Artykuł metodologiczny
Niniejsza prezentacja demonstruje wykorzystanie fMRI do badania obwodów neuronalnych leżących u podstawy procesów podejmowania decyzji. Proste zadania percepcyjne zostają połączone z wzmocnieniami apetytywnymi i awersyjnymi, aby zbadać, w jaki sposób wyniki wpływają na procesy decyzyjne.
Konfiguracja sprzętu
Pierwszym krokiem w przeprowadzaniu eksperymentu fMRI jest konfiguracja i sprawdzenie sprzętu. Kroki te można wykonywać w dowolnej kolejności.
Kondycjonowanie sygnału – Skaner znajduje się w pomieszczeniu ekranowanym elektrycznie i magnetycznie. Wszystkie sygnały elektryczne przesyłane z pomieszczenia sterowania do pomieszczenia skanera przechodzą przez panel filtracyjny w celu usunięcia częstotliwości, które mogłyby spowodować powstanie artefaktu w obrazie MR.
Podmuch powietrza – Urządzenie do generowania podmuchów powietrza dostarcza kontrolowany podmuch o stałym ciśnieniu i czasie trwania. Skierowany w stronę oka wywołuje reakcję unikową, ale nie powoduje urazów. Regulator ciśnienia (WPI Pneumatic PicoPump) jest podłączony do źródła sprężonego powietrza, którym może być butla z powietrzem, choć w naszej procedurze wykorzystujemy instalację zakładową. Ciśnienie jest ustawione na 30 psi. Czas jest dostosowany tak, aby podmuch trwał 50 msec. Zawór elektromagnetyczny jest sterowany sygnałem komputerowym. Powietrze z regulatora ciśnienia jest dostarczane do badanego za pomocą plastikowej rurki (Tygon) o średnicy 1/6 cala. Ważne jest, aby rurka nie była zbyt długa, w przeciwnym razie wystąpi opóźnienie między otwarciem zaworu elektromagnetycznego a dotarciem sprężonego powietrza do końca rurki. Z tego powodu regulator ciśnienia znajduje się w pomieszczeniu ze skanerem, a sygnały sterujące są przesyłane przez panel filtrujący, aby zapobiec powstawaniu artefaktów obrazowania.
Sok – dozownik soku kontroluje wielkość i liczbę kropel soku dostarczanych do ust za pomocą plastikowej rurki. Dozownik soku składa się z rezerwuaru, sterowanego komputerowo zaworu elektromagnetycznego oraz długiej rurki, która dostarcza sok do badanego. Wszystkie komponenty elektroniczne znajdują się poza pomieszczeniem skanera, dzięki czemu nie wprowadzają artefaktów do sygnału MR. Dozownik soku (Crist Instruments) jest płukany dwukrotnie poprzez napełnienie rezerwuaru i otwarcie zaworu elektromagnetycznego. Następnie jest on napełniany wybranym przez badanego napojem. Przed skanowaniem system jest testowany poprzez uruchomienie programu, który generuje sekwencję impulsów testowych, w wyniku czego do badanego dostarczanych jest kilka kropel soku. Badany potwierdza prawidłowy przepływ soku.
Rynienka zgryzowa – Ruchy głowy generują liczne artefakty w obrazach fMRI. W niniejszym eksperymencie badani otrzymują podmuchy powietrza, które mogą wywołać ruchy odruchowe, oraz sok, który wymaga przełykania. Aby zminimalizować ruchy głowy, do jej stabilizacji wykorzystuje się rynienkę zgryzową. Rynienka zgryzowa jest przymocowana do cewki głowowej RF. Każdy badany posiada dopasowany indywidualnie ustnik wykonany z materiału termoplastycznego.
Pulsoksymetr – fMRI mierzy utlenowanie krwi (BOLD). Utlenowanie krwi w mózgu może zależeć od aktywności neuronalnej, ale może być również wpływane przez tętno. Aby zmierzyć zmiany w utlenowaniu związane z cyklem pracy serca, używamy pulsoksymetru do pomiaru utlenowania krwi w opuszce palca za pomocą czujnika podczerwieni. Pulsoksymetr jest kompatybilny z MR, a sygnał wyjściowy jest przesyłany przez panel filtracyjny do pokoju sterowania, gdzie zostaje zdigitalizowany i zapisany w komputerze.
Monitor gazów oddechowych – Natlenienie krwi może być również zależne od oddychania. Oddychanie mierzymy za pomocą monitora gazów oddechowych, który określa poziom wydychanego CO2. Monitor ten jest kompatybilny z MR, a jego sygnał wyjściowy jest przesyłany przez panel filtracyjny do sterowni, gdzie zostaje zdigitalizowany i zapisany w komputerze.
Stymulacja wizualna – panel projekcji tylnej znajduje się na jednym z końców otworu skanera, blisko miejsca ułożenia głowy badanego. Badani patrzą na ekran projekcji tylnej poprzez lustro zamontowane na górnej części cewki głowowej. Obrazy są wyświetlane na ekranie projekcji tylnej za pomocą projektora LCD znajdującego się poza pomieszczeniem skanera. Wiązka światła z projektora jest kierowana do wnętrza pomieszczenia skanera przez wąż ekranowany przeciwko zakłóceniom RF.
Śledzenie ruchu gałek ocznych (Eye tracking) – z kilku powodów istotne jest ustalenie, w który punkt patrzy badany. Ruchy oczu wpływają na pozycję bodźców wzrokowych na siatkówce, co z kolei oddziałuje na odpowiedzi wzrokowe w mózgu. Ruchy gałek ocznych mogą być również wykorzystywane jako sposób komunikacji badanego w celu wskazania odpowiedzi behawioralnej. Do śledzenia ruchu oczu stosujemy metodę zwaną „podczerwoną wideookulografią”. W tej metodzie do śledzenia źrenicy wykorzystywana jest kamera podczerwona. Emiter podczerwieni oraz kamera są wbudowane w parę specjalnie zaprojektowanych gogli. Są to te same gogle, które służą do stymulacji wzrokowej. Dane z gogli są przetwarzane przez dedykowany komputer, który przekształca obrazy oka w sygnały analogowe określające poziomą i pionową pozycję gałki ocznej.
Przygotowanie obiektu badań
Dokumentacja i zgoda – Przed rozpoczęciem skanowania każdy uczestnik musi wypełnić kilka formularzy dotyczących bezpieczeństwa i zgody.
Arkusz planu eksperymentalnego – arkusz planu określa protokół eksperymentalny, sekwencje impulsów oraz kolejność ich uruchamiania.
Przygotowanie fizyczne – gdy badany jest gotowy do skanowania, jedną z pierwszych czynności jest założenie zatyczek do uszu, aby chronić słuch przed głośnym i wysokoczęstotliwościowym hałasem skanera. Nakładane są również słuchawki kompatybilne z MR, które służą zarówno do komunikacji z badanymi w skanerze, jak i do przekazywania instrukcji oraz informacji zwrotnych podczas sesji skanowania.
Badany wkłada ustnik, który zawiera linie o średnicy 1/16th cala do podawania soku i monitorowania gazów oddechowych.
Badany zakłada i dopasowuje gogle kompatybilne z MR, które służą do stymulacji wizualnej i monitorowania ruchów gałek ocznych.
Badany leży na stole skanera, a cewka RF jest umieszczona nad jego głową. Do cewki RF przymocowano ustnik (bitebar), aby zapobiec ruchom głowy.
Przewód do podawania podmuchów powietrza (tygon 1/6 cala) jest rozmieszczony w pobliżu jednego oka przy użyciu elastycznego ramienia (loc-line).
Klips pulsoksymetryczny zostaje przymocowany do jednego palca i zabezpieczony taśmą.
Procedura skanowania
Sekwencje impulsów:
Strukturalne: Wykorzystujemy obrazy ważone T1 (obrazy strukturalne), które zapewniają wyraźne określenie morfologii mózgu badanych osób. Badany leży biernie i pozostaje w możliwie największym bezruchu podczas tej fazy, która trwa około 10 minut.
Funkcjonalne: Stosujemy sekwencje EPI ważone obrazowaniem T2 (obrazy funkcjonalne), aby wykazać zmiany w utlenowaniu krwi, które korelują z aktywnością neuronalną. To podczas tej fazy badany jest poddawany stymulacji sokiem, podmuchami powietrza oraz bodźcom słuchowym.
Łączność: Do określenia łączności strukturalnej między obszarami mózgu wykorzystaliśmy obrazy rozproszone (DWI). Badany w tej fazie po prostu leży nieruchomo.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Finansowanie zapewnione przez NIMH, NARSAD oraz Gatsby Foundation.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE
Poproś o pozwolenie