemische signalen. Een methode houdt in video-opnamen reacties van rivierkreeft met reflecterende wanden in een aquarium, de andere onderzoekt effecten van visuele input geleverd door een live-rivierkreeft achter een transparant partitie.

Opname Behavioral Responses to Reflectie in Rivierkreeftjes

We beschrijven een nieuwe benadering voor gelijktijdige analyse van hersenfunctie en structuur met behulp van magnetische resonantie beeldvorming (MRI). Wij beoordelen de hersenen structuur met een hoge resolutie diffusie-gewogen beeldvorming en witte stof vezels tractografie. In tegenstelling tot de standaard structurele MRI, deze technieken stellen ons in staat anatomische connectiviteit rechtstreeks betrekking hebben op de functionele eigenschappen van de hersenen netwerken.

Co-analyse van hersenstructuur en functie met behulp van fMRI en Diffusie-gewogen beeldvorming

Leer hoe fMRI-signalen in de prefrontale cortex correleren met gedragsreacties bij emotionele Stroop-taken. Deze methode onthult de relatie tussen hersenactiviteit en aandacht.

Correleren Behavioral Reacties op fMRI-signalen van de Mens prefrontale cortex: Het onderzoeken van cognitieve processen met behulp van Task Analyse (Video) | JoVE Journal

Correleren Behavioral Reacties op fMRI-signalen van de Mens prefrontale cortex: Het onderzoeken van cognitieve processen met behulp van Task Analyse

Meer video's verkennen