Artykuł metodologiczny

Obrazowanie mózgu: badanie neuronalnych korelatów obserwacji wirtualnych interakcji społecznych

DOI:

10.3791/2379

⸱

6 lipca 2011

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Computing Science, University of Alberta, 2Department of Psychology, University of Illinois, 3Centre for Neuroscience, University of Alberta, 4Department of Psychology, University of Alberta, 5Department of Marketing, Business Economics, and Law, University of Alberta, 6Neuroscience Program, University of Illinois at Urbana-Champaign, 7Beckman Institute, University of Illinois at Urbana-Champaign

W tym artykule

Podsumowanie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ten artykuł demonstruje eksperymentalny projekt, w którym animowane postacie całego ciała są używane w połączeniu z funkcjonalnym rezonansem magnetycznym (fMRI) do badania neuronalnych korelatów obserwacji wirtualnych interakcji społecznych.

Streszczenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Zdolność do oceny interakcji społecznych jest kluczowa w ocenie intencji innych. Czynniki takie jak mimika twarzy i mowa ciała wpływają na nasze decyzje zarówno w życiu osobistym, jak i zawodowym 1. Te osądy "przyjaciel lub wróg" są często oparte na pierwszym wrażeniu, które z kolei może wpłynąć na nasze decyzje "podejść lub unikać". Wcześniejsze badania badające neuronalne korelaty poznania społecznego miały tendencję do wykorzystywania statycznych bodźców twarzy 2. Tutaj ilustrujemy eksperymentalny projekt, w którym animowane postacie całego ciała zostały wykorzystane w połączeniu z nagraniami funkcjonalnego rezonansu magnetycznego (fMRI). Piętnastu uczestnikom zaprezentowano krótkie klipy filmowe przedstawiające interakcje między gościem a gospodarzem w środowisku biznesowym, podczas gdy dane fMRI zostały zarejestrowane; Na zakończenie każdego filmu uczestnicy wystawiali również oceny zachowania gospodarza. Projekt ten wierniej naśladuje sytuacje z życia codziennego, a tym samym może przyczynić się do lepszego zrozumienia mechanizmów neuronalnych interakcji społecznych w zdrowym zachowaniu oraz do uzyskania wglądu w możliwe przyczyny deficytów zachowań społecznych w takich stanach klinicznych, jak lęk społeczny i autyzm 3.

Protokół

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Bodźce, projektowanie zadań i protokół eksperymentalny

Nasze bodźce są tworzone za pomocą Poser 7.0 (http://poser.smithmicro.com/poser.html), a prezentowane za pomocą CIGAL (http://www.nitrc.org/projects/cigal/).

  1. Zadanie składa się z serii dziesięciosekundowych filmów animowanych przedstawiających niewerbalne interakcje między gościem a gospodarzem w otoczeniu biznesowym. Podmiot widzi gościa witanego przez gospodarza (warunek interakcji społecznej) lub wyciętego z kartonu gospodarza (warunek braku interakcji społecznej/kontroli).
  2. Gospodarz może wykazywać zachowania, które zachęcają do dalszej interakcji społecznej (warunek podejścia) lub zachowania, które mogą wskazywać na brak zainteresowania dalszą interakcją (warunek unikania).
  3. Oprócz tej podstawowej manipulacji rodzajem zachowania wykazywanego przez gospodarza, można również uwzględnić inne manipulacje. Na przykład w niektórych próbach (zazwyczaj w połowie) postacie mogą uścisnąć sobie dłonie w ramach protokołu powitania, podczas gdy w innych nie robią nic. Manipulacja ta pozwala na zbadanie wpływu formalnego dotyku fizycznego na zachowanie4, które może również mieć różne znaczenie w zależności od tła kulturowego odbiorcy (np. Zachodni vs. Wschodnioazjatycki).
  4. Inna manipulacja może polegać na zmianie perspektywy widza z osobistej (Ja) na bezosobową (Inny). Manipulacja ta ma na celu wykorzystanie sieci neuronowych związanych z przetwarzaniem autoreferencyjnym5 i umożliwia identyfikację reakcji, które są modulowane przez osobiste zaangażowanie6,7 (np. zaostrzenie wpływu unikania zachowania, jeśli jest traktowane osobiście). Naprzemienność między tymi dwiema perspektywami może być sygnalizowana na początku każdej próby.
  5. Po filmach pojawiają się ekrany ocen, które proszą badanego o ocenę gospodarza pod kątem kompetencji, wiarygodności i zainteresowania prowadzeniem działalności gospodarczej w 5-punktowej skali Likerta (0 = wcale / 4 = bardzo); oceny te powinny być równoważone we wszystkich próbach, aby uniknąć efektów zamówienia.
  6. Postacie w filmach są równoważone ze względu na prezentowane zachowanie (podejście vs. unikanie), pochodzenie etniczne (kaukaskie vs. nie-kaukaskie), kolor koszuli i fryzurę. Podstawowe aspekty, które mogą wpływać na interakcje społeczne (np. atrakcyjność) powinny być również kontrolowane (np. poprzez oceny gospodarzy w trybie off-line), aby upewnić się, że nie ma systematycznych różnic między kategoriami badania, a tym samym uniknąć ewentualnych nieporozumień (np. jeśli gospodarze wykazujący zachowania unikające mają również ogólnie niższe wyniki atrakcyjności). Wreszcie, biorąc pod uwagę dowody na to, że interakcje z samicami-gospodarzami są bardziej skuteczne w wpływaniu na decyzje (np. finansowe) 4, w naszym obecnym badaniu wszyscy gospodarze byli kobietami, ale płeć gospodarzy może być również zrównoważona w różnych badaniach – np. 50% samic vs. 50% mężczyzn.
  7. Eksperyment jest podzielony na serie/bloki prób, aby dać uczestnikom czas na odpoczynek i uniknąć ogromnej utraty danych w przypadku awarii sprzętu. Ponadto, aby uniknąć tendencyjnej utraty danych, idealnie byłoby, gdyby warunki/próby były jednakowo reprezentowane w każdym bloku, zgodnie z każdą manipulacją (np. interakcja społeczna, płeć, potrząśnięcie/brak wstrząsu). Kolejność uruchamiania jest również równoważona między uczestnikami. Każdy bieg rozpoczyna się od sześciosekundowej fiksacji, aby umożliwić stabilizację sygnału MR. Interwał między próbami trwający 8 sekund następuje po każdej próbie filmowej i kończy każdy przebieg/blok.
  8. Należy zauważyć, że chociaż w porównaniu z projektami eksperymentalnymi obejmującymi bodźce statyczne, obecny projekt ma zwiększoną wartość ekologiczną w identyfikacji neuronalnych korelatów poznania społecznego, podejście to stwarza również ograniczenia i wyzwania. Jednym z takich wyzwań jest konieczność utrzymania aspektów "tła" (np. środowiska, w którym zachodzą interakcje społeczne lub nieistotnych aspektów zachowania) tak stałych, jak to tylko możliwe, w kontekście manipulowania interesującymi zmiennymi behawioralnymi (np. gestami odróżniającymi docelowe interakcje społeczne), co może być trudne do osiągnięcia w warunkach, w których stosowane są bodźce dynamiczne. Niemniej jednak uważamy, że obecne podejście osiąga rozsądny kompromis między celem, jakim jest zwiększenie ekologicznej trafności bodźców stosowanych w badaniach neuronauki społecznej, a ograniczeniami związanymi z zaangażowaniem narzędzi do obrazowania mózgu, które wymagają rozsądnej kontroli eksperymentalnych manipulacji, aby umożliwić prawidłowe wnioskowanie o neuronalnych korelatach docelowych zachowań.

2. Przygotowanie obiektu do skanowania

Tematy są zazwyczaj rekrutowane na podstawie ich wieku, zdrowia, pierwszego języka i indywidualnych czynników ryzyka dla skanowania MRI, takich jak metalowe wymiany stawów. Jednak w zależności od celu badania można również wziąć pod uwagę inne czynniki, w tym rasę/pochodzenie etniczne, status społeczno-ekonomiczny i historię zażywania narkotyków. Wszyscy uczestnicy wyrażają pisemną świadomą zgodę przed uruchomieniem protokołu eksperymentalnego, który jest zatwierdzany przez Komisję Etyki.

Przed wejściem do pokoju skanowania

  1. W dniu skanowania uczestnicy są proszeni o wypełnienie kwestionariuszy, które oceniają ich obecny stan umysłu, aby upewnić się, że nie są nadmiernie niespokojni lub przygnębieni przed eksperymentem 8, 9. Oceny te mogą być również wykorzystywane w połączeniu z danymi fMRI, aby zbadać, w jaki sposób stan emocjonalny w czasie skanowania może wpływać na reakcje uczestników. Ponadto, w połączeniu z ocenami po skanowaniu, te wstępne oceny mogą być wykorzystane do upewnienia się, że ogólny stan emocjonalny uczestników nie zmieni się dramatycznie w wyniku ich udziału w eksperymencie. Wreszcie, można również dokonać innych ocen zachowania/osobowości, aby dokładniej zbadać, w jaki sposób indywidualne różnice w poszczególnych aspektach osobowości, które wpływają na reakcje w kontekstach społecznych (np. lęk społeczny, wiarygodność) mogą wpływać na reakcje uczestników podczas badania 10, 11.
  2. Przed badaniem uczestnik jest szczegółowo informowany o procedurach skanowania i otrzymuje szczegółowe instrukcje dotyczące zadania behawioralnego (opisanego poniżej). Aby uniknąć dyskomfortu i zwiększonej znajomości zadania, uczestnik otrzymuje również skrócony przebieg ćwiczeń do zadania.

Wchodząc do pokoju skanowania

  1. Pacjent jest instruowany, aby leżał na pozycji leżącej na łóżku skanującym, z dodatkową amortyzacją głowy, aby zapewnić komfort podczas skanowania i zminimalizować ruch. Aby jeszcze bardziej zminimalizować ruchy głowy, nieprzylepną stronę taśmy można lekko owinąć wokół czoła fotografowanej osoby. Jeśli wolisz, amortyzacja może być również umieszczona pod uniesionymi kolanami badanego, aby zmniejszyć napięcie mięśni dolnej części pleców.
  2. Badani otrzymują ochronniki słuchu (zatyczki do uszu), a także słuchawki izolacyjne, aby komunikować się z eksperymentatorem podczas skanowania MRI.
  3. Prawa ręka badanego jest wygodnie umieszczona na polu odpowiedzi, co pozwala na użycie lewej ręki do podparcia lub do innych pomiarów (np. odpowiedzi przewodnictwa skóry). W pobliżu powinien być również umieszczony przycisk zatrzymania awaryjnego, aby osoba badana mogła zasygnalizować pilną potrzebę zatrzymania skanera.
  4. Przed rozpoczęciem zbierania danych należy upewnić się, że osoba badana wyraźnie widzi projekcję ekranu w celu prezentacji bodźca oraz że przyciski odpowiedzi działają prawidłowo.

3. Rejestrowanie i przetwarzanie danych

Parametry skanowania

Zebraliśmy dane MRI za pomocą skanera Siemens Sonata o mocy 1,5 Tesli do zapisów MRI. Nasze obrazy anatomiczne były seriami anatomicznymi 3D MPRAGE (czas powtórzenia, TR = 1600 ms; czas echa TE = 3,82 ms; liczba warstw = 112; rozmiar woksela = 1 x 1 x 1 mm), a obrazy funkcjonalne składały się z serii 28 funkcjonalnych wycinków (rozmiar woksela = 4x4x4 mm), uzyskanych osiowo za pomocą sekwencji echoplanarnej (TR = 2000 ms; TE = 40 ms; pole widzenia FOV = 256 x 256 mm), co pozwala na pokrycie całego mózgu.

Analiza danych

Używamy Statystycznego Mapowania Parametrycznego (SPM2/SPM5) w połączeniu z wewnętrznymi narzędziami opartymi na Matlabie. Przetwarzanie wstępne obejmuje typowe etapy: zapewnienie jakości, wyrównanie TR, korekcję ruchu, korejestrację, normalizację i wygładzanie (jądro 8 mm³) 12.

  1. Analiza danych łączy podejścia oparte na wokselach i regionach zainteresowania (ROI) w celu porównania aktywności mózgu związanej z interesującymi warunkami (np. interakcja społeczna vs. interakcja niespołeczna).
  2. Analizy wokseli całego mózgu tworzą mapy statystyczne, które identyfikują większe sieci regionów mózgu związanych z przetwarzaniem, które leży u podstaw oceny interakcji społecznych, a analizy ROI umożliwiają ukierunkowane badanie odpowiedzi w określonych regionach mózgu, które są a priori identyfikowane jako część sieci poznania społecznego (Rysunek 1A). Analizy ROI są również wykorzystywane do ekstrakcji sygnału fMRI w celach ilustracyjnych (rysunek 1B). Użyliśmy progu intensywności p=0,001 i progu zasięgu 10 sąsiadujących ze sobą wokseli. Oprócz tych typowych metod związanych z analizą danych, inne sposoby analizy danych mogą być również stosowane jako podejścia uzupełniające w badaniach badających neuronalne korelaty poznania społecznego 13, 14.
  3. Wreszcie, można również przeprowadzić korelacje danych obrazowania mózgu z danymi behawioralnymi (np. ocenami wiarygodności) i/lub wynikami indeksującymi miary osobowości (np. lęk przed cechami), aby zbadać, w jaki sposób aktywność mózgu zmienia się z indywidualnymi różnicami w zachowaniu i osobowości.

4. Reprezentatywne wyniki

figure-protocol-1
Rysunek 1. Zwiększona aktywność w sieci poznania społecznego w odpowiedzi na obserwację interakcji społecznych. Porównanie interakcji społecznych z badaniami bez interakcji/kontroli wykazało aktywność w typowych obszarach mózgu związanych z poznaniem społecznym, w tym w górnej bruździe skroniowej (STS, a), bocznej i przyśrodkowej korze przedczołowej (odpowiednio mPFC, b i d) oraz ciele migdałowatym (AMY, c). "Mapy aktywacji" są nakładane na obrazy mózgu o wysokiej rozdzielczości wyświetlane w widokach bocznych (lewy i prawy panel) i koronalnych (panel środkowy); Kolorowe paski wskazują gradient wartości T map aktywacji (na podstawie danych od 15 uczestników), odzwierciedlając aktywność mózgu ograniczoną w czasie do początku zachowań zbliżających się/unikających. Wykresy liniowe ilustrują przebiegi czasowe sygnału fMRI, wyodrębnione z funkcjonalnych ROI dla każdego typu badania i TR (1 TR = 2 sekundy). L = w lewo; R = Dobrze.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Przedstawiony tu projekt eksperymentalny pozwala na badanie neuronalnych korelatów obserwacji i interpretacji mowy ciała. Projekt ten ma potencjał, aby poszerzyć naszą wiedzę na temat mechanizmów mózgowych zaangażowanych w interakcje społeczne oraz rozszerzyć modele teoretyczne dotyczące tego, w jaki sposób łączymy percepcję różnych typów mowy ciała lub koncepcji społecznych, takich jak wiarygodność, w celu podejmowania decyzji w interaktywnych środowiskach społecznych 3. Taka wiedza może być stosowana w różny...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Nie stwierdzono konfliktu interesów.

Podziękowania

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

To badanie było wspierane przez fundusze startowe dla FD. KS był wspierany przez letnie stypendium Alberta Heritage Foundation for Medical Research. FD był wspierany przez Young Investigator Award od National Alliance for Research on Schizofrenia and Depression oraz przez CPRF Award od Canadian Psychiatric Research Foundation. Autorzy pragną podziękować Peterowi Seresowi za pomoc w zbieraniu danych oraz Kristinie Suen za pomoc w analizie danych.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Bibliografia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Adolphs, R. The social brain: neural basis of social knowledge. Annu Rev Psychol. 60, 693-716 (2009).
  2. Todorov, A. Evaluating faces on trustworthiness: an extension of systems for recognition of emotions signaling approach/avoidance behaviors. Ann N Y Acad Sci. 1124, 208-224 (2008).
  3. Pelphrey, K. A., Morris, J. P. Brain Mechanisms for Interpreting the Actions of Others From Biological-Motion Cues. Curr Dir Psychol Sci. 15, 136-140 (2006).
  4. Levav, J., Argo, J. J. Physical Contact and Financial Risk Taking. Psychological Science. 21, 804-810 (2010).
  5. Northoff, G. Self-referential processing in our brain--a meta-analysis of imaging studies on the self. Neuroimage. 31, 440-457 (2006).
  6. Eddington, K. M., Dolcos, F., Cabeza, R., R Krishnan, K. R., Strauman, T. J. Neural correlates of promotion and prevention goal activation: an fMRI study using an idiographic approach. J Cogn Neurosci. 19, 1152-1162 (2007).
  7. Eddington, K. M. Neural correlates of idiographic goal priming in depression: goal-specific dysfunctions in the orbitofrontal cortex. Soc Cogn Affect Neurosci. 4, 238-246 (2009).
  8. Watson, D., Clark, L. A., Tellegen, A. Development and validation of brief measures of positive and negative affect: the PANAS Scales. J Pers Soc Psychol. 54, 1063-1070 (1988).
  9. Spielberger, C. D., Gorsuch, R. L., Lushene, R. E. Manual for the State-Trait Anxiety Inventory. , Consulting Psychologists Press. Palo Alto, California. (1970).
  10. Heimberg, R. G. Psychometric properties of the Liebowitz Social Anxiety Scale. Psychological Medicine. 29, 199-212 (1999).
  11. Costa, P. T., McCrae, R. R. Revised NEO personality inventory and NEO five factor inventory: Professional manual. , Psychological Assessment. Odessa, FL. (1992).
  12. Friston, K. J., Ashburner, J. T., Kiebel, S. J., Penny, W. D. Statistical Parametric Mapping: The Analysis of Functional Brain Images. , Elsevier. London. (2006).
  13. Hanke, M. PyMVPA: A python toolbox for multivariate pattern analysis of fMRI data. Neuroinformatics. 7, 37-53 (2009).
  14. Said, C. P., Moore, C. D., Norman, K. A., Haxby, J. V., Todorov, A. Graded representations of emotional expressions in the left superior temporal sulcus. Front Syst Neurosci. 4, 1-8 (2011).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

Poznanie spo ecznerejestracja fMRIwirtualne postaciinterakcja spo ecznag rna bruzda skroniowaprzy rodkowa kora przedczo owaaktywacja cia a migda owategoobszar zainteresowaniastatystyczne mapowanie parametr w

Powiązane artykuły