Name: Het overbrengen van cognitieve taken tussen Brain beeldvorming: implicaties voor de taak een ontwerp en Interpretatie van resultaten in fMRI Studies (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-09-22T14:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 9 s
Description: Leer hoe taakontwerp fMRI-resultaten beïnvloedt met de visuele oddball-paradigma. Deze methode toont verschillen in BOLD-activatie tussen cognitieve en motorische processen.

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

OPMERKING: Het studieprotocol werd goedgekeurd door de lokale Human onderwerpen Review Board aan de RWTH Aachen University en werd uitgevoerd in overeenstemming met de Verklaring van Helsinki uitgevoerd. 1 Opdracht Ontwerp <ol><li> Kies een geschikte taak om de cognitieve / psychische constructie van belang te onderzoeken. Gebruik de visuele excentrieke taak (Figuur 1) tot target detectie reacties en de effecten van aandacht doeldetectie meten. Dit maakt onderzoek naar de invloed van de taak manipulaties op fMRI data. </li><li> Gebruik drie versies van de excentrieke taak. <ol><li> Passieve versie: Vraag het aan een visuele prikkels te observeren. Gebruik geen reactie niet detecteren. </li><li> Silent telling versie: Vraag het onderwerp naar het doel stimuli tellen. Deze taak vereist de leiding van de aandacht naar deze prikkels en een discriminerende proces. </li><li> Reageren versie: Vraag het onderwerp aan te dringen een reactie knop bij het ​​zien van een target stimulus. Deze taak vereist aandacht, discriminatie processen, en de selectie / productie van een respons op stimuli te richten. </li></ol></li><li> Beschouw het juiste aantal pogingen nodig om een ​​robuuste reactie. De signaal-ruisverhouding in fMRI metingen relatief laag en vereist een aantal reacties worden gemiddeld om de effecten plaats 9 onderzoeken. Dit is afhankelijk van de taak en stimulans modaliteit gebruikt. 200 studies worden in deze taak, waarvan er 40 doelwit proeven voldoende om een ​​robuuste reactie uit te lokken. </li><li> Bepaal de tijden voor de reeks stimuli. De timing van de stimuli is cruciaal in een fMRI-studie voor de behandeling van de presentatie tarief 10. Denk aan de hemodynamische respons-vertraging tussen stimulus onset en de gemeten hersenen respons (figuur 2). <ol><li> Handhaven van een balans tussen het leveren van voldoende prikkels in een redelijke hoeveelheid tijd en laat voldoende bemonstering van de hemodynamische resPonse aan elke stimulus, met inbegrip van de terugkeer naar de basislijn. Downloaden, installeren en uitvoeren optseq software. Ren optseq optimaal verdelen van de proeven over het experiment op basis van het aantal proeven, stimulus duur en beeldopbouw (herhaling tijd en het aantal volumes). </li></ol></li><li> Implementeren van de volgorde van de stimuli (vooraf vastgestelde) in een geschikt programma voor de presentatie van het paradigma van het onderwerp. <ol><li> Geef hier al de informatie aan het paradigma in termen van type stimuli, timing en reacties relevant. OPMERKING: Programmeren details worden hier niet gepresenteerd omdat elk paradigma verschillende eisen wil verschillende softwarepakketten zal hebben. </li></ol></li><li> Opzetten van het programma dat de experimentele paradigma zal leveren, zodat het zal beginnen met een trekker uit de scanner. Hierdoor kan synchronisatie van de verkregen gegevens en de sequentie van stimuli. </li></ol> 2 Setup experimentele omgeving <ol><li> Prepare de scanner kamer. Sluit het onderste deel van correct hoofdspoel de scanner bed. Leg schone beschermkappen op de scanner bed en kussens. </li><li> Gebruik een beeldscherm aan de experimentele paradigma te presenteren aan het onderwerp en noteren de met behulp van een draagbare apparaat. Schakel het beeldscherm en een draagbare apparaat &quot;op&quot;. </li><li> Start de software die de experimentele paradigma zal leveren en een naam voor het logbestand. Het logbestand bevat informatie over de timing van de stimuli en de antwoorden van de onderwerp. Gebruik deze informatie voor het analyseren van de data. </li><li> Registreer het onderwerp in de MR-scanner database. Opname van gegevens met behulp van een uniek identificatienummer. Heeft de naam onderwerp niet bewaren met de gegevens om de privacy te garanderen. </li><li> Zorg ervoor dat de MR sequenties worden uitgevoerd zijn en klaar te stellen. Gebruik de volgende sequenties: een localizer scannen naar positie van het hoofd van de proefpersonen in de spoel, een EPI-sequentie voor de fu te verkrijgennctional beeldvorming en MPRAGE voor een hoge resolutie structurele scan. </li></ol> 3 Onderwerp Aankomst en Toegang tot Scanner <ol><li> Scherm het onderwerp contra MRI voorafgaand aan het experiment (bijvoorbeeld tijdens de aanwervingsprocedure). <ol><li> Bieden MR veiligheidsinstructies voordat u gaat scannen. Voeren screening van de patiënten (door getraind personeel). Zorg voor veiligheid onderwerpen &#39;. Zorg ervoor dat ze geen metalen in hun lichaam, denk apparaten zoals pacemakers hebben en niet aan een andere uitsluitingscriteria. </li></ol></li><li> Bij aankomst onderwerpen &#39;check de screening vragenlijst en bevestigen hun compatibiliteit voordat u verder gaat. </li><li> Verklaren de experimentele procedure om het onderwerp en de mogelijkheid bieden om vragen te stellen. Vraag het onder voorbehoud van toestemming en gegevensbescherming vormen tekenen. </li><li> Als het experiment gaat gepaard met complexe taken die training is het aanbevolen dat het onderwerp voert een praktijk voeren voorafgaand aan de going in de scanner. </li><li> Zorg ervoor dat het onderwerp is van metaal vrij, zonder enige munten, riem, horloge en sieraden. Eenmaal bevestigd, laat het onderwerp in de scanner kamer. </li><li> Vraag het onderwerp te zitten op de scanner bed dragen van oordoppen. De oordopjes die hier gebruikt bieden bescherming tegen het lawaai van de scanner tijdens het scannen en laten ook de onderzoeker om rechtstreeks te communiceren met het onderwerp van de controlekamer. In sommige faciliteiten hoofdtelefoon wordt gebruikt voor de communicatie met het onderwerp. </li><li> Vraag het onderwerp te gaan liggen op de scanner bed. Bieden het onderwerp een kussen te gaan onder de knieën om rugpijn te verminderen. Het comfort van het onderwerp is belangrijk voor hun welzijn en datakwaliteit. Verkeer die voortvloeien uit ongemak zal een negatieve invloed hebben op de beeldvorming van gegevens en afleiding veroorzaakt door ongemak zal de uitvoering van de taak beïnvloeden. </li><li> Plaats het bovenste deel van het hoofd spoel over het hoofd van de patiënt en sluit de connectors. Plaats het onderwerp217; s hoofd adequaat in het hoofd spoel. Lijn de kleine markering op het hoofd spoel langs de wenkbrauwen van de proefpersonen. Zorg ervoor dat het onderwerp is recht en comfortabel liggen. De oppervlaktespoel mag het gezicht raakt (bijvoorbeeld drukken op de neus). </li><li> Zet het hoofd van de proefpersoon met kussentjes onderlinge te minimaliseren tijdens het scannen. Hoofdbewegingen hebben een negatieve invloed op de kwaliteit van de gegevens. </li><li> Plaats een spiegel boven het hoofd spoel voor de onder de experimentele paradigma op het scherm erachter. Controleer of het onderwerp kan het hele scherm te zien. Beweeg de gemonteerde spiegel afhankelijk van de positie van het onderwerp. Onderwerpen met een bril moet MR compatibel brillen dragen. De meeste MRI onderzoeksfaciliteiten hebben compatibele lenzen of bril. In dit geval zet MR compatibele lenzen op het frame dat de spiegel bevat. Bepaal de juiste lenssterkte voor het onderwerp het scannerruimte. </li><li> Geef het onderwerp van een belknop nood to stop de scan indien nodig. Zorg ervoor dat het onderwerp weet waar de knop en ze kunnen gemakkelijk. </li><li> Verplaats het onderwerp naar de ingang van de boring van de scanner. Vraag het onderwerp om hun ogen te sluiten tijdens deze procedure. Lijn het licht met de kleine vlekken op het hoofd spoel op de juiste positie te bepalen. </li><li> Verplaats het onderwerp in de boring van de scanner, totdat de tekst &quot;0 mm &#39;. Dit betekent dat de kop van het onderwerp is bovenaan isocentrum van de scanner. </li><li> Geef het onderwerp het antwoord apparaat. </li></ol> 4 Experimentele procedure <ol><li> Controleer of het onderwerp de experimentator via de intercom en dat het onderwerp is comfortabel en klaar om te beginnen kan horen. </li><li> Voer een localizer scan om de positie van het hoofd van de patiënt in de scanner. Gebruik dit om het gezichtsveld van alle overige metingen positioneren bepalen de delen van de hersenen te meten. </li><li> Eerste perform een ​​hoge resolutie structurele scan. Open de MPRAGE sequence / programma en plaatst het gezichtsveld. Zorgen voor het hoofd van het hele onderwerp is binnen het gezichtsveld. MP-RAGE parameters: TR / TE = 2.250 / 3,03 msec, kantelhoek = 9 °, 176 sagittale plakken, FOV 256 x 256 mm, 64 x 64 matrix voxel 1 x 1 x 1 mm). </li><li> Laat het onderwerp weten dat de scan zal beginnen en dan beginnen de meting. </li><li> Voeren functionele MRI-scan. <ol><li> Open de EPI volgorde op de scanner computer en lijn het gezichtsveld aan de gehele hersenen te dekken. EPI parameters: 33 segmenten, slice dikte 3 mm, FOV 200 x 200 mm, 64 x 64 matrix herhalingstijd 2000 msec, echotijd 30 ms, flip hoek 79 °. </li><li> Voer een enkel volume-test meet. Zorg ervoor dat het geheel (of zoveel mogelijk) van de hersenen van de patiënt bevat in het gezichtsveld. OPMERKING: onderwerpen hebben verschillende vormen en maten van de hoofden (en hersens). Derhalve optimaal positioneren het gebied vanweer te geven voor elk onderwerp. </li><li> Kopieer de fMRI volgorde zodat de geplaatste gezichtsveld blijft hetzelfde voor de volgende meting. Voer het aantal volumes die nodig zijn voor de meting, 304 in dit geval. </li><li> Zorg ervoor dat de software die de presentatie van de paradigma wordt voor een trigger van de scanner te wachten. Het paradigma start niet zonder trekker uit de scanner zodat het kan worden geladen en ingesteld om te wachten. </li><li> Informeer het onderwerp dat het experiment van start gaat. Start de meting. </li><li> Controleer of de software de presentatie van het paradigma begint op het juiste moment (dat wil zeggen dat het wordt veroorzaakt door de scanner). </li><li> Voeren drie versies van de excentrieke taak. Passief, graaf, en reageren. </li><li> Spreek met het onderwerp in tussen runs een vertrouwenwekkende. Zorgen voor hun comfort. Vraag of het onderwerp toelaat om verder te gaan met de studie. Instrueer het onderwerp van de komende opdracht. </li><li> Start eerst de passieve condition om waar passieve kijkervaring te garanderen, zonder de kennis dat het doel stimuli inderdaad richten op stimuli. Tegenwicht aan de orde van de graaf en reageren voorwaarden over onderwerpen om effecten te voorkomen. </li></ol></li></ol> 5 Einde van Experiment <ol><li> Informeer het onderwerp dat het experiment is afgerond gaan de scanner kamer. </li><li> Schuif het onderwerp uit van de scanner. </li><li> Verwijder hoofdspoel en kussens. </li><li> Vraag het onderwerp langzaam zitten. Zodra ze zijn comfortabel, kan het onderwerp staan ​​en laat de scanner kamer. </li><li> Dien elk vragenlijsten / papierwerk dat moet worden voltooid na het experiment </li><li> Debrief het onderwerp: geef het onderwerp met een toelichting over de doelstellingen en het doel van het onderzoek, indien dit niet volledig mogelijk voorafgaand aan het experiment en bieden de mogelijkheid om vragen te stellen </li></ol> 6 Data Analysis <ol><li> Gebruik een software pakket dat geschikt is voor analyzing fMRI data. Voeren eerste level data-analyse voor elk onderwerp en elke voorwaarde afzonderlijk. OPMERKING: Gebruik de FMRIB Software Library (FSL) voor fMRI data-analyse. </li><li> Breng standaard preprocessing stappen om de gegevens voor te bereiden voor verdere analyse. OPMERKING: Pas de volgende stappen: beweging correctie, slice timing correctie, coregistration van structurele en functie van gegevens, ruimtelijke smoothing, highpass filtering, normalisering van de individu in standaard (bijvoorbeeld MNI) ruimte. Een samenvatting van deze stappen in fMRI schoolboeken Huettel et al, (2008) 9 en Jezzard et al, (2001) 11. Specifieke informatie over het preprocessing stappen uit te voeren is beschikbaar op de website en in de ondersteunende documentatie voor elk afzonderlijk softwarepakket. </li><li> Voor de statistische analyse te geven van de begin tijd en duur van alle gebeurtenissen. Deze worden aangeduid als verklarende variabelen (EV&#39;s), of regressoren. </li><li> Opgezet contrasten te bepalendie EV&#39;s worden vergeleken. Doel&gt; non-target stimuli: bij de BOLD activering specifiek voor de detectie van target stimuli het opzetten van de volgende contrast identificeren. OPMERKING: Gebruik eventueel andere contrasten: target stimuli tegen uitgangssituatie; non-target stimuli tegen de uitgangssituatie; doel stimuli&gt; non-target stimuli; non-target stimuli&gt; doel stimuli </li><li> Voer de eerste niveau statistische analyse voor elk onderwerp en elke toestand afzonderlijk. Het resultaat van de analyse toont de actieve hersengebieden voor elk van de respectieve contrast. </li><li> Vergelijk de drie voorwaarden het gebruik van een tweede niveau of groepsniveau, analyseert. Met de uitgang van het eerste niveau analyse als input voor het groepsniveau analyse. OPMERKING: In de originele papieren 7 de verschillen tussen condities op het doel&gt; frequente contrast met een Verdrievoudigd Twee-Group Verschil ontwerp met betrekking tot de volgende tegenstellingen: reageren&gt; passieve, tellen&gt; passieve, reageren&gt; telling.Deze contrasten onthullen hersenactiviteit geassocieerd met de variatie in de cognitieve processen in de drie respons modaliteiten. </li></ol>

<ol><li>Squires, N. K., Squires, K. C., Hillyard, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Two+varieties+of+long-latency+positive+waves+evoked+by+unpredictable+auditory+stimuli+in+man%5BTitle%5D)+AND+%22Electroencephalography+and+clinical+neurophysiology%22%5BJournal%5D)">Two varieties of long-latency positive waves evoked by unpredictable auditory stimuli in man.</a> Electroencephalography and clinical neurophysiology. 38, 387-401 (1975).</li>
<li>Polich, J., Criado, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neuropsychology+and+neuropharmacology+of+P3a+and+P3b%5BTitle%5D)+AND+%22International+journal+of+psychophysiology+%3A+official+journal+of+the+International+Organization+of+Psychophysiology%22%5BJournal%5D)">Neuropsychology and neuropharmacology of P3a and P3b.</a> International journal of psychophysiology : official journal of the International Organization of Psychophysiology. 60, 172-185 (2006).</li>
<li>Turetsky, B. I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neurophysiological+endophenotypes+of+schizophrenia%3A+the+viability+of+selected+candidate+measures%5BTitle%5D)+AND+%22Schizophrenia+bulletin%22%5BJournal%5D)">Neurophysiological endophenotypes of schizophrenia: the viability of selected candidate measures.</a> Schizophrenia bulletin. 33, 69-94 (2007).</li>
<li>Mobascher, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+P300+event-related+potential+and+smoking--a+population-based+case-control+study%5BTitle%5D)+AND+%22International+journal+of+psychophysiology+%3A+official+journal+of+the+International+Organization+of+Psychophysiology%22%5BJournal%5D)">The P300 event-related potential and smoking--a population-based case-control study.</a> International journal of psychophysiology : official journal of the International Organization of Psychophysiology. 77, 166-175 (2010).</li>
<li>Li, L., Gratton, C., Fabiani, M., Knight, R. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Age-related+frontoparietal+changes+during+the+control+of+bottom-up+and+top-down+attention%3A+an+ERP+study%5BTitle%5D)+AND+%22Neurobiology+of+aging%22%5BJournal%5D)">Age-related frontoparietal changes during the control of bottom-up and top-down attention: an ERP study.</a> Neurobiology of aging. 34, 477-488 (2013).</li>
<li>Kirino, E., Belger, A., Goldman-Rakic, P., McCarthy, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Prefrontal+activation+evoked+by+infrequent+target+and+novel+stimuli+in+a+visual+target+detection+task%3A+An+event-related+functional+magnetic+resonance+imaging+study%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Prefrontal activation evoked by infrequent target and novel stimuli in a visual target detection task: An event-related functional magnetic resonance imaging study.</a> Journal of Neuroscience. 20, 6612-6618 (2000).</li>
<li>Warbrick, T., Reske, M., Shah, N. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Do+EEG+paradigms+work+in+fMRI%3F+Varying+task+demands+in+the+visual+oddball+paradigm%3A+Implications+for+task+design+and+results+interpretation%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Do EEG paradigms work in fMRI? Varying task demands in the visual oddball paradigm: Implications for task design and results interpretation.</a> Neuroimage. 77, 177-185 (2013).</li>
<li>Warbrick, T., Arrubla, J., Boers, F., Neuner, I., Shah, N. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Attention+to+Detail%3A+Why+Considering+Task+Demands+Is+Essential+for+Single-Trial+Analysis+of+BOLD+Correlates+of+the+Visual+P1+and+N1%5BTitle%5D)+AND+%22J+Cogn+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Attention to Detail: Why Considering Task Demands Is Essential for Single-Trial Analysis of BOLD Correlates of the Visual P1 and N1.</a> J Cogn Neurosci. 26, 529-542 (2014).</li>
<li>Huettel, S. A., Song, A. W., McCarthy, G. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aHuettel%2C+SA+%22Functional+magnetic+resonance+imaging%22">Functional magnetic resonance imaging</a>. , 2nd, Sinauer Associates. (2008).</li>
<li>Miezin, F. M., Maccotta, L., Ollinger, J. M., Petersen, S. E., Buckner, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterizing+the+hemodynamic+response%3A+effects+of+presentation+rate%2C+sampling+procedure%2C+and+the+possibility+of+ordering+brain+activity+based+on+relative+timing%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Characterizing the hemodynamic response: effects of presentation rate, sampling procedure, and the possibility of ordering brain activity based on relative timing.</a> Neuroimage. 11, 735-759 (2000).</li>
<li>Jezzard, P., Matthews, P. M., Smith, S. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aJezzard%2C+P+%22Functional+Magnetic+Resonance+Imaging%3A+An+Introduction+to+Methods%22">Functional Magnetic Resonance Imaging: An Introduction to Methods</a>. , Oxford University Press. (2001).</li>
</ol>

De auteurs hebben niets te onthullen.

We laten zien dat het manipuleren van de taak vraagt ​​in de visuele excentrieke taak resulteert in verschillende patronen van BOLD activering in de graaf en reageren voorwaarden. De functionele rol van sommige die betrokken zijn bij elke conditie zou behoren zijn toegewezen had gegevens van de drie versies van de taak niet verkrijgbaar waren vergeleken. Deze dubbelzinnigheid in data interpretatie zou niet noodzakelijkerwijs het geval is in het EEG P300 veld waar de taak heeft zijn oorsprong, met de na...

Cognitieve neurowetenschappen methoden te ontwikkelen, zijn gevestigd experimentele taken gebruikt met opkomende brain imaging modaliteiten. Dit is een logische ontwikkeling aangezien de meeste neuropsychologische concepten (bijvoorbeeld verschillende geheugen subcomponenten) zijn onderzocht in de gedrags domein en geschikte experimentele taken sonderen specifieke functies ontwikkeld en getest. Als nieuwe technologie ontstaat bewijs voor de neurale onderbouwing van deze gedragsobservaties wordt gezocht bij de nieuwe brain imaging methoden. Hoewel het misschien verleidelijk om gewoon gebruik maken van goed bestudeerde gedragstaken voor imaging studies, een aantal belangrijke kanttekeningen in aanmerking te worden genomen. Een cruciaal, maar vaak verwaarloosd overweging is het gebruik van de meest geschikte beeldvormingstechniek de gedrags bewijsstukken verder onderzoeken. In termen van de cognitieve neurowetenschap en psychologie zijn er veel brain imaging methoden beschikbaar zijn voor ons begrip van de neurale activ verbeterenteit onderliggende concepten van belang; bijvoorbeeld elektro-encefalogram (EEG), magneto (MEG), transcraniële magnetische stimulatie (TMS), functionele magnetische resonantie imaging (fMRI) en positron emissie tomografie (PET). Al deze methoden hebben hun voordelen, nadelen en geschikte toepassingen. Hier het overbrengen van een paradigma met een lange geschiedenis van gedrags-en EEG-experimenten aan een fMRI experiment wordt beschouwd. EEG is gebruikt voor decennia om neurale reacties geassocieerd met perceptuele en cognitieve processen te onderzoeken. Als zodanig zijn veel paradigma ontwikkeld voor gebruik met deze methode en mettertijd gegroeid. Functionele MRI is een techniek die meer recent in de cognitieve neurowetenschappen gekomen en dit heeft geleid tot een aantal paradigma&#39;s ontwikkeld in het EEG onderzoek wordt gebruikt in fMRI. Voort te bouwen op de kennis van het EEG-experimenten met de nieuwe technieken is een logische stap, maar toch een aantal belangrijke punten kan worden verwaarloosd in de overdracht. De technieken eenweer heel anders en taken moeten dienovereenkomstig worden ontworpen. Dit vereist kennis van hoe de methode werkt en, in het bijzonder, hoe potentiële modulaties van het paradigma gebruikt zullen de genomen maatregelen beïnvloeden. Voor meer informatie over het ontwerp van fMRI experimenten de geïnteresseerde lezer wordt doorverwezen naar de volgende link <a href="http://imaging.mrc-cbu.cam.ac.uk/imaging/DesignEfficiency">http://imaging.mrc-cbu.cam.ac.uk/imaging/DesignEfficiency</a> . Taak ontwerp zal worden bezien in het kader van de overdracht van een paradigma ontwikkeld voor EEG onderzoek naar de fMRI-omgeving. De doelstellingen van dit document zijn: i) een korte uiteenzetting fMRI en wanneer het gebruik daarvan geschikt is in de cognitieve neurowetenschappen; ii) om te illustreren hoe de taak het ontwerp van de resultaten van een fMRI experiment, in het bijzonder wanneer die taak is geleend van andere beeldvormende modaliteit kunnen beïnvloeden; en iii) de praktische aspecten van het uitvoeren van een fMRI experiment verklaren. Functionele MRI is nu een grote schaal beschikbaar technique en als zodanig is een veel voorkomende methode die wordt gebruikt in de cognitieve neurowetenschappen. Om een ​​beslissing te nemen over de vraag of de techniek geschikt is voor een bepaald experiment de voordelen en nadelen van fMRI moet worden beschouwd in relatie tot andere beschikbare technieken. Een nadeel van de methode is dat het niet een directe maat van neurale activiteit, het is eerder een correlaat van neurale activiteit in de metabole respons (zuurstofbehoefte) geconvolueerd met de hemodynamische respons. Aldus zijn tijdelijke resolutie slecht in vergelijking met elektrofysiologie, bijvoorbeeld wanneer de gemeten elektrische signaal dichter bij de onderliggende neurale activiteit in plaats van een metabole respons. EEG een tijdsresolutie in de orde van milliseconden vergeleken met een resolutie in de orde van seconden fMRI. Echter, het belangrijkste voordeel van fMRI is dat de ruimtelijke resolutie van de techniek is uitstekend. Bovendien is noninvasive en derhalve onderwerpen geen stoffen als co innemenntrast middelen of wordt blootgesteld aan straling zoals het geval in positron emissie tomografie (PET) is. Daarom fMRI is een geschikte techniek voor experimenten die hersengebieden die zijn betrokken bij perceptie, cognitie en gedrag. In dit artikel worden de visuele excentrieke paradigma wordt genomen als een voorbeeld voor de overdracht van een gevestigde EEG-taak om fMRI (zie Figuur 1 voor details). Opgemerkt wordt dat de besproken kan ook uitslagen en interpretatie van gegevens beïnvloeden wanneer andere paradigma worden gebruikt en moeten technisch gezien in het ontwerp van alle fMRI experimenten. De excentrieke paradigma wordt vaak gebruikt in de psychologie en cognitieve neurowetenschap om aandacht te beoordelen en te richten op detectie prestaties. Het paradigma werd ontwikkeld EEG onderzoek, specifiek event related potentials (ERP), onderzoeken van de zogenaamde P300 component 1. De P300 vertegenwoordigt doeldetectie en wordt opgewekt bij herkenning vanniet frequent doelwit stimulus 1. De P300 wordt gebruikt in studies over een aantal cognitieve en klinische domeinen 2 bijvoorbeeld patiënten met schizofrenie en hun familieleden 3, zware rokers 4 en de vergrijzing van de bevolking 5. Gezien het feit dat de excentrieke paradigma (en de P300 uitgelokt door het paradigma) is robuust en wordt ook gemoduleerd door verschillende ziektebeelden, de overdracht tussen verschillende beeldvormende modaliteiten was onvermijdelijk. De wijdverspreide activatie gezien in de hersenen tijdens een excentriek fMRI meting waarover de resultaten van meerdere cognitieve functies, zoals blijkt uit talrijke studies fMRI aftasten andere cognitieve concepten. Deze algemene aard van de activatie patroon maakt het moeilijk om te bepalen welke hersengebieden meer (of minder) gezien wegens de specifieke taak manipulaties of groepsverschillen dat de onderzoeker is geïnteresseerd. Concreet is het niet zeker of waargenomen verschillen in activatie zijn aan detectie zich richten, aandacht gerelateerde processen, of dat ze gerelateerd zijn aan andere haar eisen zoals vast werkgeheugen processen of werkwijzen voor de productie van een motorische respons. Het proces van het geven functie om de gemeten activiteit gemakkelijker in het EEG domein waarin de cognitieve component plaats (target detectie) wordt gemeten in duidelijke cerebrale reactie op de excentrieke taak (P300). Toch neurowetenschappers hebben de neiging om hun bevindingen te interpreteren in het voordeel van hun eigen hypothese en experiment, in plaats van de invoering van de inspanning uit te sluiten alternatieve verklaringen. De meeste experimenten, zal echter niet in staat zijn om inherent oplossen van deze belangrijke vragen - scantijd is kostbaar - en dat is de reden waarom we pleiten voor een grondige planning en pilot-testen van paradigma&#39;s. Naast dit probleem in de oprichting van een direct verband tussen hersengebieden en cognitieve componenten, de aard van de excentrieke paradigma ookpresenteert andere mogelijke methodologische problemen bij het overladen naar fMRI. Bijvoorbeeld, wordt de detectie van een doelwit stimulus meestal aangeduid door op een antwoord toets. Hierdoor kan de onderzoeker om de nauwkeurigheid en de snelheid van de reacties op te nemen, maar deze reactie kan ook van invloed zijn op de fMRI BOLD respons op stimuli te richten. De motor actie nodig is voor de druk op de knop effecten op-stimulus opgesloten fMRI activering gezien het feit dat het gebeurt slechts een paar honderd milliseconden na de presentatie van de stimulus. Dit kan ook invloed hebben op de interpretatie van die activering, bijvoorbeeld hersengebieden die betrokken zijn bij de voorbereiding van de motorische respons zou ten onrechte worden verondersteld betrokken te zijn bij het opsporen van de stimulus, en vice versa. Dit heeft geleid tot methodologische aanpassingen waardoor indirecte maatregelen van target detectie, niet met een beroep op de motorische respons, worden genomen. Bijvoorbeeld, het tellen doel stimuli is voorgesteld 6 als een manier om ervoor te zorgen dat onderwerpen behouden attentiop de taak; het aantal proeven gemist kan aangeven hoe onoplettend een onderwerp was. Rapportage het aantal stimuli geteld aan het einde van de taak betekent ook dat de experimentator kan controleren of het onderwerp uitgevoerd voor het correct. Een derde alternatief is om een ​​volledig passieve taak ontwerp waar het onderwerp wordt gegeven geen instructies over hoe om te reageren en de nieuwheid van een stimulus wordt aangenomen dat inherent ontlokken een doel detectie-achtige reactie te gebruiken. Ondanks deze versies van de taak met dezelfde soort stimuli en basisontwerp, zal de activatie patroon als gevolg van een variatie van de taak verschillend zijn vanwege de cognitieve en motorische eisen van de taken verschillend 7,8. Zo zullen er werkgeheugen processen voor het tellen doel stimuli bijvoorbeeld, die het huidige aantal gerichte stimuli in gedachten, die tijdens passieve-bediening nodig. Hier worden deze 3 uitvoeringen van de excentriek taak passief, telling, eennd reageren worden gebruikt om te tonen hoe voorzichtig taak ontwerp en implementatie kan verklaren deze veranderingen in taakvereisten en laat correcte interpretatie van de resultaten.

<table><tbody><tr><td>Magnetom Tim Trio 3 T MRI scanner</td><td>Siemens Medical Solutions, Erlangen, Germany&nbsp;</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Presentation versie 14.8</td><td>Neurobehavioural system, Albany, CA, USA</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Lumitouch-apparaat</td><td>Photon Control Inc, Burnaby, BC, Canada</td><td></td><td>Dit apparaat wordt niet langer geproduceerd door de fabrikant. Er zijn alternatieve MR-compatibele responsapparaten beschikbaar.</td></tr><tr><td>TFT-scherm</td><td>Apple, Cupertino, CA, USA</td><td>30 inch cinema scherm</td><td>De scherm werd op maat aangepast in huis om MR-compatibel te zijn. Er zijn echter een aantal MR-compatibele schermen beschikbaar op de markt.</td></tr><tr><td>Optseq</td><td></td><td>surfer.nmr.mgh.harvard.edu/optseq</td><td>programma voor het bepalen van optimale stimulustiming voor snelle gebeurtenisgerelateerde ontwerpen</td></tr><tr><td>FMRIB softwarebibliotheek (FSL)</td><td>FMRIB, Oxford</td><td>http://fsl.fmrib.ox.ac.uk/fsl/fslwiki/</td><td>Er zijn andere softwaretools beschikbaar voor het analyseren van fMRI-gegevens, bijvoorbeeld SPM, AFNI en Brain Voyager.</td></tr></tbody></table>

het overbrengen van cognitieve taken tussen brain beeldvorming: implicaties voor de taak een ontwerp en interpretatie van resultaten in fmri studies

Transferring Cognitive Tasks Between Brain Imaging Modalities: Implications for Task Design and Results Interpretation in fMRI Studies

Naarmate methoden in de cognitieve neurowetenschap zich ontwikkelen, worden gevestigde experimentele taken gebruikt met opkomende hersenbeeldvormingsmodaliteiten. Hier wordt het overdragen van een paradigma (de visuele oddball-taak) met een lange geschiedenis van gedrags- en elektro-encefalografie (EEG) experimenten naar een functioneel magnetische resonantie beeldvorming (fMRI) experiment beschouwd. De doelen van dit artikel zijn om kort fMRI te beschrijven en wanneer het gebruik ervan geschikt is in de cognitieve neurowetenschap; te illustreren hoe taakontwerp de resultaten van een fMRI-experiment kan beïnvloeden, vooral wanneer die taak is ontleend aan een andere beeldvormingsmodaliteit; de praktische aspecten van het uitvoeren van een fMRI-experiment uit te leggen. Het wordt aangetoond dat het manipuleren van de taakeisen in de visuele oddball-taak resulteert in verschillende patronen van bloedzuurstofniveau-afhankelijke (BOLD) activering. De aard van de fMRI BOLD-meting betekent dat veel hersengebieden actief worden gevonden in een specifieke taak. Het bepalen van de functies van deze activeringsgebieden is zeer afhankelijk van taakontwerp en analyse. De complexe aard van veel fMRI-taken betekent dat de details van de taak en de vereisten ervan zorgvuldige overweging behoeven bij het interpreteren van gegevens. De gegevens tonen aan dat dit vooral belangrijk is bij taken die afhankelijk zijn van een motorische reactie, evenals cognitieve elementen, en dat zowel geheime en openbare reacties moeten worden overwogen waar mogelijk. Verder laten de gegevens zien dat het overdragen van een EEG-paradigma naar een fMRI-experiment zorgvuldige overweging vereist en dat niet kan worden aangenomen dat hetzelfde paradigma even goed zal werken in verschillende beeldvormingsmodaliteiten. Het wordt daarom aanbevolen dat het ontwerp van een fMRI-studie gedragsmatig wordt getest om de interessante effecten vast te stellen en vervolgens in de fMRI-omgeving wordt getest om een ​​gepaste ontwerp, implementatie en analyse voor de interessante effecten te waarborgen.

Het stimuleren en analysemethode ontlokte BOLD activatie in hersengebieden die geassocieerd met een visuele excentrieke taak. Het doel&gt; non-target contrast liet geen activering voor de passieve toestand waren, maar wees activering in zowel de graaf en reageren (figuur 3). De in figuur 3 gegevens een kwalitatieve vergelijking van de graaf en reageren omstandigheden en laat zien hoe de activering patronen zouden, als elke versie van de opdracht werd uitgevoerd in isolement. <p clas...

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

As cognitive neuroscience methods develop, established experimental tasks are used with emerging brain imaging modalities. Here transferring a paradigm ...

Het algemene doel van het volgende experiment is om te laten zien hoe taakontwerp de interpretatie van resultaten in FMRI-onderzoeken kan beïnvloeden, met name bij het overnemen van paradigma's van andere beeldvormingsmodaliteiten. Dit wordt bereikt door eerst een geschikte taak te kiezen voor de cognitieve of psychologische construct van belang in dit geval, het visuele oddball-paradigma. De tweede stap omvat het ontwerpen van drie verschillende versies van de visuele oddball-taak met behulp van dezelfde stimuli, wat zal resulteren in dat de vrijwilliger zijn gedrag tijdens de FMRI-scan wijzigt.Vervolgens worden de FMRI-gegevens geanalyseerd om kwantitatief de verschillen in hersenactivering tussen taakversies te beoordelen. Er worden resultaten verkregen die laten zien hoe cognitieve en motorische processen kunnen worden onderscheiden op basis van een geschikt experimenteel ontwerp en gegevensanalyse. Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van belangrijke vragen op het gebied van de cognitieve neurowetenschappen, zoals het identificeren van de onderliggende neurale substraten van menselijke perceptie, cognitie en gedrag.We hadden eerst het idee voor deze methode toen we ons realiseerden dat het interpreteren van onze eigen resultaten in relatie tot de bestaande literatuur moeilijk bleek te zijn vanwege subtiele verschillen in taakontwerp en experimentele procedures tussen studies. Om te beginnen, kies een geschikte taak om de cognitieve of psychologische construct van belang te onderzoeken voordat u de taak instelt. Bepaal eerst het juiste aantal proeven dat nodig is voor een robuuste hersenreactie, evenals de sequentie van stimuli-timing, en zorg ervoor dat u rekening houdt met de hemodynamische responsvertraging tussen stimulusaanvang en de gemeten hersenreactie.Download en installeer vervolgens ceq-software en voer deze uit om de volgorde van stimuli te bepalen door de proeven optimaal te verdelen over het experiment op basis van het aantal proeven, stimulus, duur en scanparameters. Implementeer vervolgens de eerder bepaalde volgorde van stimuli in een geschikt programma om het paradigma aan het onderwerp te presenteren. Specificeer alle informatie die relevant is voor het paradigma in termen van type stimuli, timing en reacties.Het paradigma is de visuele oddball-taak, die kan worden gebruikt om doeldetectiereacties en de effecten van aandacht op doeldetectie te meten. Er zijn drie versies van de oddball-taak die kunnen worden voorbereid in de passieve versie. Het onderwerp observeert alleen de visuele stimuli en reageert niet in de stille tellversie.Het onderwerp moet worden geïnstrueerd om de doelstimulerende stimuli in hun hoofd te tellen. Deze taak vereist het richten van aandacht op deze stimuli en een onderscheidend proces. Ten slotte, in de reageerversie, moet het onderwerp een reactieknop indrukken bij het zien van een doelstimulus.Deze taak vereist aandacht, onderscheidingsprocessen en selectie of productie van een reactie op doelstimulerende stimuli. Begin met het opzetten van het FMRI-experiment. Door eerst de scannerruimte voor te bereiden.Verbind het onderste deel van de hoofdspoel met de scannerbed. Plaats vervolgens schone beschermende hoezen op de scanner, bed en kussens. Schakel vervolgens het weergaveapparaat in dat het experimentele paradigma aan het onderwerp binnen de scanner zal presenteren, evenals het registreren van de reacties met behulp van een vastgehouden knopdrukapparaat.Open vervolgens de software die het experimentele paradigma zal leveren en voer een naam in voor het logbestand. Registreer ook het onderwerp in de MR-scannerdatabase en zorg ervoor dat de te draaien MR-sequenties zijn ingesteld en klaar. Screen alle potentiële onderwerpen op MRI-contra-indicaties tijdens de studierekruteringsprocedure.Na aankomst van het onderwerp, voer een grondige MRI-veiligheidscontrole uit met getraind personeel. Zorg ervoor dat het onderwerp metaalvrij is en dat items zoals een riem, horloge of sieraden zijn verwijderd, evenals eventuele zakartikelen zoals munten. Zodra het onderwerp klaar is, vraag hen om op het scannerbed te gaan zitten en dopjes in hun oren te stoppen voor gehoorbescherming.Laat hen vervolgens comfortabel op het scannerbed liggen met hun hoofd in de beeldvormingsspoel. Gebruik kleine kussens om het hoofd van het onderwerp te bevestigen om ongewenste hoofdbewegingen tijdens het scannen te minimaliseren. Plaats vervolgens het bovenste gedeelte van de hoofdspoel over het hoofd van het onderwerp en sluit de connectoren aan. Plaats een spiegel op de hoofdspoel die het onderwerp in staat stelt het experimentele paradigma op het scherm achter het onderwerp te zien, een noodstopknop om de scan te stoppen indien nodig, evenals het reactieapparaat. Verplaats ten slotte het onderwerp in de boor van de scanner voordat beelden worden verkregen. Zorg er eerst voor dat het onderwerp de experimentator via de intercom kan horen en dat ze comfortabel zijn en klaar zijn om met de scan te beginnen. Voer vervolgens een localizer-scan uit om de positie van het hoofd van het onderwerp in de scanner te verkrijgen.Voer vervolgens een hoge resolutie structurele scan uit, zoals een MP rage. Voer vervolgens de functionele MRI-scans uit met de drie runs van de visuele oddball-taak. Praat tussen runs door met het onderwerp om taakinstructies en geruststelling te geven en om te verzekeren dat ze comfortabel zijn en klaar zijn om door te gaan met de studie.Wanneer alle structurele en functionele beeldvorming is voltooid, informeer het onderwerp dat het experiment is afgelopen. Ga vervolgens de scannerruimte binnen en help het onderwerp uit de scanner. Selecteer een softwarepakket dat geschikt is voor het analyseren van de verkregen FMRI-gegevens.Begin met het toepassen van standaard voorverwerkingsstappen om de gegevens voor te bereiden voor verdere analyse. Stappen kunnen omvatten bewegingscorrectie, slice timing, beeldcoregistratie, ruimtelijke verzachting, hoogdoorlaat temporale filtering en ruimtelijke normalisatie. Vervolgens voor de statistische analyse, specificeer eerst de begintijden en duur van alle gebeurtenissen die in het paradigma zijn opgetreden.Dit worden ook wel verklarende variabelen of regressors genoemd. Stel vervolgens contrasten in om te bepalen welke verklarende variabelen zullen worden vergeleken. Bijvoorbeeld, om de bolde activering specifiek voor de detect

transferring-cognitive-tasks-between-brain-imaging-modalities

Research

JoVE Journal

Behavior

Gedrag

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

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

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

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

Transcraniële gelijkstroom stimulatie (tDCS) is een niet-invasieve hersenstimulatie techniek. Het is met succes gebruikt in fundamenteel onderzoek en klinische instellingen hersenfunctie bij mensen moduleren. Dit artikel beschrijft de uitvoering van tDCS en gelijktijdige functionele magnetische resonantie imaging (fMRI), om de neurale basis van tDCS effecten te onderzoeken.

Transcraniële Direct Current Stimulatie en Gelijktijdige Functional Magnetic Resonance Imaging

We presenteren een methode om functionele hersenactiviteit vergeleken tijdens een naturalistische taak, geregistreerd met fNIRS, met de activiteit vergeleken die geregistreerd wordt tijdens fMRI.

fMRI Validatie van fNIRS Metingen Tijdens een naturalistische Task

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

Een EEG-fMRI multimodale imaging methode, die bekend staat als de spatio fMRI-beperkt EEG bron imaging methode is hier beschreven. De onderhavige methode maakt gebruik van voorwaardelijk-actieve fMRI sub kaarten, of priors, bij EEG source localization op een wijze die verbetert de ruimtelijke specificiteit en foutieve resultaten beperkt.

Gelijktijdige EEG en functionele MRI opname en integratie analyse voor dynamische corticale activiteit Imaging

We beschrijven de analyse van continugolf functioneel near-infrared spectroscopie experiment met behulp van een blokontwerp met een sensorimotorische taak. Om de betrouwbaarheid van de data-analyse te verhogen, gebruikten we de kwalitatieve algemene lineaire modelgebaseerde statistische parametrische mapping en de vergelijkende hiërarchische gemengde modellen voor multi-kanalen.

Kwalitatieve en vergelijkende corticale activiteit data-analyses van een functionele near-infrared spectroscopie experiment toepassen blok ontwerp

We zien hoe objectieve maatstaf kan worden toegepast in de schaal toegepast rubberhand paradigma illusie. Deze maatregel wordt verkregen door het modificeren van de gevestigde crossmodaal congruentie taak. Deze taak toe het onderzoek van multi-processen die cruciaal zijn voor modulaties van het lichaam representaties zoals in de rubberen hand-illusie zijn.

De crossmodaal Congruentie Taak als een middel om een ​​doelstelling Behavioral Meet verkrijgen in de Rubber Hand Illusion Paradigm

Leer hoe taakontwerp fMRI-resultaten beïnvloedt met de visuele oddball-paradigma. Deze methode toont verschillen in BOLD-activatie tussen cognitieve en motorische processen.

Het overbrengen van cognitieve taken tussen Brain beeldvorming: implicaties voor de taak een ontwerp en Interpretatie van resultaten in fMRI Studies (Video) | JoVE Journal

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

Meer video's verkennen