Name: Badanie obrazowania mózgu nad upośledzającym wpływem emocji na funkcje poznawcze (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2012-02-01T12:00:00.000+00:00
Duration: 16 min 8 s
Description: Poznaj metodę fMRI badającą wpływ emocjonalnych rozpraszaczy na pamięć roboczą. Technika ta identyfikuje neuronalne korelaty upośledzenia poznawczego i mechanizmy radzenia sobie z emocjami w mózgu.

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

FD otrzymał wsparcie w ramach Young Investigator Award od US National Alliance for Research on Schizophrenia and Depression oraz grant CPRF od Canadian Psychiatric Research Foundation.

I. Projekt zadania, bodźce i protokół doświadczalny
<ol>
 <li>Podstawowym zadaniem w tym protokole jest zadanie pamięci roboczej (WM) z opóźnioną odpowiedzią, w którym podczas przerwy między prezentacją materiałów do zapamiętania (memoranda) a próbami (probes) wyświetlane są nowe, niezwiązane z zadaniem dystraktory emocjonalne i neutralne (patrz Rysunek 1 w celu zapoznania się ze schematem oryginalnego zadania). Dane fMRI zależne od zdarzeń są rejestrowane podczas wykonywania tego zadania przez uczestników. W ramach kontroli percepcyjnej można również zastosować wersje zdezorganizowane (scrambled) rzeczywistych dystraktorów, które posiadają identyczne podstawowe właściwości (np. częstotliwość przestrzenną i luminancję).</li>
</ol>
<img src="/files/ftp_upload/2434/2434fig1.jpg" alt="Diagram procesu poznawczego; fazy i czas trwania dla elementów zapamiętywanych, dystraktorów i zadań z próbami." data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Rysunek 1"> 
 Rysunek 1. Ogólny schemat zadania z pamięcią roboczą z opóźnioną odpowiedzią z elementem rozpraszającym (z 6, za zgodą). W elementach zapamiętywanych wykorzystano trzy twarze, aby silnie zaangażować grzbietowy system wykonawczy, natomiast pary nowych dystraktorów zastosowano w celu zwiększenia wpływu rozproszenia emocjonalnego na wydajność pamięci roboczej (WM) i aktywność mózgu. Wpływ dystraktorów emocjonalnych można również zwiększyć poprzez prezentowanie obrazów w kolorze (nie pokazano), a także poprzez parowanie dystraktorów o podobnej treści emocjonalnej i semantycznej. W tym kontekście należy zwrócić szczególną uwagę na to, aby obrazy emocjonalne i neutralne były dopasowane pod względem podstawowych właściwości, takich jak jasność i częstotliwość przestrzenna 15, aby uniknąć wprowadzenia możliwych zmiennych zakłócających. Uczestnicy otrzymują instrukcję, aby zachować koncentrację na zadaniu z pamięcią roboczą podczas przetwarzania dystraktorów oraz aby udzielać szybkich i dokładnych odpowiedzi na próby poprzez naciśnięcie przycisku odpowiedzi (1 = Stare, 2 = Nowe). Do prezentacji bodźców wykorzystano program CIGAL (<a href="http://www.nitrc.org/projects/cigal/">http://www.nitrc.org/projects/cigal/</a>). Elementy zapamiętywane i próby mogą być prezentowane w kolorze lub w czerni i bieli.
<ol start="2">
 <li>Zaleca się, aby płeć twarzy w mnemoniach była reprezentowana w proporcjach zrównoważonych: mężczyzn (50%) i kobiet (50%). Podobnie zrównoważone proporcje zaleca się dla sond Old (50%) i New (50%). Trudność zadania WM można zmieniać poprzez modyfikację tych proporcji i/lub zmianę innych czynników – np. podobieństwa rysów twarzy wśród twarzy z tej samej mnemionii oraz ich podobieństwa do sond, a także poprzez manipulowanie obecnością lub brakiem cech pozatwarzowych w mnemoniach (patrz również film). Oprócz twarzy, jako mnemionie i sondy mogą służyć również inne bodźce 9. </li>
 <li> W tym schemacie zaleca się zastosowanie 30-40 prób na warunek 6, 11, choć ze względu na jego stabilność jako schematu „wolnego tempa” (slow-paced), silny sygnał fMRI można uzyskać również przy mniejszej liczbie prób (patrz Materiały Suplementarne z 6). Pozwala to na gromadzenie danych fMRI w czasie ok. 1,5-2 godz., co jest możliwe do zrealizowania zarówno u zdrowych uczestników, jak i u pacjentów klinicznych. Mimo niewielkiej wady wynikającej z relatywnie mniejszej liczby prób w porównaniu do schematów „szybkiego tempa” (fast-paced), projekt ten oferuje zalety w postaci bardziej stabilnego sygnału fMRI dla pojedynczych prób oraz lepszej separacji sygnału związanego z poszczególnymi próbami oraz bodźcami/fazami wewnątrz prób, co jest również korzystne dla analiz łączności funkcjonalnej. </li>
 <li> Zmienność rodzaju dystraktorów przyczynia się również do wszechstronności tego schematu, pozwalając na jego adaptację zgodnie z celami badań i docelową populacją. Dystraktory emocjonalne i neutralne w oryginalnym schemacie 6 zostały wybrane z International Affective Picture System 16, ale podobne efekty można uzyskać przy użyciu innych nowych bodźców, które są skuteczne jako dystraktory 12, i/lub poprzez manipulacje zwiększające czułość zadania WM w wykrywaniu różnic behawioralnych (np. poprzez ocenę pewności uczestników co do ich odpowiedzi) 11. </li>
 <li> Na przykład w niedawnym badaniu przeprowadzonym u weteranów wojennych z zespołem stresu pourazowego (PTSD) lub bez 12, emocjonalne obrazy IAPS wywołujące ogólne negatywne emocje zastąpiono obrazami związanymi z walką. Oczekiwano, że obrazy te wywołają emocje bardziej specyficznie powiązane z traumami bojowymi, a tym samym będą skuteczniejszymi dystraktorami w kohortach narażonych na walkę, szczególnie w grupie z PTSD. Ponadto jako dystraktory można wykorzystać bodźce wywołujące specyficzne negatywne emocje (np. lęk) lub bodźce pozytywne emocjonalnie. Na przykład twarze z wyrazem strachu mogłyby wywołać lęk społeczny i tym samym byłyby skuteczne w badaniu wpływu przejściowego rozproszenia wywołującego lęk na WM 11. Podobne efekty można zaobserwować przy zastosowaniu dystraktorów pozytywnych 17. </li>
 <li> Wreszcie, w połączeniu z innymi miarami (np. behawioralnymi i związanymi z osobowością), paradygmat ten może być również wykorzystany do badania zależności między aktywnością mózgu a różnicami indywidualnymi w różnych aspektach wpływających na wydajność poznawczą w tym zadaniu 8, 10, 11. </li>
</ol>
II. Przygotowanie obiektu do skanowania
Wszyscy uczestnicy powinni wyrazić pisemną świadomą zgodę przed rozpoczęciem protokołu eksperymentalnego, który musi zostać zatwierdzony przez komisję etyczną.
Przed wejściem do pomieszczenia skanującego
<ol>
 <li> W dniu skanowania oceniany jest aktualny stan afektywny uczestnika, aby kontrolować wpływ nastroju na zadanie pamięci roboczej (WM) z rozproszeniem. Wraz z ocenami przeprowadzonymi po skanowaniu, wstępne ewaluacje te mogą służyć również do badania zmian nastroju wynikających z udziału w badaniu 11. </li>
 <li> Przed skanowaniem uczestnik zostaje szczegółowo poinformowany o procedurach skanowania i otrzymuje konkretne instrukcje dotyczące zadania behawioralnego. Uczestnik przechodzi również krótką sesję treningową, aby zapoznać się z zadaniem. </li>
</ol>
Wejście do pomieszczenia skanowania
<ol start="3">
 <li>Uczestnik kładzie się na plecach na stole do skanowania, z dodatkowym podparciem głowy, aby zapewnić komfort podczas badania i zminimalizować ruchy. W celu dalszego ograniczenia ruchów głowy, wokół czoła badanego można lekko owinąć kawałek taśmy stroną nieprzylepną do skóry. Badani otrzymują ochronniki słuchu oraz słuchawki izolacyjne do komunikacji z eksperymentatorem podczas skanowania MRI.</li>
 <li>Prawa dłoń badanego jest wygodnie ułożona na panelu odpowiedzi. Przed rozpoczęciem zbierania danych kluczowe jest upewnienie się, że przyciski odpowiedzi działają prawidłowo oraz że badany wyraźnie widzi projekcję ekranu z prezentowanymi bodźcami. W pobliżu umieszcza się również przycisk awaryjnego zatrzymania, aby badany mógł zasygnalizować pilną potrzebę przerwania pracy skanera.</li>
</ol>
Po zakończeniu sesji skanowania
<ol start="5">
 <li> Do dalszych ocen behawioralnych można wykorzystać dodatkowe zadania – np. w celu określenia wrażliwości uczestników na dystraktory poprzez ocenę walencji emocjonalnej/intensywności dystraktorów i/lub subiektywnie postrzeganej rozpraszalności wywoływanej przez dystraktory. Oceny te mogą służyć do upewnienia się, że subiektywny odbiór bodźców emocjonalnych stosowanych podczas skanowania odzwierciedla efekty opisane w literaturze, a różnice indywidualne w ocenach mogą zostać wykorzystane do zbadania ich wpływu na mechanizmy neuronalne pośredniczące w szkodliwym działaniu emocji na funkcje poznawcze 6, 8. </li>
 <li> Po skanowaniu MRI można również przeprowadzić oceny cech osobowości (np. lęku jako cechy, reaktywności emocjonalnej), o ile nie zostały one wykonane przed skanowaniem 11. </li>
</ol>
III. Rejestracja i analiza danych
Parametry skanowania
W oryginalnym badaniu 6 dane MRI gromadziliśmy przy użyciu skanera General Electric 4 Tesla, jednak w nowszych wersjach zadania z powodzeniem zbieraliśmy dane MRI również za pomocą skanera 1.5 T 11. W skanerze 4T serie 30 przekrojów funkcjonalnych (rozmiar woksela = 4 x 4 x 4 mm) pozyskiwano osiowo, stosując sekwencję impulsów spiralnych odwrotnych (TR = 2000 ms; TE = 31 ms; pole widzenia = 256 x 256mm), co zapewniało pełny zasięg obrazowania mózgu. Podobnie w skanerze 1.5 T serie 28 przekrojów funkcjonalnych (rozmiar woksela = 4 x 4 x 4 mm) pozyskiwano osiowo, wykorzystując sekwencję echoplanarną (TR = 2000 ms; TE = 40 ms; pole widzenia = 256 x 256 mm). Pozyskiwano również strukturalne obrazy o wysokiej rozdzielczości w orientacji osiowej (rozdzielczość w płaszczyźnie = 1 mm2; stosunek obrazu anatomicznego do funkcjonalnego = 4:1).
Analiza danych
Stosujemy Statistical Parametric Mapping (SPM: <a href="http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/">http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/</a>) w połączeniu z własnymi narzędziami opartymi na środowisku Matlab. Wstępne przetwarzanie obejmuje typowe etapy: zapewnienie jakości*, wyrównanie TR, korekcję ruchu, korejestrację, normalizację oraz wygładzanie (przy użyciu jądra 8 x 8 x 8 mm); *podstawowe zapewnienie jakości polegało na wizualnej inspekcji danych w celu wykrycia znacznych ruchów uczestników i artefaktów związanych z ruchem w danych, a także na identyfikacji wolumenów z nietypowymi skokami sygnału MR. Analizy statystyczne na poziomie indywidualnym i grupowym obejmują porównania aktywności mózgu w zależności od rodzaju dystraktora (rozproszenie emocjonalne vs neutralne). Ponadto, w celu zbadania, w jaki sposób aktywność mózgu współzmienia się z różnicami indywidualnymi w tych miarach, można przeprowadzić korelacje danych obrazowania mózgu z subiektywnymi lub obiektywnymi miernikami rozpraszalności (np. oceny emocjonalności i rozpraszalności oraz wyniki pamięci operacyjnej)6,8,11 i/lub wynikami indeksującymi miary osobowości (np. lęk cechowy)11. Analizy we wszystkich naszych badaniach z wykorzystaniem tego protokołu koncentrowały się zazwyczaj na aktywności obserwowanej podczas interwału opóźnienia, kiedy prezentowane są dystraktory, ale można również badać aktywność zsynchronizowaną czasowo z innymi zdarzeniami (np. sondami).
IV. Reprezentatywne wyniki
<img src="/files/ftp_upload/2434/2434fig2.jpg" alt="Schemat analizy aktywności mózgu w fMRI; wykresy przedstawiają zmiany sygnału w dlPFC, vlPFC, LPC i FFG." data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Rysunek 2"> 
Rysunek 2. Przeciwstawny wzorzec aktywności w brzusznych i grzbietowych systemach mózgowych w obecności rozpraszaczy emocjonalnych (z 6, za zgodą autora). Rozpraszacze emocjonalne wywołały zwiększoną aktywność w brzusznych afektywnych obszarach mózgu (czerwone obszary), takich jak brzuszznoboczna kora przedczołowa (vlPFC) i ciało migdałowate (brak na rysunku), jednocześnie powodując zmniejszoną aktywność w grzbietowych obszarach wykonawczych mózgu (niebieskie obszary), takich jak grzbietoboczna kora przedczołowa (dlPFC) i boczna kora ciemieniowa (LPC). Centralny obraz przedstawia mapy aktywacji bezpośredniego kontrastu między warunkami najbardziej a najmniej rozpraszającymi (tj. emocjonalnymi a przemieszanymi), nałożone na obraz mózgu o wysokiej rozdzielczości przedstawiony w widoku bocznym prawej półkuli. Kolorowe poziome paski na dole obrazu mózgu wskazują gradient wartości t map aktywacji. Wykresy liniowe przedstawiają przebieg czasowy aktywności w reprezentatywnych grzbietowych i brzusznych obszarach mózgu (wskazanych kolorowymi strzałkami). Szare prostokąty nad osiami X wskazują odpowiednio moment rozpoczęcia i czas trwania elementów pamięciowych (memoranda), rozpraszaczy oraz prób (probes). FFG = zakręt wrzecionowaty.

<ol><li>Dolcos, F., Iordan, A. D., Dolcos, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neural+correlates+of+emotion-cognition+interactions%3A+A+review+of+evidence+from+brain+imaging+investigations%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Cogn.+Psychol%22%5BJournal%5D)">Neural correlates of emotion-cognition interactions: A review of evidence from brain imaging investigations.</a> J. Cogn. Psychol. 23, 669-694 (2011).</li>
<li>Shafer, A., Iordan, A., Cabeza, R., Dolcos, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Brain+imaging+investigation+of+the+memory-enhancing+effect+of+emotion%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Vis.+Exp%22%5BJournal%5D)">Brain imaging investigation of the memory-enhancing effect of emotion.</a> J. Vis. Exp. (51), (2011).</li>
<li>Dolcos, F., LaBar, K. S., Cabeza, R. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aDolcos%2C+F+%22Memory+and+Emotion%3A+Interdisciplinary+Perspectives%22">Memory and Emotion: Interdisciplinary Perspectives</a>. Uttl, B., Ohta, N., Siegenthaler, A. L. , Blackwell Publishing. Malden, MA. 107-134 (2006).</li>
<li>Dolcos, F., Denkova, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neural+correlates+of+encoding+emotional+memories%3A+A+review+of+functional+neuroimaging+evidence%5BTitle%5D)+AND+%22Cell.+Sci.+Reviews%22%5BJournal%5D)">Neural correlates of encoding emotional memories: A review of functional neuroimaging evidence.</a> Cell. Sci. Reviews. 5, 78-122 (2008).</li>
<li>Dolcos, F. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aDolcos%2C+F+%22The+Impact+of+Emotion+on+Memory%3A+Evidence+from+Brain+Imaging+Studies%22">The Impact of Emotion on Memory: Evidence from Brain Imaging Studies</a>. , VDM Verlag. (2010).</li>
<li>Dolcos, F., McCarthy, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Brain+systems+mediating+cognitive+interference+by+emotional+distraction%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Brain systems mediating cognitive interference by emotional distraction.</a> J. Neurosci. 26, 2072-2079 (2006).</li>
<li>Dolcos, F., Kragel, P., Wang, L., McCarthy, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Role+of+the+inferior+frontal+cortex+in+coping+with+distracting+emotions%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroreport%22%5BJournal%5D)">Role of the inferior frontal cortex in coping with distracting emotions.</a> Neuroreport. 17, 1591-1594 (2006).</li>
<li>Dolcos, F., Diaz-Granados, P., Wang, L., McCarthy, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Opposing+influences+of+emotional+and+non-emotional+distracters+upon+sustained+prefrontal+cortex+activity+during+a+delayed-response+working+memory+task%5BTitle%5D)+AND+%22Neuropsychologia%22%5BJournal%5D)">Opposing influences of emotional and non-emotional distracters upon sustained prefrontal cortex activity during a delayed-response working memory task.</a> Neuropsychologia. 46, 326-335 (2008).</li>
<li>Anticevic, A., Repovs, G., Barch, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Resisting+emotional+interference%3A+brain+regions+facilitating+working+memory+performance+during+negative+distraction%5BTitle%5D)+AND+%22Cogn.+Affect.+Behav.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Resisting emotional interference: brain regions facilitating working memory performance during negative distraction.</a> Cogn. Affect. Behav. Neurosci. 10, 159-173 (2010).</li>
<li>Chuah, L. Y., Dolcos, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sleep+deprivation+and+interference+by+emotional+distracters%5BTitle%5D)+AND+%22Sleep%22%5BJournal%5D)">Sleep deprivation and interference by emotional distracters.</a> Sleep. 33, 1305-1313 (2010).</li>
<li>Denkova, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+impact+of+anxiety-inducing+distraction+on+cognitive+performance%3A+A+combined+brain+imaging+and+personality+investigation%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+One%22%5BJournal%5D)">The impact of anxiety-inducing distraction on cognitive performance: A combined brain imaging and personality investigation.</a> PLoS One. 5, e14150-e14150 (2010).</li>
<li>Morey, R. A., Dolcos, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+role+of+trauma-related+distractors+on+neural+systems+for+working+memory+and+emotion+processing+in+posttraumatic+stress+disorder%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Psychiatr.+Res%22%5BJournal%5D)">The role of trauma-related distractors on neural systems for working memory and emotion processing in posttraumatic stress disorder.</a> J. Psychiatr. Res. 43, 809-817 (2009).</li>
<li>Anticevic, A., Repovs, G., Corlett, P. R., Barch, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Negative+and+nonemotional+interference+with+visual+working+memory+in+schizophrenia%5BTitle%5D)+AND+%22Biol.+Psychiatry%22%5BJournal%5D)">Negative and nonemotional interference with visual working memory in schizophrenia.</a> Biol. Psychiatry. 70, 1159-1168 (2011).</li>
<li>Diaz, M. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+influence+of+emotional+distraction+on+verbal+working+memory%3A+An+fMRI+investigation+comparing+individuals+with+schizophrenia+and+healthy+adults%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Psychiatr.+Res%22%5BJournal%5D)">The influence of emotional distraction on verbal working memory: An fMRI investigation comparing individuals with schizophrenia and healthy adults.</a> J. Psychiatr. Res. 45, 1184-1193 (2011).</li>
<li>Delplanque, S., N'Diaye, K., Scherer, K., Grandjean, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spatial+frequencies+or+emotional+effects%3F+A+systematic+measure+of+spatial+frequencies+for+IAPS+pictures+by+a+discrete+wavelet+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurosci.+Methods%22%5BJournal%5D)">Spatial frequencies or emotional effects? A systematic measure of spatial frequencies for IAPS pictures by a discrete wavelet analysis.</a> J. Neurosci. Methods. 165, 144-150 (2007).</li>
<li>Lang, P. J., Bradley, M. M., Cuthberg, B. N. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aLang%2C+PJ+%22NIMH+Center+for+the+Study+of+Emotion+and+Attention%22">NIMH Center for the Study of Emotion and Attention</a>. , Gainesville, FL. (1997).</li>
<li>Iordan, A. D. Behavioral and brain imaging investigation of the impact of positive and negative distraction on cognitive performance. The Society for Neuroscience Annual Meeting, Washington DC, , (2011).</li>
<li>Oei, N. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stress+shifts+brain+activation+towards+ventral+%27affective%27+areas+during+emotional+distraction%5BTitle%5D)+AND+%22Soc.+Cogn.+Affect.+Neurosci.+%5BEpub+ahead+of%22%5BJournal%5D)">Stress shifts brain activation towards ventral 'affective' areas during emotional distraction.</a> Soc. Cogn. Affect. Neurosci. [Epub ahead of. , (2011).</li>
<li>Dolcos, F., Miller, B., Kragel, P., Jha, A., McCarthy, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Regional+brain+differences+in+the+effect+of+distraction+during+the+delay+interval+of+a+working+memory+task%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+Res%22%5BJournal%5D)">Regional brain differences in the effect of distraction during the delay interval of a working memory task.</a> Brain Res. 1152, 171-181 (2007).</li>
<li>Morey, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Serotonin+transporter+gene+polymorphisms+and+brain+function+during+emotional+distraction+from+cognitive+processing+in+posttraumatic+stress+disorder%5BTitle%5D)+AND+%22BMC+Psychiatry%22%5BJournal%5D)">Serotonin transporter gene polymorphisms and brain function during emotional distraction from cognitive processing in posttraumatic stress disorder.</a> BMC Psychiatry. 11, (2011).</li>
</ol>

Nie zadeklarowano żadnych konfliktów interesów.

Ten projekt eksperymentalny dostarczył wstępnych dowodów z obrazowania mózgu na to, że szkodliwy wpływ rozproszenia emocjonalnego na trwające procesy poznawcze wiąże się z wzajemnymi modulacjami między brzusznym systemem neuronalnym HotEmo a grzbietowym systemem ColdEx. Ta dysocjacja grzbietowo-brzuszna była powiązana z upośledzeniem funkcjonowania pamięci roboczej w obecności rozproszenia emocjonalnego 6 i została systematycznie zreplikowana w warunkach normalnych 8-11, klinicznyc...

badanie obrazowania mózgu nad upośledzającym wpływem emocji na funkcje poznawcze

Brain Imaging Investigation of the Impairing Effect of Emotion on Cognition

Emocje mogą wpływać na poznanie, wywierając zarówno efekty wzmacniające (np. lepsza pamięć do zdarzeń emocjonalnych), jak i upośledzające (np. zwiększona rozpraszalność emocjonalna) (przegląd w 1). Uzupełniając nasz niedawny protokół 2 opisujący metodę umożliwiającą badanie neuronalnych korelatów wzmacniającego wpływu emocji na pamięć (patrz również 1, 3-5), prezentujemy tutaj protokół pozwalający na badanie neuronalnych korelatów szkodliwego wpływu emocji na poznanie. Główną cechą tej metody jest to, że pozwala ona na identyfikację wzajemnych modulacji między aktywnością w brzusznym systemie neuronalnym, zaangażowanym w przetwarzanie emocji „gorących” (system HotEmo), a systemem grzbietowym, zaangażowanym w poznawcze/wykonawcze przetwarzanie „zimne” wyższego poziomu (system ColdEx), które są powiązane z wydajnością poznawczą oraz indywidualnymi różnicami w zachowaniu (przegląd w 1). Od momentu jego pierwszego wprowadzenia 6, projekt ten okazał się szczególnie wszechstronny i wpływowy w wyjaśnianiu różnych aspektów dotyczących neuronalnych korelatów szkodliwego wpływu rozproszenia emocjonalnego na poznanie, ze szczególnym uwzględnieniem pamięci roboczej (WM), oraz radzenia sobie z takim rozproszeniem 7,11, zarówno u zdrowych uczestników 8-11, jak i w grupach klinicznych 12-14.

Przedstawiamy protokół umożliwiający badanie mechanizmów neuronalnych pośredniczących w niekorzystnym wpływie emocji na funkcje poznawcze z wykorzystaniem funkcjonalnego obrazowania rezonansem magnetycznym. Protokół ten może być stosowany zarówno u zdrowych uczestników, jak i u osób z grup klinicznych.

Badanie obrazowania mózgu nad upośledzającym wpływem emocji na funkcje poznawcze

Emocje mogą wpływać na poznanie, wywierając zarówno oddziaływanie usprawniające (np. lepsza pamięć do zdarzeń emocjonalnych), jak i upośledzające (np. zwiększona emocjonalna ...

Ogólnym celem niniejszego protokołu eksperymentalnego jest zbadanie neuronalnych korelatów szkodliwego wpływu emocji na funkcje poznawcze, ze szczególnym uwzględnieniem procesów pamięci operacyjnej. Jest to realizowane poprzez rejestrację aktywności mózgu za pomocą fMRI, podczas gdy uczestnicy wykonują zadanie z pamięcią operacyjną z dystraktorem emocjonalnym prezentowanym w interwale opóźnienia między elementami do zapamiętania a próbami. Po opracowaniu podstawowego zadania z pamięcią operacyjną, dystraktory są dobierane zgodnie z celami badania i badaną populacją. Na przykład, jeśli nie są celowane konkretne emocje, można zastosować bodźce emocjonalne wywołujące ogólne reakcje emocjonalne, pozytywne lub negatywne.W przypadku ukierunkowania na efekty konkretnych emocji, takich jak strach, u zdrowych uczestników lub osób z grup klinicznych można zastosować dystraktory wywołujące lęk. Następnie analizowane są dane behawioralne oraz wyniki obrazowania mózgu, zebrane podczas wykonywania przez uczestników zadania z pamięcią roboczą w warunkach dystrakcji, aby zidentyfikować zróżnicowany wpływ dystrakcji emocjonalnej na sprawność pamięci roboczej oraz powiązane z tym korelaty neuronalne. Otrzymane wyniki wykazują wzorce aktywności mózgu związane ze szkodliwym wpływem dystrakcji emocjonalnej na sprawność pamięci roboczej, a także aktywność mózgu związaną ze zdolnością radzenia sobie z taką dystrakcją. Typowe ukierunkowane obszary mózgu obejmują regiony związane ze zdolnością do utrzymania koncentracji, które stanowią część tzw. grzbietowego wykonawczego systemu neuronalnego (tutaj zaznaczonego na niebiesko), oraz regiony zaangażowane w przetwarzanie emocji, które należą do brzusznego systemu afektywnego (zaznaczonego na czerwono).Implikacje tej techniki rozciągają się na zrozumienie i potencjalną diagnostykę zaburzeń lękowych, takich jak zespół stresu pourazowego, ponieważ pozwala ona na identyfikację zmian związanych z dysfunkcyjnymi reakcjami na rozproszenie emocjonalne. Główną zaletą tej techniki w stosunku do istniejących metod, takich jak te obejmujące jednoczesną prezentację informacji istotnych dla celu i niezwiązanego z zadaniem rozproszenia emocjonalnego, jest to, że pozwala ona na lepsze oddzielenie korelatów neuronalnych w odpowiedzi na rozproszenie emocjonalne od tych związanych z trwającymi procesami poznawczymi. Co więcej, paradygmat ten pozwala badać nie tylko neuronalne korelaty interferencji poznawczej, ale także neuronalne odpowiedzi związane z radzeniem sobie z rozproszeniem emocjonalnym.Podstawowym zadaniem w niniejszym protokole jest zadanie z pamięcią operacyjną z opóźnioną odpowiedzią, w którym nowe bodźce emocjonalne i nieemocjonalne są prezentowane jako nieistotne dla zadania dystraktory w odstępie czasu między bodźcami zapamiętywanymi a próbami.Należy zauważyć, że dystraktory emocjonalne i nieemocjonalne powinny być stosowane w różnych próbach. Ponadto, aby zwiększyć wpływ, zaleca się parowanie dystraktorów o podobnych właściwościach emocjonalnych i semantycznych. Dystraktory emocjonalne i neutralne w zaprezentowanym pierwotnym schemacie mogą zostać wybrane z międzynarodowego systemu obrazów (International Affective Picture System), jednak podobne efekty można uzyskać przy użyciu innych nowych bodźców, które są skuteczne jako dystraktory.Na przykład twarze z wyrazem gniewu mogą wywoływać specyficzne reakcje emocjonalne, takie jak lęk społeczny, a tym samym mogą być skuteczne w badaniu wpływu przejściowego rozproszenia wywołującego lęk na pamięć roboczą. Podobnie w przypadku uczestników klinicznych, takich jak pacjenci z zespołem stresu pourazowego, swoistość rozproszenia można zwiększyć poprzez prezentację bodźców związanych z traumą. Przykładem może być zastosowanie zdjęć związanych z walkami u weteranów wojennych z PTSD.Jeśli w celu zwiększenia oddziaływania wykorzystywane są wywołujące lęk bodźce twarzy, sugerujemy ich morphing, zgodnie z prezentacją, zamiast przedstawiania twarzy jako statycznych obrazów. Używając wybranego oprogramowania do prezentacji bodźców, skonfiguruj to zadanie jako projekt zależny od zdarzeń (event related design) z trzema twarzami w zadaniu pamięci roboczej, po których następują nowe dystraktory. Należy poinstruować uczestników, aby utrzymywali koncentrację na meranie, jednocześnie przetwarzając dystraktory, oraz aby udzielali szybkich i dokładnych odpowiedzi na pojedyncze próby z twarzą poprzez naciśnięcie przycisku odpowiedzi: jednego wskazującego na twarz starą lub zapamiętaną oraz drugiego wskazującego na twarz nową. Dodatkowo można wprowadzić manipulacje zwiększające czułość zadania pamięci roboczej w wykrywaniu różnic behawioralnych, takich jak ocena pewności uczestnika co do udzielonych odpowiedzi.Należy pamiętać, że na potrzeby ilustracyjne niniejszy przykład nie uwzględnia rzeczywistego czasu trwania zadania. Wreszcie trudność zadania z pamięcią roboczą można zmieniać poprzez manipulowanie obecnością kolorów i/lub dodatkowych cech twarzy w materiałach do zapamiętania, a także stopniem podobieństwa twarzy w momencie pojawienia się ich przed badanym. Należy upewnić się, że uzyskano pisemną świadomą zgodę oraz przeprowadzono badanie pod kątem bezpieczeństwa MRI.Należy również ocenić aktualny stan emocjonalny, a także cechy osobowości, takie jak lęk i reaktywność emocjonalna. Chciałbym, aby wypełnił Pan/Pani kilka kwestionariuszy oceniających obecny stan emocjonalny. Dobrze, powinno to zająć około 10 minut przed skanowaniem.Szczegółowo poinformuj uczestnika o procedurach skanowania i przekaż konkretne instrukcje dotyczące zadania behawioralnego, aby uniknąć dyskomfortu i zwiększyć stopień zapoznania z zadaniem. Następnie przeprowadź z uczestnikiem skróconą próbę treningową. Teraz wprowadź badanego do pomieszczenia skanowania i poleć mu położyć się na plecach na stole do skanowania.Zapewnij ochronniki słuchu oraz słuchawki izolacyjne do komunikacji podczas skanowania; wokół głowy umieść dodatkowe podkładki amortyzujące, aby zapewnić komfort podczas badania i zminimalizować ruchy. Ponadto, nielepka strona odcinka taśmy może zostać lekko owinięta wokół czoła uczestnika. Aby dodatkowo ograniczyć ruchy głowy, wygodnie ułóż prawą dłoń badanego na skrzynce odpowiedzi i upewnij się, że przyciski odpowiedzi działają prawidłowo.Umieść w pobliżu przycisk stopu awaryjnego, aby badany mógł zasygnalizować każdą pilną potrzebę przerwania pracy skanera, a na koniec upewnij się, że badany wyraźnie widzi projekcję ekranu służącą do prezentacji bodźców przed wprowadzeniem go lub jej do skanera. Następnie wykonaj obraz strukturalny o wysokiej rozdzielczości ważony T1, taki jak SPGR lub MP rage. W kolejnym kroku skonfiguruj serie funkcjonalne tak, aby zapewnić pełne pokrycie obszaru mózgu.W naszych wstępnych badaniach z wykorzystaniem skanera 4 Tesla pozyskaliśmy osiowe serie 30 przekrojów funkcjonalnych o rozmiarze woksela 4 × 4 × 4 mm, stosując odwróconą sekwencję impulsów spiralnych z następującymi parametrami: TR 2000 ms, TE 31 ms oraz pole widzenia 256 × 256 mm. Niedawno zaadaptowaliśmy również ten paradygmat do skanera 1,5 Tesla, stosując następujące parametry: 28 przekrojów funkcjonalnych o rozmiarze woksela 4 × 4 × 4 mm pozyskanych osiowo przy użyciu sekwencji Echo Planar oraz TR 2000 ms, TE 40 ms i pola widzenia 256 × 256 mm. Poinformuj badanego, że obrazowanie funkcjonalne zaraz się rozpocznie, i przypomnij mu lub jej o zadaniach. Uruchom skaner synchronicznie z paradygmatem. Po zakończeniu skanowania pomóż badanemu wyjść ze skanera i przeprowadź ocenę behawioralną w celu określenia wrażliwości uczestnika na dystraktory poprzez ocenę intensywności emocjonalnej dystraktorów oraz subiektywnie odczuwalnego stopnia rozproszenia uwagi przez te dystraktory. Różnice indywidualne w tych ocenach mogą być wykorzystane do zbadania ich wpływu na mechanizmy neuronalne pośredniczące w niekorzystnym działaniu emocji na funkcje poznawcze lub do zidentyfikowania obszarów mózgu zaangażowanych w radzenie sobie z rozproszeniem emocjonalnym.Na koniec należy podziękować badanemu za udział w eksperymencie. Zebrane dane można przeanalizować przy użyciu dowolnego pakietu oprogramowania do przetwarzania fMRI, takiego jak mapowanie parametryczne statystyczne, powszechnie znane jako SPM. W naszym laboratorium stosujemy to narzędzie w połączeniu z własnymi narzędziami opartymi na środowisku MATLAB.Przetwarzanie wstępne obejmuje typowe etapy: zapewnienie jakości, wyrównywanie obrazów, korekcję ruchu, korejestrację, normalizację oraz wygładzanie przestrzenne z jądrem o wielkości 8 mm. Przy użyciu SPM wdrażany jest ogólny model liniowy w celu oceny dopasowania zarejestrowanych danych z każdego badanego stanu do określonej funkcji odpowiedzi hemodynamicznej. Alternatywnie, dane z każdego stanu mogą być selektywnie uśredniane, aby przeanalizować surowy sygnał fMRI związany z każdym stanem, bez przyjętych założeń dotyczących kształtu funkcji odpowiedzi hemodynamicznej.Kontrasty obszarów zainteresowania ujawniają następnie zmiany w porównaniu z okresem przed bodźcem i linią bazową, a także różnice między jednym a drugim stanem. Przy zastosowaniu tego protokołu eksperymentalnego sugerujemy użycie narzędzi analitycznych umożliwiających ocenę zmian w sygnale fMRI w każdym punkcie czasowym, zarówno na poziomie indywidualnym, jak i grupowym. Analiza statystyczna obejmuje porównania aktywności mózgu w zależności od rodzaju dystraktora. Ponadto przeprowadzono analizę korelacji danych obrazowania mózgu z subiektywnymi lub obiektywnymi miernikami rozpraszalności oraz wynikami indeksowymi.Można również przeprowadzić pomiary osobowości, aby zbadać, w jaki sposób aktywność mózgu współwystępuje z różnicami indywidualnymi w tych pomiarach. Poniżej ilustrujemy podstawową procedurę identyfikacji relacji między mózgiem a zachowaniem, wykorzystując korelacje międzyosobnicze pomiędzy aktywnością mózgu a subiektywnymi ocenami rozpraszalności. W pierwszej kolejności dla każdego badanego oblicza się indywidualne wyniki rozpraszalności.Po drugie, ich korelacje ze zmianami aktywności mózgu są obliczane albo w oparciu o poszczególne woksele, albo z sygnału fMRI wyekstrahowanego z określonych obszarów zainteresowania (ROI). Po trzecie, następnie tworzone są wykresy rozrzutu tych korelacji. Analizy we wszystkich naszych badaniach z wykorzystaniem tego protokołu zazwyczaj obejmowały oceny zmian sygnału fMRI obserwowanych w interwale opóźnienia, w którym prezentowane są dystraktory, ale można również badać aktywność zsynchronizowaną czasowo z innymi zdarzeniami, takimi jak sondy. Przedstawiamy tutaj główne wyniki z naszego wstępnego badania z wykorzystaniem dystraktorów emocjonalnych i neutralnych wybranych z International Affective Picture System.Panel środkowy przedstawia mapy aktywacji wynikające z bezpośredniego kontrastu między warunkami najbardziej a najmniej rozpraszającymi, nałożone na obraz mózgu o wysokiej rozdzielczości w widoku bocznym prawej półkuli. Skupiono się na aktywności zarejestrowanej podczas interwału opóźnienia, w którym prezentowano dystraktory. Aktywność w grzbietowym wykonawczym systemie neuronalnym zaznaczono kolorem niebieskim, a aktywność w brzusznym systemie afektywnym kolorem czerwonym.Kolorowe poziome paski u dołu obrazu mózgu wskazują gradient wartości T map aktywacji. Panele boczne ilustrują przebiegi czasowe zmian w aktywności mózgu podczas zadania z pamięcią roboczą z dystraktorem, przy czym górne panele pokazują aktywność w grzbietowych obszarach wykonawczych, takich jak grzbietowo-boczna kora przedczołowa i boczna kora ciemieniowa, a dolne panele wykazują aktywność w obszarach brzusznego układu afektywnego, takich jak brzuszno-boczna kora przedczołowa, lub w obszarach podatnych na modulację afektywną, takich jak zakręt wrzecionowaty. Przebiegi czasowe w kolorze niebieskim reprezentują bezsensowny dystraktor (scrambled), przebiegi w kolorze czerwonym wskazują dystraktor emocjonalny, a przebiegi w kolorze żółtym reprezentują dystraktor neutralny w obecności bezsensownego dystraktora.Odnotowano utrzymującą się aktywność w obszarach grzbietowego systemu wykonawczego. Obecność dystraktorów emocjonalnych zwiększyła aktywność w obszarach brzusznego systemu afektywnego, jednocześnie zmniejszając aktywność w systemie grzbietowym i upośledzając wydajność pamięci roboczej zgodnie z wpływem behawioralnym; obecność dystraktorów neutralnych wywołała pośredni poziom aktywności w obu systemach. Ta dysocjacja grzbietowo-brzuszna została systematycznie powtórzona i wykazano, że jest ona specyficzna dla dystrakcji emocjonalnej.Ten paradygmat eksperymentalny pozwala również na identyfikację obszarów mózgu zaangażowanych w radzenie sobie z rozproszeniem emocjonalnym. Na przykład analizy korelacji między aktywnością w obszarach mózgu wrażliwych na obecność rozpraszaczy emocjonalnych pozwoliły zidentyfikować obszary w brzuszno-bocznej korze przedczołowej, których aktywność korelowała ujemnie ze wskaźnikami podatności na rozproszenie w przypadku rozpraszaczy emocjonalnych, ale nie neutralnych. Konkretnie, uczestnicy wykazujący większą aktywność w tym obszarze postrzegali i oceniali rozpraszacze emocjonalne jako mniej rozpraszające.Wyniki te stanowią dowód na rolę tego obszaru w radzeniu sobie z rozpraszającymi emocjami. Opracowanie tego paradygmatu otworzyło badaczom zajmującym się interakcjami między emocjami a poznaniem drogę do studiowania korelatów neuronalnych zarówno reagowania, jak i radzenia sobie z rozproszeniem emocjonalnym w populacjach zdrowych i klinicznych. Po obejrzeniu tego filmu powinni Państwo posiadać gruntowną wiedzę na temat wykorzystania tego protokołu do badania korelatów neuronalnych interferencji poznawczej wywołanej rozproszeniem emocjonalnym oraz sposobu jego adaptacji do własnych potrzeb eksperymentalnych.

brain-imaging-investigation-impairing-effect-emotion-on

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Neuronauka

Badanie obrazowe mózgu dotyczące negatywnego wpływu emocji na poznanie

Przedstawiamy protokół umożliwiający badanie neuronalnych korelatów przywoływania emocjonalnych wspomnień autobiograficznych z wykorzystaniem funkcjonalnego rezonansu magnetycznego. Protokół ten może być stosowany zarówno u zdrowych uczestników, jak i u pacjentów w grupach klinicznych.

Obrazowanie mózgu w badaniu neuronalnych korelatów emocjonalnych wspomnień autobiograficznych

Przedstawiamy protokół umożliwiający badanie neuronalnych korelacji świadomej i automatycznej regulacji emocji z wykorzystaniem funkcjonalnego obrazowania rezonansem magnetycznym. Protokół ten może być stosowany u zdrowych uczestników, zarówno młodych, jak i starszych, a także u pacjentów klinicznych.

Obrazowanie mózgu w badaniu neuronalnych korelatów regulacji emocji

Prezentujemy protokół wykorzystujący funkcjonalny rezonans magnetyczny do badania neuronalnych korelatów wzmacniającego pamięć efektu emocji. Protokół ten pozwala na identyfikację aktywności mózgu specyficznie powiązanej z procesami pamięciowymi, w przeciwieństwie do bardziej ogólnych procesów percepcyjnych, i może być stosowany w badaniach populacji zdrowej oraz klinicznej.

Badanie obrazowania mózgu w celu analizy efektu wzmacniającego pamięć przez emocje

Celem naszych badań jest powiązanie zachowania z aktywnością mózgu. Dokładne pomiary behawioralne i techniki obrazowania pozwalają nam wyjaśnić zależności między mózgiem a zachowaniem.

Korelacja reakcji behawioralnych z sygnałami fMRI z ludzkiej kory przedczołowej: badanie procesów poznawczych z wykorzystaniem analizy zadań

Emocjonalny efekt Stroopa (ESE) jest wynikiem dłuższych opóźnień w nadawaniu kolorów słowom emocjonalnym niż w przypadku słów neutralnych. Niniejszy raport odnosi się do potencjalnych źródeł zakłóceń i obejmuje eksperyment modalny, który zapewnia środki do ich kontroli.

Emocjonalne zadanie Stroopa: ocena sprawności poznawczej pod wpływem treści emocjonalnych

Ten artykuł opisuje, jak zaimplementować zestaw zadań behawioralnych do badania rozpoznawania emocji w izolowanych wyrazach twarzy i głosu, a także nowatorskie zadanie wykorzystujące komercyjne klipy telewizyjne i filmowe do oceny multimodalnego rozpoznawania emocji, które zawiera kontekstowe wskazówki.

Badanie wykorzystania izolowanych wyrażeń i klipów filmowych do oceny rozpoznawania emocji przez osoby z urazowym uszkodzeniem mózgu

Wprowadzamy protokół do badania neuronalnych korelatów zadania regulacji emocji poznawczych, a mianowicie ponownej oceny poznawczej, za pomocą funkcjonalnego rezonansu magnetycznego. Protokół ten był stosowany u pacjentów z zaburzeniami obsesyjno-kompulsywnymi i zdrowych osób z grupy kontrolnej, ale może być również stosowany w innych próbkach klinicznych.

Badanie neuronalnych korelatów ponownej oceny poznawczej w zaburzeniach obsesyjno-kompulsywnych za pomocą funkcjonalnego rezonansu magnetycznego opartego na zadaniach

W niniejszym artykule przedstawiono projekt eksperymentalny, w którym animowane postaci całego ciała są wykorzystywane w połączeniu z funkcjonalnym rezonansem magnetycznym (fMRI) do badania neuronalnych korelatów obserwowania wirtualnych interakcji społecznych.

Badanie obrazowania mózgu w celu analizy neuronalnych korelatów obserwowania wirtualnych interakcji społecznych

Konwencjonalny sprzęt komputerowy nie jest w stanie generować bodźców wizualnych o wystarczająco wysokiej rozdzielczości skali szarości ani mierzyć czasów reakcji z odpowiednią dokładnością. Opisujemy sposób wykorzystania urządzenia VideoSwitcher do tworzenia monochromatycznych wyświetlaczy o wysokiej rozdzielczości oraz RTbox do precyzyjnego pomiaru czasów reakcji przy użyciu standardowego sprzętu komputerowego.

Umożliwienie wyświetlania obrazów o wysokiej rozdzielczości poziomów szarości oraz dokładnych pomiarów czasu odpowiedzi na konwencjonalnych komputerach

Opisujemy nowatorskie podejście do jednoczesnej analizy funkcji i struktury mózgu z wykorzystaniem obrazowania rezonansem magnetycznym (MRI). Strukturę mózgu oceniamy za pomocą wysokorozdzielczego obrazowania dyfuzyjnego oraz traktografii włókien istoty białej. W przeciwieństwie do standardowego strukturalnego MRI, techniki te pozwalają nam bezpośrednio powiązać łączność anatomiczną z właściwościami funkcjonalnymi sieci mózgowych.

Współanaliza struktury i funkcji mózgu z wykorzystaniem fMRI oraz obrazowania dyfuzyjnego

Poznaj metodę fMRI badającą wpływ emocjonalnych rozpraszaczy na pamięć roboczą. Technika ta identyfikuje neuronalne korelaty upośledzenia poznawczego i mechanizmy radzenia sobie z emocjami w mózgu.

Badanie obrazowania mózgu nad upośledzającym wpływem emocji na funkcje poznawcze

Przeglądaj więcej filmów