Imagem Funcional com reforço, eyetracking e Monitoramento Fisiológico

Este tutorial mostra um método para estudar o mecanismo de reforço usando imagens cerebrais funcionais ou FMRI. Neste protocolo, os indivíduos são submetidos a imagens funcionais durante a execução de uma tarefa de tomada de decisão visual, que é reforçada por estímulos que recompensam um tom auditivo aversivo, de ar ou neutro através de óculos compatíveis com scanner. Os sujeitos devem decidir se uma matriz de pontos está viajando rápido ou se está se movendo devagar.

Os movimentos oculares e as respostas fisiológicas, como respiração e frequência cardíaca, também são monitorados. Olá, sou Jack Grin Band do Laboratório de Vince Ferrera e Joy Hirsch no Departamento de Neurociência da Universidade de Columbia, e sou Franco Past. Também do laboratório aqui na Universidade de Columbia.

Hoje mostraremos um procedimento para imagens funcionais com reforço comportamental, monitoramento fisiológico e rastreamento ocular. Utilizamos esse procedimento em nosso laboratório para estudar a tomada de decisão com reforço positivo e adverso. Então vamos começar.

Os primeiros passos na execução de um experimento FMR envolvem a configuração e verificação do equipamento. Essas etapas podem ser feitas em qualquer ordem durante nossos experimentos, os sujeitos são recompensados por fazer respostas comportamentais corretas. O estímulo recompensador é a bebida favorita do sujeito fornecida por um dispensador de suco que controla a quantidade de líquido entregue à boca do sujeito.

O dispensador de suco consiste em um reservatório, uma válvula solenóide controlada por computador e um tubo longo que fornece suco ao sujeito. Todos os componentes eletrônicos deste dispensador são mantidos fora da sala do scanner, para que não introduzam nenhum artefato no sinal de RM. O dispensador de suco é enxaguado e preenchido com a bebida preferida do sujeito.

Antes da digitalização, o sistema é testado para garantir que o suco esteja fluindo. Os sujeitos são punidos por respostas incorretas com um sopro de ar de 50 milissegundos no olho. Um regulador de pressão fornece um sopro de ar controlado, que o sujeito classificará como aversivo, mas não traumático.

O regulador de pressão é inicialmente ajustado para 30 PSI e é conectado a uma fonte de ar comprimido, que pode ser um tanque de ar ou ar doméstico. A válvula solenóide é controlada por um sinal de computador. O ar é entregue ao sujeito através de um pedaço de um tubo tigon de 16 polegadas, que é mantido mais curto do que cerca de oito pés.

Para evitar um atraso entre o momento em que a válvula abre e o momento em que o ar comprimido atinge o sujeito, o regulador de pressão fica dentro da sala do scanner, pois qualquer movimento, como uma reação aos sopros de ar ou movimento da cabeça durante a deglutição, pode introduzir artefatos na imagem FMRI. Uma barra de mordida é usada para minimizar o movimento da cabeça. A barra de mordida é conectada à bobina do cabeçote de RF e possui um bocal personalizado feito de tubo de material termoplástico para entrega de suco e monitoramento de gás respiratório é incorporado ao bocal.

O sujeito deve simplesmente manter um bom contato entre os dentes superiores e o bocal. É importante dizer-lhes para não morder com força o bocal. Isso fará com que os músculos da mandíbula se cansem de sentir o batimento cardíaco é monitorado durante o experimento, a fim de remover posteriormente quaisquer artefatos durante a análise de dados que possam surgir do aumento da oxigenação do sangue no cérebro, não devido à atividade neuronal.

Para medir as alterações na oxigenação relacionadas ao ciclo cardíaco, usamos um oxímetro de pulso para medir a oxigenação do boi sanguíneo na ponta do dedo usando um sensor infravermelho. O oxímetro de pulso é compatível com RM e seu sinal de saída é alimentado através de um painel de filtro para a sala de controle, onde é digitalizado e armazenado no computador. Também medimos a respiração com um monitor de gás respiratório ou RGM que mede os níveis de dióxido de carbono expirados.

Como a respiração afeta a oxigenação do sangue, o RGM é compatível com RM e seus sinais de saída são enviados para a sala de controle, onde são digitalizados e armazenados no computador. A estimulação visual é fornecida por um par de óculos compatíveis com scanner, que estimulam ambos os olhos de forma independente. Os óculos incluem uma câmera infravermelha em miniatura para medir os movimentos dos olhos, a fim de dizer para onde o assunto está olhando, rastreamos os movimentos dos olhos usando vídeo infravermelho O iconografia.

Os movimentos do olho afetam a posição dos estímulos visuais na retina, o que afeta as respostas visuais no cérebro. Os movimentos oculares também podem ser usados pelo sujeito para indicar respostas auditivas de AV. Neste método, uma câmera infravermelha é usada para rastrear os movimentos da pupila.

O emissor infravermelho e a câmera são integrados a um par de óculos especialmente projetados. Estes são os mesmos óculos que fornecem estimulação visual. Os dados dos óculos são processados por um computador dedicado que converte imagens do olho em sinais analógicos para a posição horizontal e vertical dos olhos.

O scanner está localizado em uma sala blindada elétrica e magneticamente. Todos os sinais elétricos que vão da sala de controle para a sala do scanner passam por um painel de filtro, remova quaisquer frequências que possam criar um artefato na imagem de RM. Antes da digitalização, cada sujeito deve passar por um processo de segurança e consentimento.

O estudo é explicado, todos os riscos são discutidos e o sujeito dá seu consentimento. Este processo é projetado para proteger os sujeitos da coerção e proteger sua privacidade e saúde. O sujeito é rastreado para metal em qualquer lugar dentro ou fora do corpo.

Antes da experimentação, os sujeitos ficam com sede restringindo voluntariamente a ingestão de líquidos por seis horas. Dessa forma, o suco recebido durante o experimento torna-se extremamente gratificante. Quando estiver pronto para ser digitalizado, o sujeito deve colocar tampões de ouvido para proteger os ouvidos do ruído do scanner.

O sujeito também deve colocar fones de ouvido compatíveis com RM para se comunicar com os pesquisadores e ouvir instruções. Durante a sessão de varredura, usamos imagens estruturais ponderadas T um que fornecem uma definição clara da morfologia do cérebro do sujeito. O sujeito fica passivamente e permanece o mais imóvel possível.

Durante esta fase, que dura cerca de 10 minutos, usamos T duas sequências funcionais ponderadas para mostrar mudanças na oxigenação do sangue que estão correlacionadas com a atividade neural. É durante esta fase que o sujeito realiza uma tarefa de tomada de decisão perceptiva com estímulos visuais. O sujeito vê um padrão de pontos em movimento e faz um julgamento perceptivo sobre sua direção ou velocidade de movimento.

O sujeito indica sua resposta pressionando botões. Essas respostas são reforçadas por suco de sopros corretos e de ar. Se incorretos, os estímulos auditivos são usados como reforçadores secundários.

Os movimentos oculares são monitorados continuamente durante esta fase. Cada execução experimental dura 11 minutos e há quatro execuções em uma sessão de varredura. Usamos imagens ponderadas por difusão, DWI para determinar a conectividade estrutural entre as regiões do cérebro.

Durante esta fase. O sujeito fica imóvel por cerca de 12 minutos. Acabamos de mostrar um experimento de imagem funcional com reforço comportamental, monitoramento fisiológico e rastreamento ocular.

Demonstramos como usar esse procedimento para estudar a tomada de decisão com reforço aversivo e petitivo. Então é isso. Obrigado por assistir e boa sorte com seus experimentos.