Name: Obrazowanie funkcjonalne ze wzmocnieniem, śledzeniem wzroku i monitorowaniem fizjologicznym (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2008-11-13T00:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 47 s
Description: Poznaj metodę obrazowania fMRI w badaniu procesów decyzyjnych z wykorzystaniem wzmocnień pozytywnych i negatywnych. Technika obejmuje śledzenie wzroku oraz monitorowanie oddechu i tętna.

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

playerTrialDesktop

Finansowanie zapewnione przez NIMH, NARSAD oraz Gatsby Foundation.

Konfiguracja sprzętu
Pierwszym krokiem w przeprowadzaniu eksperymentu fMRI jest konfiguracja i sprawdzenie sprzętu.&nbsp; Kroki te można wykonywać w dowolnej kolejności.
Kondycjonowanie sygnału – Skaner znajduje się w pomieszczeniu ekranowanym elektrycznie i magnetycznie.&nbsp; 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.&nbsp; Skierowany w stronę oka wywołuje reakcję unikową, ale nie powoduje urazów.&nbsp; Regulator ciśnienia (WPI Pneumatic PicoPump) jest podłączony do źródła sprężonego powietrza, którym może być butla z powietrzem, choć w naszej procedurze wykorzystujemy instalację zakładową.&nbsp; Ciśnienie jest ustawione na 30 psi.&nbsp; Czas jest dostosowany tak, aby podmuch trwał 50 msec. Zawór elektromagnetyczny jest sterowany sygnałem komputerowym.&nbsp; Powietrze z regulatora ciśnienia jest dostarczane do badanego za pomocą plastikowej rurki (Tygon) o średnicy 1/6 cala.&nbsp; Ważne jest, aby rurka nie była zbyt długa, w przeciwnym razie wystąpi opóźnienie między otwarciem zaworu elektromagnetycznego a dotarciem sprężonego powietrza do końca rurki.&nbsp; 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.&nbsp; Dozownik soku składa się z rezerwuaru, sterowanego komputerowo zaworu elektromagnetycznego oraz długiej rurki, która dostarcza sok do badanego.&nbsp; Wszystkie komponenty elektroniczne znajdują się poza pomieszczeniem skanera, dzięki czemu nie wprowadzają artefaktów do sygnału MR.&nbsp; Dozownik soku (Crist Instruments) jest płukany dwukrotnie poprzez napełnienie rezerwuaru i otwarcie zaworu elektromagnetycznego.&nbsp; Następnie jest on napełniany wybranym przez badanego napojem.&nbsp; Przed skanowaniem system jest testowany poprzez uruchomienie programu, który generuje sekwencję impulsów testowych, w wyniku czego do badanego dostarczanych jest kilka kropel soku.&nbsp; Badany potwierdza prawidłowy przepływ soku.
Rynienka zgryzowa – Ruchy głowy generują liczne artefakty w obrazach fMRI.&nbsp; W niniejszym eksperymencie badani otrzymują podmuchy powietrza, które mogą wywołać ruchy odruchowe, oraz sok, który wymaga przełykania.&nbsp; Aby zminimalizować ruchy głowy, do jej stabilizacji wykorzystuje się rynienkę zgryzową.&nbsp; Rynienka zgryzowa jest przymocowana do cewki głowowej RF.&nbsp; Każdy badany posiada dopasowany indywidualnie ustnik wykonany z materiału termoplastycznego.
Pulsoksymetr – fMRI mierzy utlenowanie krwi (BOLD).&nbsp; Utlenowanie krwi w mózgu może zależeć od aktywności neuronalnej, ale może być również wpływane przez tętno.&nbsp; Aby zmierzyć zmiany w utlenowaniu związane z cyklem pracy serca, używamy pulsoksymetru do pomiaru utlenowania krwi w opuszce palca za pomocą czujnika podczerwieni.&nbsp; 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.&nbsp; 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.&nbsp; Ruchy oczu wpływają na pozycję bodźców wzrokowych na siatkówce, co z kolei oddziałuje na odpowiedzi wzrokowe w mózgu.&nbsp; Ruchy gałek ocznych mogą być również wykorzystywane jako sposób komunikacji badanego w celu wskazania odpowiedzi behawioralnej.&nbsp; Do śledzenia ruchu oczu stosujemy metodę zwaną „podczerwoną wideookulografią”.&nbsp; W tej metodzie do śledzenia źrenicy wykorzystywana jest kamera podczerwona.&nbsp; Emiter podczerwieni oraz kamera są wbudowane w parę specjalnie zaprojektowanych gogli.&nbsp; Są to te same gogle, które służą do stymulacji wzrokowej.&nbsp; 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&nbsp;
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.&nbsp; 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.&nbsp;
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.&nbsp; 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.&nbsp; 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).&nbsp; Badany w tej fazie po prostu leży nieruchomo.

obrazowanie funkcjonalne z wykorzystaniem wzmocnienia, eyetrackingu i monitorowania fizjologicznego

Functional Imaging with Reinforcement, Eyetracking, and Physiological Monitoring

Wykorzystujemy funkcjonalne obrazowanie mózgu (fMRI) do badania obwodów neuronalnych leżących u podstaw procesów podejmowania decyzji. Aby zrozumieć, w jaki sposób wyniki wpływają na procesy decyzyjne, proste zadania percepcyjne łączy się z wzmocnieniem apetycyjnym i awersyjnym. Jednak stosowanie wzmocnień, takich jak sok i podmuchy powietrza, może stwarzać problemy w badaniach fMRI. Podawanie wzmocnienia może powodować ruch głowy, co generuje artefakty w sygnale fMRI. Wzmocnienie może prowadzić również do zmian częstości akcji serca i oddychania, które są pośredniczone przez szlaki autonomiczne. Zmiany w rytmie serca i oddychaniu mogą bezpośrednio wpływać na sygnał fMRI (BOLD) w mózgu i mogą być mylone ze zmianami sygnału wynikającymi z aktywności neuronalnej. W niniejszej prezentacji przedstawiamy metody kontrolowanego podawania wzmocnień, stabilizacji głowy oraz pomiaru tętna i oddychania.

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.

Obrazowanie funkcjonalne z wykorzystaniem wzmocnienia, eyetrackingu i monitorowania fizjologicznego

Wykorzystujemy funkcjonalne obrazowanie mózgu (fMRI) do badania obwodów neuronalnych leżących u podstaw procesów podejmowania decyzji. Aby zrozumieć, w jaki sposób wyniki wpływają na procesy decyzyjne, ...

Niniejszy samouczek przedstawia metodę badania mechanizmu wzmocnienia z wykorzystaniem funkcjonalnego obrazowania mózgu, czyli fMRI. W tym protokole badani poddawani są obrazowaniu funkcjonalnemu podczas wykonywania zadania decyzyjnego opartego na bodźcach wizualnych, które są wzmacniane za pomocą stymulacji w postaci nagradzającego soku, awersyjnego podmuchu powietrza lub neutralnego sygnału dźwiękowego, dostarczanych przez gogle kompatybilne ze skanerem. Badani muszą zdecydować, czy grupa kropek porusza się szybko, czy powoli.Monitorowane są również ruchy gałek ocznych oraz reakcje fizjologiczne, takie jak oddychanie i tętno. Cześć, jestem Jack Grin Band z laboratorium Vince'a Ferrery i Joy Hirsch w Katedrze Neuronauki na Uniwersytecie Columbia, a ja jestem Franco Past, również z laboratorium tutaj na Uniwersytecie Columbia.Dzisiaj przedstawimy procedurę obrazowania funkcjonalnego z wzmocnieniem behawioralnym, monitorowaniem fizjologicznym oraz śledzeniem ruchu gałek ocznych. Stosujemy tę procedurę w naszym laboratorium do badania procesów podejmowania decyzji w warunkach wzmocnienia pozytywnego i negatywnego. Zatem zacznijmy.Pierwsze kroki w przeprowadzeniu eksperymentu FMR obej

functional-imaging-with-reinforcement-eyetracking-physiological

Research

JoVE Journal

Biology

Biologia

Obrazowanie funkcjonalne ze wzmocnieniem, śledzeniem wzroku i monitorowaniem fizjologicznym

Monitorowanie ruchów gałek ocznych (lub eyetracking) pozwala określić, w których obszarach przestrzeni wzrok zatrzymuje się, kiedy i na jak długo. W niniejszym materiale demonstrujemy, w jaki sposób eyetracking może być wykorzystany do badania sprawności pamięci w wielu grupach uczestników, bez konieczności uzyskiwania raportów werbalnych lub innych form jawnych odpowiedzi.

Monitorowanie ruchów gałek ocznych w badaniach pamięci

Opisano procedury rejestracji danych EEG o wysokiej gęstości oraz danych o kierunku spojrzenia podczas zadań poznawczych opartych na grach komputerowych. Wykorzystanie gry wideo do prezentacji zadań poznawczych zwiększa trafność ekologiczną bez utraty kontroli eksperymentalnej.

Łączenie eksperymentów behawioralnych opartych na grach komputerowych z wysokogęstościowym EEG i podczerwienią do śledzenia spojrzenia

Film demonstruje test do identyfikacji neuronów selektywnych poprzez jednoczesne śledzenie ruchu gałek ocznych i zapisy pojedynczych neuronów. Ludzki uczestnik ma za zadanie zidentyfikować obiekt docelowy spośród szeregu obiektów na wyświetlaczu, a ruch gałek ocznych jest śledzony. Jednocześnie szybkość odpalania pojedynczych neuronów jest rejestrowana przez elektrody wszczepione do mózgu. Dane z obu nagrań są skorelowane w celu oceny obecności neuronów selektywnych wobec celu.

Jednoczesne śledzenie ruchu gałek ocznych i rejestracja pojedynczych neuronów w celu identyfikacji neuronów selektywnych

Monitorowanie aktywności mózgu podczas wykonywania zadań motorycznych w pozycji pionowej jest bardzo przydatne podczas badania neuronalnego źródła zaburzeń ruchowych. Tutaj demonstrujemy protokół, który łączy funkcjonalną spektroskopię w bliskiej podczerwieni z ciągłym monitorowaniem aktywności mięśniowej i kinematycznej podczas 4 rodzajów zadań motorycznych.

Funkcjonalna spektroskopia w bliskiej podczerwieni czuciowych i ruchowych obszarów mózgu z jednoczesnym monitorowaniem kinematycznym i EMG podczas zadań motorycznych

Metoda obrazowania multimodalnego EEG-fMRI, znana jako metoda obrazowania źródła EEG ograniczona czasoprzestrzennie za pomocą fMRI, jest opisana tutaj. Przedstawiona metoda wykorzystuje warunkowo aktywne submapy fMRI lub wcześniejsze mapy, aby pokierować lokalizacją źródła EEG w sposób, który poprawia specyficzność przestrzenną i ogranicza błędne wyniki.

Jednoczesny zapis EEG i funkcjonalny rezonans magnetyczny oraz analiza integracji w celu dynamicznego obrazowania aktywności kory mózgowej

Prezentujemy wykrywanie, akwizycję i analizę wskaźników mrugania oczami podczas oglądania treści multimedialnych.

Wykorzystanie pomiarów elektroencefalograficznych i wysokiej jakości nagrań wideo do analizy wizualnej percepcji treści medialnych

Opisujemy metodę przeprowadzania nagrań pojedynczych neuronów z jednoczesnym śledzeniem ruchu gałek ocznych u ludzi. Pokazujemy użyteczność tej metody i ilustrujemy, w jaki sposób wykorzystaliśmy to podejście do uzyskania neuronów w ludzkim przyśrodkowym płacie skroniowym, które kodują cele wyszukiwania wzrokowego.

Jednoczesne śledzenie ruchu gałek ocznych i zapisy pojedynczych neuronów u pacjentów z padaczką u ludzi

Obecny protokół opisuje, jak wykonywać równoczesne zapisy EEG i fNIRS oraz jak sprawdzić związek między danymi EEG i fNIRS.

Prowadzenie jednoczesnych zapisów elektroencefalografii i funkcjonalnej spektroskopii bliskiej podczerwieni z zadaniem Flankera

Protokół jednoczesnego rejestrowania zachowań wzrokowo-ruchowych i aktywności mózgu podczas standardowych papierowych testów poznawczych z użyciem tabletu kompatybilnego z MRI oraz technologii monitorowania oczu oraz funkcjonalnego MRI, mający na celu poprawę stosowania takich testów. Wstępne wyniki przedstawiane są od młodego, zdrowego dorosłego wykonującego test Trail-Building.

Ocena testów poznania za pomocą komputerowego tabletu dotykowego, śledzenie oczu oraz funkcjonalne obrazowanie rezonansu magnetycznego

W celu oceny nowych terapii komórkami macierzystymi istotne jest nieinwazyjne śledzenie wstrzykniętych komórek in vivo. W tym filmie dowiedzą się Państwo, jak znakować ludzkie mezenchymalne i embrionalne komórki macierzyste za pomocą środków kontrastowych opartych na tlenku żelaza w celu późniejszego obrazowania MR in vivo.

Znakowanie hESC i hMSC nanocząsteczkami tlenku żelaza w celu nieinwazyjnego śledzenia in vivo za pomocą obrazowania MR

Poznaj metodę obrazowania fMRI w badaniu procesów decyzyjnych z wykorzystaniem wzmocnień pozytywnych i negatywnych. Technika obejmuje śledzenie wzroku oraz monitorowanie oddechu i tętna.

Obrazowanie funkcjonalne z wykorzystaniem wzmocnienia, eyetrackingu i monitorowania fizjologicznego

Przeglądaj więcej filmów