Name: Transferência de tarefas cognitivas entre o cérebro métodos de imagem: Implicações para o Projeto Tarefa e interpretação dos resultados em estudos de fMRI (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-09-22T14:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 9 s
Description: Aprenda a projetar tarefas de oddball visual para estudos de fMRI, demonstrando como o design experimental influencia padrões de ativação BOLD e a interpretação de processos cognitivos e motores.

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

NOTA: O protocolo do estudo foi aprovado pelos Seres Humanos locais revisão do Conselho de Administração da RWTH Aachen University e foi realizado em conformidade com a Declaração de Helsinki. 1. tarefa de design <ol><li> Escolha uma tarefa apropriada para investigar a construção cognitiva / psicológica de interesse. Use a tarefa excêntrico visual (Figura 1) para medir as respostas de detecção de alvo e os efeitos da atenção na detecção de alvos. Isto permite a investigação da influência de manipulações de tarefas em dados de ressonância magnética funcional. </li><li> Use três versões da tarefa excêntrico. <ol><li> Versão passiva: Peça ao indivíduo para observar os estímulos visuais. Não detectar qualquer resposta. </li><li> Versão contagem silenciosa: Peça ao indivíduo para contar os estímulos-alvo. Esta tarefa exige dirigir a atenção em relação a esses estímulos e um processo exigente. </li><li> Responda versão: Peça ao indivíduo para empurrar um botão de resposta ao ver um taestímulo rget. Esta tarefa requer atenção, processos de discriminação e seleção / produção de uma resposta a estímulos alvo. </li></ol></li><li> Considere o número apropriado de ensaios necessários para uma resposta vigorosa. A relação sinal-ruído nas medições de fMRI é relativamente baixo e requer um número de respostas para a média, a fim de investigar os efeitos de juros de 9. Isso depende da modalidade de tarefas e estímulo utilizado. 200 ensaios são usados ​​nesta tarefa, dos quais 40 são ensaios alvo são suficientes para induzir uma resposta robusta. </li><li> Determinar os prazos para a seqüência de estímulos. O momento de estímulos é fundamental em um estudo de fMRI para apreciação de taxa de apresentação de 10. Considere a resposta de atraso hemodinâmica entre o início do estímulo e da resposta do cérebro medido (Figura 2). <ol><li> Manter o equilíbrio entre a obtenção de estímulos suficientes em uma quantidade razoável de tempo e permitir a amostragem suficiente dos res hemodinâmicosponse para cada estímulo, incluindo o retorno à linha de base. Baixe, instale e execute software optseq. Execute optseq para distribuir de forma otimizada as provas em todo o experimento com base no número de tentativas, duração do estímulo e parâmetros de verificação (tempo de repetição e número de volumes). </li></ol></li><li> Implementar o fim dos estímulos (previamente determinado) em um programa adequado para apresentar o paradigma para o tema. <ol><li> Especifique todas as informações relevantes para o paradigma em termos de tipo de estímulos, o calendário e as respostas. OBSERVAÇÃO: A programação detalhes não são apresentados aqui, porque cada paradigma terá requisitos diferentes como diferentes pacotes de software vontade. </li></ol></li><li> Configure o programa que vai entregar o paradigma experimental de modo que ele vai começar com um gatilho do scanner. Isso permite a sincronização dos dados adquiridos e a seqüência de estímulos apresentados. </li></ol> 2 Configuração Experimental Ambiente <ol><li> Prepare sala de scanner. Conecte a parte inferior da bobina de cabeça correta para o scanner. Coloque as tampas de protecção limpos na mesa do scanner e almofadas. </li><li> Use um dispositivo de exibição para apresentar o paradigma experimental para o assunto e registrar as respostas usando um dispositivo de mão. Desligue o dispositivo de exibição e um dispositivo de mão &quot;on&quot;. </li><li> Inicie o software que vai entregar o paradigma experimental e fornecer um nome para o arquivo de log. O arquivo de log contém informações sobre o calendário dos estímulos e das respostas dadas pelo sujeito. Use essas informações para analisar os dados. </li><li> Registre o assunto no banco de dados do scanner MR. Gravar dados utilizando um número de identificação único. Não guarde o nome do sujeito com os dados para garantir a privacidade. </li><li> Certifique-se de que as seqüências de RM para serem executados são configurado e pronto. Use as seguintes sequências: um localizador digitalizar para obter a posição da cabeça dos sujeitos no interior da bobina, uma seqüência de EPI para o fuimaging nctional e MPRAGE para uma varredura estrutural alta resolução. </li></ol> 3. Assunto de chegada e entrada para Scanner <ol><li> Tela o assunto para contra-indicações com ressonância magnética antes do experimento (por exemplo, durante o processo de recrutamento). <ol><li> Fornecer instruções de segurança MR antes da digitalização. Realizar a triagem de indivíduos (por pessoal qualificado). Garantir a segurança dos sujeitos. Certifique-se de que eles não têm metal em seu corpo, não têm dispositivos como marca-passos e não atender a quaisquer outros critérios de exclusão. </li></ol></li><li> Após a chegada dos sujeitos verificar o questionário de triagem e confirme a compatibilidade antes de prosseguir. </li><li> Explique o procedimento experimental para o assunto e oferecer a oportunidade de fazer perguntas. Peça ao sujeito para assinar os formulários de consentimento e de protecção de dados. </li><li> Se o experimento envolve tarefas complexas que exigem uma formação recomenda-se que o sujeito realiza uma prática executada antes de going no scanner. </li><li> Certifique-se de que o tema é livre de metal, sem qualquer moedas, cinto, relógio e jóias. Uma vez confirmada, deixar o assunto em sala de scanner. </li><li> Peça à pessoa para sentar-se na mesa do scanner usando protetores de ouvido. Os tampões utilizados aqui fornecer proteção contra o ruído do scanner durante a digitalização e também permitir que o investigador se comunicar diretamente com o tema da sala de controle. Em algumas instalações de fones de ouvido são usados ​​para a comunicação com o assunto. </li><li> Peça ao indivíduo para se deitar na mesa do scanner. Ofereça o assunto uma almofada para ir sob os joelhos para reduzir a dor nas costas. O conforto do assunto é importante para o seu bem-estar e qualidade de dados. Movimento resultante de desconforto vai ter um impacto negativo sobre os dados de imagem e distração causada pelo desconforto vai influenciar o desempenho da tarefa. </li><li> Coloque a parte superior da bobina de cabeça por cima da cabeça do sujeito e conecte os conectores. Posicione o motivo217; s cabeça apropriadamente na cabeça da bobina. Alinhe o pequeno marcador na bobina de cabeça ao longo sobrancelhas dos sujeitos. Verifique se o objeto está deitado em linha reta e confortável. A superfície da bobina não deve tocar na face (por exemplo, pressionando sobre o nariz). </li><li> Proteja a cabeça do sujeito com pequenas almofadas para minimizar os movimentos da cabeça durante a digitalização. Os movimentos da cabeça têm impacto negativo sobre a qualidade dos dados. </li><li> Colocar um espelho em cima da bobina de cabeça para o assunto ver o paradigma experimental apresentado no ecrã atrás. Verifique se o objeto pode ver a tela inteira. Mova o espelho montado de acordo com a posição do sujeito. Indivíduos com óculos devem usar óculos compatíveis MR. A maioria dos centros de pesquisa de ressonância magnética têm lentes ou óculos compatíveis. Neste caso, a montagem de lentes compatíveis MR sobre a armação que sustenta o espelho. Determine a força lente apropriada antes do sujeito entra na sala do scanner. </li><li> Distribua o assunto um botão de chamada de emergência to interromper a verificação, se necessário. Certifique-se que o sujeito sabe onde o botão é eo que eles podem facilmente alcançá-lo. </li><li> Mover o objecto para a entrada do orifício do scanner. Peça à pessoa para fechar os olhos durante este procedimento. Alinhar a luz com as pequenas marcas na bobina de cabeça para definir a posição correcta. </li><li> Mova o objeto para dentro do furo do scanner até que o visor &quot;0 mm». Isto significa que a cabeça do sujeito está no isocentro do scanner. </li><li> Distribua o tema do dispositivo de resposta. </li></ol> 4 Procedimento Experimental <ol><li> Verifique se o objeto pode ouvir o experimentador através do intercomunicador e que o assunto é confortável e pronto para começar. </li><li> Execute uma varredura localizador para obter a posição da cabeça do sujeito no scanner. Utilizar esta a posição do campo de vista de todas as medições para determinar as restantes partes do cérebro a ser medido. </li><li> Primeira perform uma verificação estrutural de alta resolução. Abra o MPRAGE seqüência / programa e posicionar o campo de visão. Certifique-se de cabeça de todo o assunto está dentro do campo de visão. Parâmetros MP-Rage: TR / TE = 2,250 / 3,03 ms, ângulo de inclinação = 9 °, 176 fatias sagital, FOV 256 x 256 mm, matriz de 64 x 64, tamanho voxel 1 x 1 x 1 mm). </li><li> Deixe o assunto sabe que a digitalização vai começar e, em seguida, começar a medição. </li><li> Realizar exame de ressonância magnética funcional. <ol><li> Abra a sequência EPI no computador do scanner e alinhar o campo de visão para cobrir todo o cérebro. Parâmetros PAV: 33 fatias, espessura de corte 3 mm, FOV 200 x 200 mm, 64 x 64 matriz, tempo de repetição 2.000 ms, tempo de eco 30 ms, flip angle 79 °. </li><li> Execute uma medição único teste volume. Certifique-se de que o conjunto (ou tanto quanto possível) de cérebro do sujeito está contido dentro do campo de visão. NOTA: Os indivíduos têm diferentes formatos e tamanhos de cabeças (e cérebros). Assim, de forma óptima a posição da área devisualizar para cada sujeito. </li><li> Copiar a sequência de ressonância magnética de modo que o campo de visão mantém-se posicionado ao mesmo para a próxima medição. Digite o número de volumes necessários para a medição, 304 nesse caso. </li><li> Verifique se o software apresentar o paradigma está à espera de um gatilho do scanner. O paradigma não vai começar sem um gatilho a partir do scanner para que possa ser carregado e configurado para esperar. </li><li> Informe o assunto que o experimento está prestes a começar. Inicie a medição. </li><li> Verificar que o software apresentando o paradigma se inicia no momento apropriado (ou seja, que possa ser desencadeada pelo scanner). </li><li> Realize três versões da tarefa excêntrico. Passiva, Contagem e responder. </li><li> Fale com o assunto entre corridas para tranquilizar as populações. Garantir o seu conforto. Pergunte se permitir o seu tema para continuar com o estudo. Instrua o tema da próxima tarefa. </li><li> Primeiro execute o c passivaondition para garantir a verdadeira visualização passiva, sem conhecimento de que os estímulos-alvo são, de facto alvo estímulos. Contrabalançar o fim da contagem e responder condições entre os indivíduos para evitar efeitos de ordem. </li></ol></li></ol> 5. final do experimento <ol><li> Informe o assunto que o experimento está acabado entrar na sala de scanner. </li><li> Deslize o assunto fora do scanner. </li><li> Remover bobina de cabeça e almofadas. </li><li> Peça à pessoa para sentar-se lentamente. Uma vez que eles são confortáveis, o sujeito pode se levantar e sair da sala de scanner. </li><li> Administrar qualquer questionários / papelada que precisa ser concluída após o experimento </li><li> Discuta o assunto: proporcionar o assunto com uma explicação sobre os objetivos e finalidades do estudo, se este não era plenamente possível antes do experimento e oferecer a oportunidade de fazer perguntas </li></ol> Análise de Dados 6. <ol><li> Use um pacote de software que é adequado para analyzing dados de fMRI. Realizar análise de primeiro nível de dados para cada tema e cada condição separadamente. NOTA: Use o Software Library FMRIB (FSL) para análise de dados de fMRI. </li><li> Aplique as etapas de pré-processamento padrão para preparar os dados para análise posterior. NOTA: Aplicar os seguintes passos: correção de movimento, fatia de timing de correção, coregistration de dados estruturais e funcionais, de alisamento espacial, filtro temporal passa alta, de normalização do indivíduo no espaço padrão (por exemplo, MNI). Encontre um resumo dessas etapas fMRI livros didáticos Huettel et al, (2008) 9 e Jezzard et al, (2001) 11. Informações específicas sobre como realizar as etapas de pré-processamento está disponível no site e na documentação de apoio para cada pacote de software individual. </li><li> Para a análise estatística especificar os horários de início e duração de todos os eventos. Estes são denominados variáveis ​​explicativas (SVE), ou regressores. </li><li> Configure contrastes para determinarque EVs são comparados. Para identificar a ativação BOLD específico para detecção de estímulos alvo configurar o seguinte contraste: estímulos target&gt; não-alvo. NOTA: Opcionalmente usar outros contrastes: estímulos-alvo contra a linha de base; estímulos não-alvo contra a linha de base; alvo estímulos&gt; estímulos não-alvo; estímulos não-alvo&gt; estímulos alvo </li><li> Execute o primeiro nível de análise estatística para cada indivíduo e cada condição separadamente. A saída da análise mostra as regiões do cérebro activos para cada um dos respectivos contraste. </li><li> Compare as três condições, utilizando um segundo nível, ou nível de grupo, analisa. Utilize a saída do primeiro nível de análise como a entrada para a análise de nível de grupo. NOTA: No artigo original 7 as diferenças entre as condições no target&gt; contraste freqüente usando um design Diferença Duas Grupo Tripled envolvendo os seguintes contrastes: responder&gt; passiva, conte&gt; passiva, responder&gt; contagem.Esses contrastes revelam a atividade cerebral associada com a variação nos processos cognitivos nas três modalidades de resposta. </li></ol>

<ol><li>Squires, N. K., Squires, K. C., Hillyard, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Two+varieties+of+long-latency+positive+waves+evoked+by+unpredictable+auditory+stimuli+in+man%5BTitle%5D)+AND+%22Electroencephalography+and+clinical+neurophysiology%22%5BJournal%5D)">Two varieties of long-latency positive waves evoked by unpredictable auditory stimuli in man.</a> Electroencephalography and clinical neurophysiology. 38, 387-401 (1975).</li>
<li>Polich, J., Criado, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neuropsychology+and+neuropharmacology+of+P3a+and+P3b%5BTitle%5D)+AND+%22International+journal+of+psychophysiology+%3A+official+journal+of+the+International+Organization+of+Psychophysiology%22%5BJournal%5D)">Neuropsychology and neuropharmacology of P3a and P3b.</a> International journal of psychophysiology : official journal of the International Organization of Psychophysiology. 60, 172-185 (2006).</li>
<li>Turetsky, B. I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neurophysiological+endophenotypes+of+schizophrenia%3A+the+viability+of+selected+candidate+measures%5BTitle%5D)+AND+%22Schizophrenia+bulletin%22%5BJournal%5D)">Neurophysiological endophenotypes of schizophrenia: the viability of selected candidate measures.</a> Schizophrenia bulletin. 33, 69-94 (2007).</li>
<li>Mobascher, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+P300+event-related+potential+and+smoking--a+population-based+case-control+study%5BTitle%5D)+AND+%22International+journal+of+psychophysiology+%3A+official+journal+of+the+International+Organization+of+Psychophysiology%22%5BJournal%5D)">The P300 event-related potential and smoking--a population-based case-control study.</a> International journal of psychophysiology : official journal of the International Organization of Psychophysiology. 77, 166-175 (2010).</li>
<li>Li, L., Gratton, C., Fabiani, M., Knight, R. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Age-related+frontoparietal+changes+during+the+control+of+bottom-up+and+top-down+attention%3A+an+ERP+study%5BTitle%5D)+AND+%22Neurobiology+of+aging%22%5BJournal%5D)">Age-related frontoparietal changes during the control of bottom-up and top-down attention: an ERP study.</a> Neurobiology of aging. 34, 477-488 (2013).</li>
<li>Kirino, E., Belger, A., Goldman-Rakic, P., McCarthy, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Prefrontal+activation+evoked+by+infrequent+target+and+novel+stimuli+in+a+visual+target+detection+task%3A+An+event-related+functional+magnetic+resonance+imaging+study%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Prefrontal activation evoked by infrequent target and novel stimuli in a visual target detection task: An event-related functional magnetic resonance imaging study.</a> Journal of Neuroscience. 20, 6612-6618 (2000).</li>
<li>Warbrick, T., Reske, M., Shah, N. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Do+EEG+paradigms+work+in+fMRI%3F+Varying+task+demands+in+the+visual+oddball+paradigm%3A+Implications+for+task+design+and+results+interpretation%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Do EEG paradigms work in fMRI? Varying task demands in the visual oddball paradigm: Implications for task design and results interpretation.</a> Neuroimage. 77, 177-185 (2013).</li>
<li>Warbrick, T., Arrubla, J., Boers, F., Neuner, I., Shah, N. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Attention+to+Detail%3A+Why+Considering+Task+Demands+Is+Essential+for+Single-Trial+Analysis+of+BOLD+Correlates+of+the+Visual+P1+and+N1%5BTitle%5D)+AND+%22J+Cogn+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Attention to Detail: Why Considering Task Demands Is Essential for Single-Trial Analysis of BOLD Correlates of the Visual P1 and N1.</a> J Cogn Neurosci. 26, 529-542 (2014).</li>
<li>Huettel, S. A., Song, A. W., McCarthy, G. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aHuettel%2C+SA+%22Functional+magnetic+resonance+imaging%22">Functional magnetic resonance imaging</a>. , 2nd, Sinauer Associates. (2008).</li>
<li>Miezin, F. M., Maccotta, L., Ollinger, J. M., Petersen, S. E., Buckner, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterizing+the+hemodynamic+response%3A+effects+of+presentation+rate%2C+sampling+procedure%2C+and+the+possibility+of+ordering+brain+activity+based+on+relative+timing%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Characterizing the hemodynamic response: effects of presentation rate, sampling procedure, and the possibility of ordering brain activity based on relative timing.</a> Neuroimage. 11, 735-759 (2000).</li>
<li>Jezzard, P., Matthews, P. M., Smith, S. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aJezzard%2C+P+%22Functional+Magnetic+Resonance+Imaging%3A+An+Introduction+to+Methods%22">Functional Magnetic Resonance Imaging: An Introduction to Methods</a>. , Oxford University Press. (2001).</li>
</ol>

Os autores não têm nada a divulgar.

Mostramos que a manipulação da tarefa exige nos resultados da tarefa excêntricos visuais em diferentes padrões de ativação BOLD na contagem e responder condições. Os papéis funcionais de algumas das regiões implicadas em cada condição teria sido indevidamente atribuídos tinha os dados dos três versões da tarefa não foi disponíveis para comparação. Essa ambigüidade na interpretação dos dados não seria necessariamente ter sido o caso no campo EEG P300 onde a tarefa tem a sua origem, destacando a necessid...

Como métodos de neurociência cognitiva desenvolver tarefas experimentais estabelecidas são usados ​​com métodos de imagem cerebral emergentes. Esta é uma progressão lógica, pois a maioria dos conceitos neuropsicológicos (por exemplo, a memória distinta-componentes sub) foram investigados no domínio comportamental e tarefas experimentais apropriados para sondagem funções específicas foram desenvolvidas e testadas. Como nova tecnologia surge evidência para as bases neurais destas observações comportamentais é procurado com os novos métodos de imagem cerebral. Embora possa ser tentador simplesmente desenhar em tarefas comportamentais bem estudadas para estudos de imagem, algumas ressalvas importantes devem ser levados em conta. Uma importante, embora frequentemente negligenciado, a consideração é a utilização da técnica de imagem mais adequado para investigar ainda mais a evidência comportamental. Em termos de neurociência cognitiva e psicologia, existem muitos métodos de imagem cerebral disponíveis para melhorar a nossa compreensão da activ neuraldade subjacente conceitos de interesse; por exemplo, a eletroencefalografia (EEG), magnetoencephalography (MEG), a estimulação magnética transcraniana (TMS), a ressonância magnética funcional (fMRI) e tomografia por emissão de pósitrons (PET). Todos esses métodos têm suas vantagens, desvantagens e aplicações apropriadas. Aqui a transferência de um paradigma com uma longa história de experimentos comportamentais e de EEG para um experimento fMRI é considerada. EEG tem sido usada há décadas para investigar respostas neurais associados com processos perceptivos e cognitivos. Como tal, muitos paradigmas foram desenvolvidos para utilização com este método e têm evoluído ao longo do tempo. A ressonância magnética funcional é uma técnica que surgiu mais recentemente em neurociência cognitiva e isso levou a alguns paradigmas desenvolvidos em pesquisa EEG sendo utilizados em fMRI. Para construir sobre a base de conhecimento a partir de experiências de EEG com as novas técnicas é um passo lógico, mas ainda assim alguns pontos importantes podem ser negligenciados na transferência. As técnicas are muito diferente e as tarefas precisam ser projetados em conformidade. Isto requer o conhecimento do funcionamento do método e, em particular, como potenciais modulações do paradigma utilizado irá influenciar as medidas tomadas. Para mais informações sobre o projeto de experimentos de fMRI o leitor interessado é direcionado para o seguinte link <a href="http://imaging.mrc-cbu.cam.ac.uk/imaging/DesignEfficiency">http://imaging.mrc-cbu.cam.ac.uk/imaging/DesignEfficiency</a> . Desenho tarefa será considerada no contexto de um paradigma transferência desenvolvida para a pesquisa de EEG para o ambiente de ressonância magnética. Os objetivos deste trabalho são: i) descrever brevemente fMRI e quando seu uso é apropriado em neurociência cognitiva; ii) para ilustrar como o design tarefa pode influenciar os resultados de um experimento fMRI, particularmente quando essa tarefa é emprestado de outra modalidade de imagem; e iii) para explicar os aspectos práticos da realização de um experimento fMRI. A ressonância magnética funcional é agora um tecnol amplamente disponíveisique e, como tal, é um método comum utilizado em neurociência cognitiva. A fim de tomar uma decisão sobre se a técnica é apropriada para um experimento em particular as vantagens e desvantagens de fMRI deve ser considerado em relação a outras técnicas disponíveis. Uma desvantagem do método é que ele não é uma medida directa da actividade neural, pelo contrário, é um correlato da actividade neuronal em que a resposta metabólica (consumo de oxigénio) convolvido com a resposta hemodinâmica. Assim, a sua resolução temporal é fraca em comparação com a electrofisiologia, por exemplo, em que o sinal eléctrico de medição é mais próxima da actividade neural subjacente em vez de uma resposta metabólica. EEG tem uma resolução temporal na ordem de milésimos de segundo em relação a uma resolução da ordem dos segundos em ressonância magnética. No entanto, a principal vantagem de ressonância magnética é que a resolução espacial da técnica é excelente. Além disso, não é invasivo e, assim, indivíduos que não têm a ingerir substâncias, tais como o coagentes ntrast ou ser exposto a radiação, como seria o caso da tomografia por emissão de pósitrons (PET). Portanto, fMRI é uma técnica adequada para experimentos investigando quais regiões cerebrais estão envolvidas na percepção, cognição e comportamento. Neste trabalho o paradigma excêntrico visual é tomado como um exemplo para a transferência de um EEG-tarefa bem estabelecida a fMRI (veja a Figura 1 para detalhes). Note-se que as questões discutidas também pode influenciar os resultados e interpretação dos dados quando outros paradigmas são utilizados e devem ser tecnicamente considerado no projeto de todos os experimentos de fMRI. O paradigma excêntrico é freqüentemente usada em psicologia e neurociência cognitiva para avaliar a atenção e direcionar o desempenho de detecção. O paradigma foi desenvolvido em pesquisa EEG, especificamente relacionados a eventos potenciais (ERPs), para investigar o chamado componente P300 1. O P300 representa a detecção do alvo e é induzida pelo reconhecimento daum alvo pouco frequente estímulo 1. O P300 é utilizado em estudos em vários domínios cognitivos e clínicos 2 por exemplo, pacientes com esquizofrenia e seus familiares 3, fumantes pesados ​​4 e envelhecimento da população 5. Tendo em conta que o paradigma excêntrico (e do P300 provocou pelo paradigma) é robusto e também é modulada por diferentes estados de doença, a sua transferência através de diferentes modalidades de imagem era inevitável. A activação generalizada visto no cérebro durante uma medição de ressonância magnética excêntrico é conhecido por ser o resultado de várias funções cognitivas, como mostrado por numerosos estudos RMf sondagem outros conceitos cognitivos. Esta natureza generalizada do padrão de ativação torna difícil determinar quais regiões do cérebro são mais (ou menos) ativa devido às manipulações de tarefas específicas ou diferenças entre os grupos que o pesquisador está interessado em. Especificamente, não é certo se as diferenças observadas em activação estão relacionados para direcionar-se a detecção, a processos de atenção relacionado, ou se eles estão relacionados a outras demandas de tarefas, tais como os processos de memória em curso que trabalham ou processos relacionados com a produção de uma resposta motora. O processo de atribuição de função para a actividade medida é mais fácil no domínio do EEG, onde o componente cognitiva de interesse (detecção do alvo) é medido em resposta cerebral claro para a tarefa excêntrico (P300). No entanto, os neurocientistas tendem a interpretar suas descobertas em favor de sua própria hipótese e experimento, ao invés de colocar no esforço para descartar explicações alternativas. A maioria dos experimentos, no entanto, não será capaz de resolver essas questões importantes inerentemente - tempo de varredura é caro - é por isso que defendemos um planejamento completo e teste piloto de paradigmas. Além dessa dificuldade em estabelecer uma relação directa entre as regiões do cérebro e componentes cognitivos, a natureza do paradigma excêntrico tambémapresenta outras questões metodológicas possíveis ao ser transferido para fMRI. Por exemplo, a detecção de um estímulo alvo é geralmente indicada por pressionando um botão de resposta. Isso permite que o experimentador para registrar a precisão e velocidade de respostas, mas esta resposta pode também ter impacto sobre a resposta BOLD fMRI para direcionar estímulos. A ação motora necessária para os impactos botão de imprensa sobre bloqueada estímulo ativação fMRI vez que isso acontece apenas algumas centenas de milissegundos após a apresentação do estímulo alvo. Isso também pode influenciar a interpretação de que a ativação, por exemplo regiões do cérebro envolvidas na preparação da resposta motora pode ser erroneamente assumido a ser envolvido na detecção do estímulo alvo, e vice-versa. Isto levou a modificações metodológicas segundo o qual, são tomadas medidas indiretas de detecção de alvos, não dependem de respostas motoras. Por exemplo, contar os estímulos-alvo tem sido proposto 6 como uma forma de garantir que os indivíduos mantêm attentisobre a tarefa; o número de tentativas perdidas pode indicar como desatento um assunto era. Reportando o número de estímulos contados no fim da tarefa, também significa que o experimentador pode verificar se o objecto a tarefa executada correctamente. Uma terceira alternativa é usar um design tarefa totalmente passiva em que o sujeito é dada nenhuma instrução sobre como responder e a novidade de um estímulo alvo é assumido para provocar inerentemente uma resposta de detecção de como alvo. Apesar destas versões da tarefa usando o mesmo tipo de estímulos e projeto básico, o padrão de ativação resultante de cada variação da tarefa será diferente porque as demandas cognitivas e motoras das tarefas são diferentes 7,8. Por exemplo, haverá trabalhando processos de memória envolvidos na contagem alvo estímulos por exemplo, mantendo o número atual de estímulos alvo em mente, que não serão necessárias durante a visualização passiva. Aqui esses três versões da tarefa excêntrico, passivos, contagem, umnd respondem são usados ​​para mostrar como o design de tarefas e implementação cuidadosa pode levar em conta essas alterações nas exigências da tarefa e permitir a interpretação adequada dos resultados.

<table><tbody><tr><td>Scanner de ressonância magnética Magnetom Tim Trio 3 T</td><td>Siemens Medical Solutions, Erlangen, Alemanha&nbsp;</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Versão de apresentação 14.8</td><td>Sistema neurocomportamental, Albany, CA, EUA</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Dispositivo Lumitouch</td><td>Photon Control Inc, Burnaby, BC, Canadá</td><td></td><td>Este dispositivo não é mais produzido pelo fabricante. Dispositivos alternativos de resposta compatíveis com RM estão disponíveis.</td></tr><tr><td>Tela TFT</td><td>Apple, Cupertino, CA, EUA</td><td>Tela de cinema de 30 polegadas</td><td>A tela foi modificada internamente para ser compatível com MR. No entanto, várias telas compatíveis com MR estão disponíveis no mercado.</td></tr><tr><td>Optseq</td><td></td><td>surfer.nmr.mgh.harvard.edu/optseq</td><td>programa para determinar o tempo ideal de estímulo para projetos relacionados a eventos rápidos</td></tr><tr><td>Biblioteca de software FMRIB (FSL)</td><td>FMRIB, Oxford</td><td>http://fsl.fmrib.ox.ac.uk/fsl/fslwiki/</td> <td>Outras ferramentas de software estão disponíveis para analisar dados de fMRI, por exemplo, SPM, AFNI e Brain Voyager.</td></tr></tbody></table>

transferência de tarefas cognitivas entre o cérebro métodos de imagem: implicações para o projeto tarefa e interpretação dos resultados em estudos de fmri

Transferring Cognitive Tasks Between Brain Imaging Modalities: Implications for Task Design and Results Interpretation in fMRI Studies

À medida que os métodos de neurociência cognitiva se desenvolvem, tarefas experimentais estabelecidas são usadas com modalidades emergentes de imagem cerebral. Aqui, é considerada a transferência de um paradigma (a tarefa visual excêntrica) com uma longa história de experimentos comportamentais e de eletroencefalografia (EEG) para um experimento de ressonância magnética funcional (fMRI). Os objetivos deste artigo são descrever brevemente a fMRI e quando seu uso é apropriado na neurociência cognitiva; ilustrar como o design da tarefa pode influenciar os resultados de um experimento de fMRI, particularmente quando essa tarefa é emprestada de outra modalidade de imagem; explicar os aspectos práticos da realização de um experimento de fMRI. Demonstra-se que manipular as demandas da tarefa na tarefa visual excêntrica resulta em diferentes padrões de ativação dependente do nível de oxigênio no sangue (BOLD). A natureza da medida fMRI BOLD significa que muitas regiões do cérebro estão ativas em uma tarefa específica. Determinar as funções dessas áreas de ativação depende muito do design e análise da tarefa. A natureza complexa de muitas tarefas de fMRI significa que os detalhes da tarefa e seus requisitos precisam ser cuidadosamente considerados ao interpretar os dados. Os dados mostram que isso é particularmente importante nas tarefas que dependem de uma resposta motora, bem como de elementos cognitivos, e que as respostas encobertas e abertas devem ser consideradas sempre que possível. Além disso, os dados mostram que a transferência de um paradigma de EEG para um experimento de fMRI precisa de consideração cuidadosa e não se pode presumir que o mesmo paradigma funcionará igualmente bem em todas as modalidades de imagem. Portanto, recomenda-se que o desenho de um estudo de fMRI seja testado comportamentalmente para estabelecer os efeitos de interesse e, em seguida, testado piloto no ambiente de fMRI para garantir o design, implementação e análise apropriados para os efeitos de interesse.

O método de estimulação e análise provocou ativação BOLD em regiões do cérebro associadas com uma tarefa excêntrico visual. O alvo&gt; contraste não-alvo não revelou ativação para a condição passiva, mas fez revelar ativação tanto na contagem e responder (Figura 3). Os dados apresentados na Figura 3 é uma comparação qualitativa da contagem e responder condições e mostra como os padrões de activação seria se cada versão da tarefa foi realizada de forma isolada. <p class="jove_content...

A transferência de um paradigma com histórico de uso em experimentos de EEG para um experimento de fMRI é considerada. É demonstrado que manipular as demandas da tarefa na tarefa visual excêntrica resultou em diferentes padrões de ativação do BOLD e ilustrou como o design da tarefa é crucial em experimentos de fMRI.

Transferência de tarefas cognitivas entre o cérebro métodos de imagem: Implicações para o Projeto Tarefa e interpretação dos resultados em estudos de fMRI

As cognitive neuroscience methods develop, established experimental tasks are used with emerging brain imaging modalities. Here transferring a paradigm ...

O objetivo geral do experimento a seguir é mostrar como o desenho da tarefa pode influenciar a interpretação dos resultados em estudos de FMRI, particularmente ao tomar paradigmas de outras modalidades de imagem. Isso é conseguido escolhendo primeiro uma tarefa apropriada para a construção cognitiva ou psicológica de interesse, neste caso, o paradigma visual excêntrico. A segunda etapa envolve a criação de três versões diferentes da tarefa visual excêntrica usando os mesmos estímulos, o que resultará na modificação do comportamento do voluntário durante a varredura FMRI.Em seguida, os dados do FMRI são analisados para avaliar quantitativamente as diferenças na ativação cerebral entre as versões das tarefas. São obtidos resultados que mostram como os processos cognitivos e motores podem ser diferenciados com base no desenho experimental apropriado e na análise de dados. Este método pode ajudar a responder a questões-chave no campo da neurociência cognitiva, como identificar os substratos neurais subjacentes da percepção, cognição e comportamento humanos.Tivemos a ideia desse método pela primeira vez quando percebemos que interpretar nossos próprios resultados em relação à literatura existente acabou sendo difícil devido a diferenças sutis no design da tarefa e nos procedimentos experimentais entre os estudos. Para começar, escolha uma tarefa apropriada para investigar a construção cognitiva ou psicológica de interesse antes de configurar a tarefa. Primeiro, determine o número apropriado de tentativas necessárias para uma resposta cerebral robusta, bem como o tempo de estímulo da sequência, e certifique-se de considerar o atraso da resposta hemodinâmica entre o início do estímulo e a resposta cerebral medida.Baixe e instale o software ceq e, em seguida, rune para determinar a ordem do estímulo, distribuindo de maneira ideal as tentativas pelo experimento com base no número de tentativas, estímulo, duração e parâmetros de varredura. Em seguida, implemente a ordem de estímulos previamente determinada em um programa adequado para apresentar o paradigma ao sujeito. Especifique todas as informações relevantes para o paradigma em termos de tipo de estímulo, tempo e respostas.O paradigma é a tarefa visual excêntrica, que pode ser usada para medir as respostas de detecção de alvos e os efeitos da atenção na detecção de alvos. Existem três versões da tarefa excêntrica que podem ser preparadas na versão passiva. O sujeito apenas observa os estímulos visuais e não responde na versão de contagem silenciosa.O sujeito deve ser instruído a contar os estímulos-alvo em sua cabeça. Essa tarefa requer direcionar a atenção para esses estímulos e um processo discriminatório. Finalmente, na versão de resposta, o sujeito deve apertar um botão de resposta ao ver um estímulo alvo.Essa tarefa requer atenção, processos de discriminação e seleção ou produção de uma resposta aos estímulos-alvo. Comece a configurar para o experimento FMRI. Preparando primeiro a sala do scanner.Conecte a seção inferior da bobina principal ao leito do scanner. Em seguida, coloque capas protetoras limpas no scanner, na cama e nas almofadas. Em seguida, ligue o dispositivo de exibição que apresentará o paradigma experimental ao sujeito dentro do scanner, bem como registre as respostas usando um dispositivo de pressionamento de botão pressionado.Em seguida, abra o software que fornecerá o paradigma experimental e insira um nome para o arquivo de log. Além disso, registre o assunto no banco de dados do MR Scanner e certifique-se de que as sequências de MR a serem executadas estejam configuradas e prontas. Rastreie todos os indivíduos em potencial quanto a contraindicações de ressonância magnética durante o procedimento de recrutamento do estudo.Em seguida, após a chegada do sujeito, realize uma triagem completa de segurança por ressonância magnética com pessoal treinado. Certifique-se de que o assunto esteja livre de metal e que itens como um relógio de cinto ou joias tenham sido removidos, bem como quaisquer itens de bolso, como moedas. Quando o assunto estiver pronto, peça-lhe que se sente na cama do scanner e coloque tampões para os ouvidos para proteção auditiva.Em seguida, deite-os confortavelmente na cama do scanner com a cabeça na bobina de imagem. Use pequenas almofadas para prender a cabeça do sujeito para minimizar movimentos indesejados da cabeça durante a digitalização. Em seguida, coloque a seção superior da bobina da cabeça sobre a cabeça do sujeito e conecte os conectores.Coloque um espelho no topo da bobina da cabeça que permitirá que o sujeito veja o paradigma experimental exibido na tela atrás da mão do sujeito, um botão de chamada de emergência para interromper a varredura, se necessário, bem como o dispositivo de resposta. Por fim, mova o assunto para o orifício do scanner antes de adquirir imagens Primeiro, certifique-se de que o sujeito possa ouvir o experimentador pelo interfone e que esteja confortável e pronto para iniciar a varredura. Em seguida, execute uma varredura do localizador para obter a posição da cabeça do sujeito no scanner.Em seguida, execute uma varredura estrutural de alta resolução, como uma raiva de MP. Em seguida, execute as varreduras de ressonância magnética funcional com as três execuções da tarefa visual excêntrica. Fale com o sujeito entre as corridas para fornecer instruções e garantias sobre as tarefas e garantir que ele esteja confortável e pronto para continuar com o estudo.Quando todas as imagens estruturais e funcionais estiverem concluídas, informe ao sujeito que o experimento foi concluído. Em seguida, entre na sala do scanner e ajude o assunto a sair do scanner. Selecione um pacote de software adequado para analisar os dados FMRI adquiridos.Comece aplicando etapas de pré-processamento padrão para preparar os dados para análise posterior. As etapas podem incluir correção de movimento, tempo de fatia, co-registro de imagem, suavização espacial, filtragem temporal passa-alta e normalização espacial. Em seguida, para a análise estatística, primeiro especifique os tempos de início e as durações de todos os eventos que ocorreram no paradigma.Estes também são chamados de variáveis explicativas ou regressores. Em seguida, configure contrastes para determinar quais variáveis explicativas serão comparadas. Por exemplo, para identificar a ativação em negrito específica para detecção de estímulos alvo, configure um contraste para especificar que os estímulos alvo são maiores do que os estímulos não alvo.Realize a análise estatística de primeiro nível para cada sujeito e cada condição separadamente. Então, uma vez que os dados tenham sido adquiridos para vários sujeitos, compare as três condições usando a análise de segundo nível ou nível de grupo. O método de estimulação e análise provocou ativação ousada em regiões cerebrais associadas à tarefa visual excêntrica.O contraste alvo maior que o não-alvo não revelou ativação para a condição passiva, mas revelou ativação tanto na condição de contagem quanto na condição de resposta, como visto aqui. A ativação em negrito para a condição de contagem em relação à condição passiva pode ser vista aqui, enquanto a condição de resposta em relação à condição passiva pode ser vista aqui. Todos os dados representam o alvo maior do que frequente.A ativação do contraste de nível inferior pode ser observada na área motora suplementar SMA comum a ambas as condições, enquanto a ativação do MFG do giro frontal médio é observada apenas para a condição de resposta. Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como projetar e implementar estudos de FMRI e entender como o design pode impactar na interpretação de seus resultados. Não se esqueça de que trabalhar com FMRI pode ser extremamente perigoso e que precauções como triagem completa de voluntários devem sempre ser tomadas durante a execução desse método.Além disso, esses procedimentos devem ser sempre realizados por pessoal treinado.

transferring-cognitive-tasks-between-brain-imaging-modalities

Research

JoVE Journal

Behavior

Comportamento

Apresentamos um protocolo que permite a investigação dos mecanismos neurais mediando o impacto negativo da emoção na cognição, utilizando ressonância magnética funcional. Este protocolo pode ser usado com participantes saudáveis ​​e clínicos.

Investigação por imagem do cérebro o efeito prejudicial da emoção sobre a Cognição

O objetivo da nossa pesquisa é correlacionar o comportamento de atividade cerebral. Precisas medidas comportamentais e técnicas de imagem permitem elucidar as relações cérebro-comportamento.

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

Nós descrevemos uma nova abordagem para a análise simultânea da função cerebral e estrutura usando ressonância magnética (MRI). Avaliamos a estrutura do cérebro com imagens ponderada em difusão de alta resolução e de matéria-branco tratografia fibra. Ao contrário do padrão estrutural de ressonância magnética, estas técnicas permitem-nos relacionar diretamente conectividade anatômica a propriedades funcionais de redes cerebrais.

Co-análise de estrutura e função cerebral usando ressonância magnética funcional e imagem ponderada em difusão

Este vídeo apresenta um método de examinar as mudanças relacionadas à idade na conectividade funcional das redes de controle cognitivo envolvidas em tarefas/processos direcionados. A técnica é baseada na análise multivariada de dados de fMRI.

Um método para investigar diferenças relacionadas à idade na conectividade funcional of Cognitive Controle Networks associados à mudança Dimensional Card Sort Desempenho

Estimulação transcraniana por corrente contínua (ETCC) é uma técnica de estimulação cerebral não invasiva. Tem sido utilizado com sucesso em pesquisas básicas e clínicas para modular a função cerebral em seres humanos. Este artigo descreve a implementação de ETCC e simultânea a ressonância magnética funcional (fMRI), para investigar as bases neurais dos efeitos ETCC.

Transcraniana direto Estimulação atual e simultânea Ressonância Magnética Funcional

Apresentamos um método para comparar a atividade cerebral funcional registrada durante uma tarefa naturalística usando fNIRS com a atividade registrada durante a fMRI.

fMRI Validação de fNIRS Medidas durante uma tarefa Naturalistic

Monitorando a atividade do cérebro fora do laboratório, sem restrições físicas apresenta desafios metodológicos. Um sem fibras, wearable sistema funcional Espectroscopia no Infravermelho Próximo (fNIRS) foi utilizado para medir a atividade cerebral durante uma tarefa de memória prospectiva ecológica. Demonstrou-se que este sistema poderia ser usado para monitorizar a actividade cerebral durante as experiências não baseados em laboratório.

Usando sem fibras, fNIRS Wearable para monitorar a atividade do cérebro em tarefas cognitivas do mundo real

Um EEG-fMRI multimodal de imagens método, conhecido como a fonte de EEG fMRI restrita spatiotemporal imagem método, é descrito aqui. O método apresentado utiliza mapas sub fMRI condicionalmente-ativo, ou antecedentes, para orientar a localização de origem do EEG em uma forma que melhora a especificidade espacial e limita a resultados erróneos.

EEG simultâneo e gravação de ressonância funcional e análise de integração para a imagem latente de atividade Cortical dinâmica

Descrevemos a análise de um experimento de espectroscopia funcional de ondas contínuas quase infravermelha usando um projeto de bloco com uma tarefa sensorial. Para aumentar a confiabilidade da análise dos dados, utilizou-se o mapeamento estatístico paramétrico baseado em modelo linear qualitativo e os modelos mistos hierárquicos comparativos para multi-canais.

Análises de dados de atividade cortical qualitativa e comparativa de um experimento funcional de espectroscopia infravermelha aplicando design de bloco

Demonstramos como uma medida objectiva pode ser empregue no paradigma ilusão da mão de borracha largamente utilizado. Esta medida é obtida por modificação da tarefa bem estabelecida congruência crossmodal. Esta tarefa permite a investigação de processos multissensoriais que são críticos para modulações de representações do corpo, como na ilusão da mão de borracha.

A Task Congruência Crossmodal como um meio para se obter uma medida comportamental Objetivo no Rubber Mão Illusion Paradigm

Aprenda a projetar tarefas de oddball visual para estudos de fMRI, demonstrando como o design experimental influencia padrões de ativação BOLD e a interpretação de processos cognitivos e motores.

Transferência de tarefas cognitivas entre o cérebro métodos de imagem: Implicações para o Projeto Tarefa e interpretação dos resultados em estudos de fMRI (Vídeo) | JoVE Journal

Transferência de tarefas cognitivas entre o cérebro métodos de imagem: Implicações para o Projeto Tarefa e interpretação dos resultados em estudos de fMRI

Explorar mais vídeos