Correlacionando as respostas comportamentais aos sinais de fMRI córtex pré-frontal humano: Examinando Processos Cognitivos Usando Análise de Tarefa

O objetivo geral do experimento a seguir é estudar os sinais de RNM relacionados às respostas atencionais a estímulos visuais. Isso é alcançado por meio da aquisição de imagens de sujeitos enquanto eles atendem a estímulos do teste de Stroop emocional. Ao mesmo tempo, são registradas as respostas de pressionar um botão diante dos estímulos, que constituem a medida do comportamento que será correlacionada aos sinais cerebrais.

Além disso, os movimentos oculares do sujeito são registrados por meio de um rastreador ocular dentro do scanner, a fim de obter uma medida da seleção atencional. São obtidos resultados que mostram a ativação do giro frontal inferior com base na análise das correlações entre o comportamento e o sinal de FMRI durante a tarefa de resposta ao estímulo. A principal vantagem desta técnica em relação a outras, como a tomografia por emissão de pósitrons, é que os sujeitos podem ser escaneados por até duas horas.

Este sistema nos ajuda a compreender um pouco mais sobre a inibição do córtex frontal. A disfunção deste sistema está implicada em diversas neuropatologias, como o TDAH e a síndrome de Tourette. Antes de iniciar este experimento, os participantes em potencial devem preencher um formulário de consentimento para o estudo, bem como um questionário padrão de triagem para ressonância magnética.

Quaisquer contraindicações para ressonância magnética devem ser excluídas. Após a conclusão da documentação, forneça ao sujeito uma sessão de treinamento sobre a tarefa antis. Aqui, uma fixação verde indica um ensaio pró-segundo.

Instrua o participante a olhar para o alvo que aparece na periferia da tela em um ângulo visual de oito a 10 graus. Uma fixação vermelha indica um ensaio antisaccade COD; instrua o participante a olhar no espelho na direção oposta ao alvo que aparece na periferia da tela, novamente em um ângulo visual de oito a 10 graus. Por exemplo, se um alvo à direita aparecer, o sujeito deverá olhar para a esquerda.

Em seguida, forneça treinamento para a tarefa do stroop emocional. Este é um paradigma pseudo relacionado a eventos no qual palavras descritivas indicando as expressões são sobrepostas a imagens de rostos individuais. As palavras são congruentes ou incongruentes com a emoção representada pelo rosto.

Na imagem, oriente os participantes sobre quais botões devem ser pressionados para indicar uma expressão ou palavra feliz, uma expressão ou palavra neutra ou uma expressão ou palavra triste. A tarefa deve começar com uma tela de instrução escrita de um segundo, lembrando aos participantes que devem indicar a expressão facial ou a palavra escrita pressionando o botão correspondente o mais rapidamente possível. Isso é seguido por um segundo de cruz de fixação, depois pelos estímulos faciais por 250 milissegundos e, em seguida, por uma imagem de resposta por dois segundos.

A imagem de resposta serve para dar aos participantes tempo para relatar suas respostas. A próxima apresentação visual da cruz de fixação começa após o término da imagem de resposta. Inclua 15 tentativas de prática com diferentes combinações de expressões faciais e palavras.

Para começar, prepare-se para a aquisição de imagens. Primeiro, ligue um projetor digital para exibir o estímulo do computador como uma imagem nítida em uma tela localizada dentro do orifício do aparelho de ressonância magnética. Em seguida, leve o participante até a sala do escâner e forneça protetores auriculares e fones de ouvido para garantir a proteção auditiva.

Peça ao sujeito que deite em decúbito dorsal e posicione a cabeça no centro do Head.Coil.Cradle. Estabilize a posição do corpo e da cabeça do participante com travesseiros ou suportes de espuma para proporcionar conforto, ao mesmo tempo que restringe o movimento da cabeça. Em seguida, posicione a bobina de cabeça.

Em seguida, peça ao participante que incline a cabeça confortavelmente enquanto olha diretamente para frente, visualizando o espelho que reflete a imagem projetada; os olhos devem estar o mais próximo possível da posição primária, a fim de manter o conforto do participante durante a sessão de varredura, que pode durar até duas horas. Pergunte ao participante se a imagem projetada está nítida. Caso não esteja nítida, reajuste a lente para melhorar a clareza da imagem.

Em seguida, calibre o rastreador ocular para garantir que a câmera de infravermelho esteja na posição correta. Se o reflexo na córnea não for ideal, a fonte de infravermelho deve ser ajustada ou o espelho que reflete a fonte de infravermelho próximo à posição da cabeça do participante deve ser realinhado. Além disso, pergunte ao sujeito se mais almofadas de espuma ou travesseiros são necessários para manter essa posição.

Uma vez concluída a configuração do equipamento, coloque uma bola de emergência para apertar na mão direita do participante e a caixa de resposta na mão esquerda. Coloque também uma cápsula de vitamina E no lado direito dos fones de ouvido, pois ela será visível nas imagens anatômicas e pode ajudar a garantir que as imagens não estejam invertidas da esquerda para a direita. Por fim, eleve e deslize a maca para o centro do MRI.

Uma vez na sala de controle, use o interfone para confirmar que o participante está pronto para iniciar a sessão de aquisição de imagens e está o mais confortável possível. Além disso, lembre o participante de que os ruídos do scanner serão intensos. Inicie adquirindo uma varredura localizadora.

Em seguida, prescreva uma série de cortes anatômicos que cubram todo o cérebro. Geralmente, devem ser utilizados cortes axiais oblíquos. Informe o participante sobre a duração esperada do exame anatômico.

Isso pode levar cerca de seis a dez minutos, dependendo do número prescrito de cortes. Alternativamente, a aquisição da varredura anatômica pode ser realizada após as varreduras funcionais. Após a conclusão das varreduras anatômicas, prescreva uma sequência funcional e lembre o participante das instruções da tarefa para o paradigma de Stroop.

Em seguida, inicie simultaneamente o scanner e o paradigma, registrando todas as pressões dos botões. Certifique-se de monitorar e registrar as posições horizontais e verticais dos olhos do participante utilizando o rastreador ocular por infravermelho, para que esses dados possam ser correlacionados com o paradigma comportamental. A seguir, instrua o participante de que o paradigma anti-Scho será realizado durante o próximo scan.

Em seguida, inicie a aquisição com o paradigma sincronizado. Dependendo dos parâmetros de imagem escolhidos, a aquisição terá duração próxima a seis minutos. Evite aquisições mais longas, pois os sujeitos podem adormecer.

Toda esta sessão de aquisição de imagens pode levar de 60 a 120 minutos, dependendo do tempo necessário para a configuração, ajustes específicos do sujeito e número de varreduras funcionais exigidas para a análise. Os dados obtidos a partir deste experimento podem ser analisados usando qualquer pacote de análise de FMRI, como brain voyage ou qx. Conforme mostrado aqui.

A acne ou o SPM são outros programas de análise de FMRI comumente utilizados. Os mapas estatísticos derivados dos dados funcionais devem ser sobrepostos às imagens anatômicas do cérebro. Para isso, primeiro, utilize o modelo linear geral ou GLM para definir funcionalmente as regiões cerebrais de interesse com preditores separados para cada uma das condições da tarefa.

Durante os dois tipos de exames, utilize os seguintes preditores: instrução de face congruente e incongruente e instrução de palavra congruente e incongruente, antis, secod e pros secod. Em seguida, examine a intensidade do sinal em todas as regiões frontais ativadas a partir dos contrastes GLM. Depois, calcule o sinal BOLD padronizado em todos os participantes e compare a expressão facial com palavra incongruente com as faces com palavra congruente.

As expressões para ambas as condições correlacionam, por fim, os tempos de reação coletados nos ensaios que foram utilizados para. Os GMs correlacionam então a atividade cerebral em cada indivíduo com seus próprios tempos de reação para os ensaios específicos. A imagem exibida aqui mostra o giro frontal inferior esquerdo, ou IFG, que foi localizado funcionalmente utilizando o contraste entre o stroop emocional incongruente e a condição congruente.

Durante o conjunto de instruções de atenção à palavra. Aqui observamos que, quando a expressão facial era incongruente com a palavra emocional sobreposta, a incongruência resultante da leitura da palavra escrita produziu maior intensidade do sinal BOLD. À esquerda, expressões incongruentes do GFI esquerdo apresentaram alteração significativamente maior no sinal BOLD em comparação com as expressões congruentes.

Durante a instrução de atenção à palavra, o contraste incongruente congruente mostrou uma correlação positiva entre os tempos de reação e a intensidade do sinal bold. Este gráfico é uma média dos tempos de reação e do sinal bold de 10 sujeitos durante cada uma das seis condições. Aqui, a linha superior é uma ilustração esquemática de uma sequência de ensaio de um bloco de ensaios.

A seção inferior é uma representação da função de resposta hemodinâmica gama dupla utilizada para identificar regiões cerebrais envolvidas nas expressões faciais emocionais. Ao realizar este procedimento, é importante lembrar-se de verificar o estado do sujeito entre os exames e lembrá-lo para permanecer o mais imóvel possível, a fim de reduzir artefatos de movimento após este procedimento. Outras técnicas, como a biografia magnética, podem ser utilizadas para examinar os efeitos temporais no giro frontal inferior.