Сканирование мозга Исследование нейронных коррелятов эмоций правил
26 августа 2011 г.
Мы представляем протокол, который позволяет исследовать нейронные корреляты преднамеренной и автоматического регулирования эмоций, с помощью функциональной магнитно-резонансной томографии. Этот протокол может быть использован в здоровых участников, и молодых, и пожилых, а также в клинических больных.
Целью данного экспериментального протокола является исследование нейронных коррелятов немедленного и долгосрочного воздействия эксплицитного и имплицитного эмоционального контроля с помощью функциональной магнитно-резонансной томографии. Данный протокол включает оценку эмоционального восприятия изображений, а также проверку памяти на эти изображения в результате формирования установки на регуляцию эмоций. Регистрация данных визуализации мозга осуществляется во время выполнения задачи по оценке.
Цель по контролю эмоций вызывается либо явно, путем инструктирования участников о необходимости контролировать свои эмоции, либо неявно, с помощью прайминга контроля эмоций. Слова встроены в так называемое перемешанное предложение. Анализ задач по данным нейровизуализации направлен на изучение активности в областях, связанных с базовой обработкой эмоций, таких как миндалевидное тело, и в областях мозга, участвующих в контроле эмоций, таких как префронтальная кора, в частности ее латеральные и медиальные отделы.
Основным преимуществом данного метода по сравнению с существующими подходами, которые сосредоточены главным образом на немедленном эффекте эмоциональной регуляции и обычно направлены на преднамеренную эмоциональную регуляцию, является возможность оценки как краткосрочного, так и долгосрочного воздействия эмоциональной регуляции, а также сравнения индукции автоматической и преднамеренной эмоциональной регуляции. Этот метод может помочь ответить на вопросы о противоположных эмоциональных предубеждениях, таких как положительное предубеждение, наблюдаемое при здоровом старении, и отрицательное предубеждение при депрессии. В какой степени эти явления связаны с повышенной способностью автоматически применять стратегии эмоциональной регуляции при здоровом старении в противовес сниженной способности применять такие стратегии при депрессии?
Данный протокол включает оценку эмоциональных реакций на изображения и проверку памяти в отношении этих изображений. В результате формирования установки на регуляцию эмоций цель регуляции задается эксплицитно или имплицитно, а её непосредственное и долгосрочное воздействие оценивается относительно изображений, представленных в базовых блоках, которые предшествуют эмоциональной регуляции. Для проведения этого эксперимента необходимо подготовить наборы эмоциональных и нейтральных изображений для задач эмоциональной оценки и тестирования памяти.
Мы рекомендуем использовать изображения из международной системы эффективных картинок. Следует уделить особое внимание балансировке эмоционального содержания изображений во всех блоках исследования, включая те, что предъявляются до и после индукции регуляции эмоций, а также те, что используются в задании на память, чтобы избежать смешивающих эффектов из-за возможных различий в этих базовых свойствах. Для задачи оценивания мы предлагаем предъявлять каждую картинку на экране в течение четырех секунд, после чего следует фиксационный крест на 12 секунд с заданием оценить субъективный эмоциональный опыт, вызванный изображениями.
Если ваше оборудование позволяет, используйте восьмибалльную шкалу, где 1 соответствует нейтральному состоянию, а 8 — крайне негативному. Чтобы избежать индукции настроения, изображения должны быть псевдорандомизированы так, чтобы подряд предъявлялось не более трех картинок с одной и той же валентностью. Затем настройте парадигмы манипуляции явным и неявным регулированием эмоций.
Последний вариант может быть адаптирован из задания на перестановку слов в предложении; мы рекомендуем разработать задание, в котором испытуемым предлагается составить 20 грамматически правильных предложений из пяти наборов перемешанных слов, содержащих слова, которые побудят участников подавлять свою эмоциональную реакцию (например, «сдерживать», «скрывать» или «утаивать» для эксплицитного условия). Также представьте 20 предложений, содержащих только нейтральные термины, которые не вызывают регуляцию эмоций, а затем поручите участникам подавить свои эмоциональные переживания и проявление эмоциональных реакций. При проведении исследования с испытуемыми можно сначала использовать либо эксплицитное, либо имплицитное условие, но обязательно обеспечьте контрбалансировку последовательности прогонов между участниками.
Например, для половины испытуемых последовательность парадигм заданий может быть следующей: базовый блок оценки эмоций, блок эксплицитной индукции цели регуляции эмоций, эксплицитное условие, блоки оценки эмоций, затем еще один базовый блок оценки эмоций, имплицитная индукция цели регуляции эмоций и имплицитное условие. Для другой половины испытуемых порядок экспериментальных блоков меняется на противоположный. Наконец, подготовьте задание на воспроизведение из памяти, которое будет проведено вне МРТ-сканера через одну неделю после сессий по регуляции эмоций.
В этом задании должно быть представлено равное количество старых изображений, которые ранее демонстрировались в сканере, и новых картинок, которые ранее не предъявлялись; все изображения должны быть черно-белыми, чтобы избежать эффекта «потолка» при оценке результатов. Задание представляет собой выбор между «старым» и «новым» вариантом на основе того, помнят ли испытуемые данные изображения, с последующей оценкой уверенности в своих ответах по трехбалльной шкале, где один означает низкую, два — среднюю и три — высокую степень уверенности. По прибытии испытуемого обязательно получите от него письменное информированное согласие, а для проверки безопасности МРТ убедитесь, что все металлические предметы, которые он или она может носить, удалены.
Также предупредите испытуемого, что многие из просматриваемых изображений описывают тревожные события, и предоставьте распечатанные примеры репрезентативных картинок. Вот несколько репрезентативных изображений того, что вы увидите в сканере. Некоторые из них имеют тревожный или травматичный характер.
Затем необходимо оценить текущее психическое состояние испытуемого, чтобы контролировать влияние настроения на эмоциональный опыт и способность управлять эмоциями в сочетании с оценками после сканирования. Эти первичные обследования могут быть использованы для выявления изменений настроения в результате участия в исследовании перед началом сканирования. Подробно ознакомьте участника с процедурой сканирования и дайте конкретные инструкции по выполнению поведенческого задания, чтобы избежать дискомфорта и обеспечить более глубокое понимание задачи.
Также проведите с участником сокращенные тренировочные заходы как для оценки эмоций, так и для задания с перемешанными предложениями. Теперь сопроводите испытуемого в процедурную комнату и попросите его лечь на стол сканера; обеспечьте защиту слуха, а также предоставьте изолирующие наушники для связи во время сканирования.
Для обеспечения комфорта во время сканирования и минимизации движений следует использовать дополнительные подушки для головы. Также можно слегка обернуть лоб участника липкой лентой нелипкой стороной наружу, чтобы дополнительно ограничить движение головы при оценке автоматических имплицитных психофизиологических реакций на эмоциональные и нейтральные изображения. Помимо явных рейтингов, во время фМРТ-сканирования можно регистрировать реакции кожно-гальванической активности. Удобно расположите правую руку испытуемого на блоке откликов и разместите рядом кнопку экстренной остановки, чтобы испытуемый мог указать на необходимость срочного прекращения работы сканера.
Перед тем как поместить испытуемого в сканер, убедитесь, что он четко видит проекцию экрана с предъявляемыми стимулами и что кнопки ответа работают исправно. Затем получите структурное Т1-взвешенное изображение высокого разрешения, например, SPGR или MP rage. В данном исследовании мы получаем анатомическую 3D-серию MP rage с TR 1600 milliseconds, TE 3.82 milliseconds, 112 срезами и вокселями размером 1х1х1 millimeter.
Затем настройте параметры функциональных серий. Для обеспечения полного охвата головного мозга мы рекомендуем использовать эхо-планарную последовательность для получения 28 аксиальных срезов с размером вокселя 4×4×4 мм, TR 2000 мс, TE 40 мс, полем обзора 256, углом отклонения 90° и размером матрицы 64×64. Сообщите испытуемому о начале функциональной визуализации и напомните ему или ей о сути задач.
Сначала выполните базовое задание по оценке изображений. Затем проведите первое условие манипуляции целью, которое может быть либо заданием по индукции имплицитной, либо эксплицитной регуляции эмоций, за которым следует задание по оценке изображений. После этого проведите еще один базовый замер.
Затем следовало второе условие, после которого выполнялось задание по оценке изображений. По завершении сканирования помогите испытуемому выйти из сканера и проведите послесканируемую оценку, чтобы снова определить текущее психологическое состояние испытуемого. В завершение попросите участника вернуться через одну неделю.
Для задачи извлечения из памяти мы рекомендуем провести данный протокол примерно для 24 испытуемых, чтобы можно было выполнить анализ на групповом уровне. Не забудьте сбалансировать порядок предъявления имплицитных и эксплицитных парадигм между испытуемыми. После сбора данные можно проанализировать с помощью любого программного пакета для обработки фМРТ, например, статистического параметрического картирования, более известного как SPM.
В нашей лаборатории данный метод используется в сочетании с собственными разработками. Предварительная обработка данных с помощью лабораторных инструментов должна включать стандартные этапы: контроль качества, выравнивание изображений, коррекцию движения, корегистрацию, нормализацию и пространственное сглаживание с ядром восемь миллиметров. При использовании SPM для оценки соответствия данных, записанных для каждого интересующего состояния, заданной функции гемодинамического ответа применяется общая линейная модель.
В качестве альтернативы данные для каждого условия могут быть выборочно усреднены, чтобы изучить исходный сигнал FMR, связанный с каждым условием, без заранее определенных предположений о форме функции гемодинамического отклика. В этом случае различия в отклике могут оцениваться по отдельным временным точкам. Интересующие контрасты позволяют выявить процент изменения сигнала по сравнению с состоянием до стимула (базовым уровнем), а также различия между одним условием по сравнению с другим.
Статистический анализ на индивидуальном и групповом уровнях может включать сравнение мозговой активности в зависимости от различных факторов, в том числе эмоциональной валентности и манипуляций по регуляции эмоций. Здесь представлен корональный срез функциональной карты, наложенной на структурное изображение; области с пониженной активностью в результате манипуляции эмоциональным ответом, согласно групповой статистике, показывают, что формирование цели регуляции эмоций было связано со снижением активности в миндалевидном теле. Цветовая шкала указывает градиент TValue карты активации.
На столбчатой диаграмме показано процентное изменение сигнала в ответ на эмоциональные и нейтральные изображения до и после формирования цели эмоциональной регуляции (ER). Как видно, на исходном уровне активность миндалевидного тела была выше при просмотре эмоциональных изображений по сравнению с нейтральными. Эта разница исчезла после формирования цели по регуляции эмоций.
Здесь мы также видим повышенную активность в областях мозга, связанных с когнитивным контролем и регуляцией эмоций, включая латеральную и медиальную префронтальную кору. Опять же, цветовая шкала указывает градиент значений T, а столбчатая диаграмма иллюстрирует процентные изменения сигнала в ответ на две валентности картинок до и после индукции цели по регуляции эмоционального отклика. Как показывает верхняя столбчатая диаграмма, в контрольных областях активность в ответ на эмоциональные картинки возросла в результате индукции цели по регуляции эмоций.
При выполнении данной процедуры важно правильно сбалансировать свойства стимулов в сессиях до и после манипуляции, чтобы избежать возможных смешивающих эффектов. Также важно убедиться, что участники поняли инструкции к заданию. После просмотра этого видео вы должны четко представлять, как манипулировать целью для эксплицитной и имплицитной регуляции эмоций, а также как оценивать немедленные и долгосрочные эффекты этих стратегий эмоциональной регуляции.
Просмотрите полный транскрипт и получите доступ к тысячам научных видео
Обзор
В данном протоколе исследуются нейронные корреляты эксплицитной и имплицитной регуляции эмоций с помощью функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ). Метод применим как к здоровым добровольцам, так и к пациентам клинических групп, что позволяет всесторонне изучить механизмы эмоционального контроля.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Нейронауки
- Регуляция эмоций
- Функциональная магнитно-резонансная томография
Теоретические основы
- Эмоциональный контроль может быть эксплицитным или имплицитным.
- Понимание нейронных коррелятов способствует изучению эмоциональных расстройств.
- фМРТ позволяет получить представление об активности мозга при выполнении эмоциональных задач.
- Такие области, как миндалевидное тело и префронтальная кора, имеют решающее значение для обработки эмоций.
Цель исследования
- Изучить непосредственные и долгосрочные эффекты эмоционального контроля.
- Оценить активность мозга при выполнении задач по регуляции эмоций.
- Провести различие между эксплицитными и имплицитными стратегиями регуляции эмоций.
Используемые методы
- Участники оценивают эмоциональные изображения для анализа их эмоциональных реакций.
- Запоминание изображений оценивается после выполнения задачи по регуляции.
- Данные нейровизуализации регистрируются во время выполнения задачи по оценке эмоций.
- Контроль эмоций индуцируется с помощью явных инструкций или имплицитного прайминга.
Основные результаты
- Определены области мозга, участвующие в обработке и регуляции эмоций.
- Продемонстрированы различия в нейронной активности в зависимости от стратегии регуляции.
- Получены данные об эффективности эксплицитного контроля по сравнению с имплицитным.
- Внесен вклад в понимание эмоциональной регуляции у различных групп населения.
Выводы
- Данный протокол эффективно выявляет нейронные корреляты регуляции эмоций.
- Полученные результаты имеют значение для клинических методов лечения эмоциональных расстройств.
- Будущие исследования могут опираться на эти данные для изучения дальнейших возможностей применения.
Часто задаваемые вопросы
Значимость для промышленности
Понимание нейронных механизмов регуляции эмоций дает важные сведения для валидации мишеней при поиске нейропсихиатрических лекарственных средств, особенно для расстройств, сопровождающихся эмоциональной дисрегуляцией, таких как депрессия и тревога. Данный протокол на основе фМРТ позволяет снизить риски за счет установления связи между стратегиями когнитивного контроля и измеряемой нейронной активностью в цепях «префронтальная кора — миндалевидное тело», что повышает прогностическую уверенность в связывании с мишенью и модуляции сигнального пути. Возможность разграничения эксплицитных и имплицитных процессов регуляции имеет трансляционное значение для идентификации биомаркеров и оценки влияния соединений на сети эмоциональной обработки.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Первичный поиск и валидация мишени
- Научная ценность: Позволяет проверять терапевтические гипотезы путем измерения нейронной активности в контурах регуляции эмоций во время эксплицитного и имплицитного индуцирования контроля.
- Операционная ценность: Способствует снижению биологических рисков за счет количественных показателей фМРТ в областях миндалевидного тела и префронтальной коры, связанных с обработкой эмоций.
- Прогностическая ценность: Облегчает оценку достоверности мишени путем корреляции стратегии регуляции с изменениями нейронного сигнала, что помогает в уточнении путей и валидации механизмов действия.
Скрининг и разработка анализа
- Готовность анализа: Подготовка валидированных биологических систем (нейронных реакций человека) для последующего скрининга путем стандартизации протоколов индукции эмоционального стресса и регуляции.
- Количественные показатели: Получение воспроизводимых измерений гемодинамического ответа (процентное изменение сигнала), что позволяет проводить надежную оценку соединений в различных условиях.
- Повторное использование платформы: Обеспечение масштабируемой оценки эмоциональной памяти и эффектов немедленной регуляции, что поддерживает лонгитюдный мониторинг биомаркеров в доклинических и клинических моделях.
Трансляционные и доклинические исследования
- Клиническая значимость: Напрямую моделирует эмоциональную дисрегуляцию, наблюдаемую при депрессии и тревожных расстройствах, что позволяет сопоставлять трансляционные биомаркеры через нейронные корреляты успешности или неудачи регуляции.
- Преклиническая преемственность: Обеспечивает переход от этапа поиска к преклинической валидации, предоставляя релевантную для человека систему для тестирования воздействия на мишени в сетях регуляции эмоций.
- Продвижение с учетом рисков: Помогает в принятии решений о продолжении или прекращении разработки (go/no-go) путем выявления соединений, которые нормализуют аберрантную нейронную активность в цепях префронтальной коры и миндалевидного тела при выполнении задач по регуляции эмоций.
Интеграция конвейеров и рабочих процессов
Этот метод интегрируется в общий процесс разработки — от валидации мишени и идентификации ведущих соединений до доклинической оценки, предоставляя релевантную для человека систему анализа для скрининга соединений на основе механизма действия в нейропсихиатрии.
- Открытия в биологии: способствует проверке гипотез путем изоляции влияния эксплицитной и имплицитной регуляции эмоций на нейронную активность в ключевых цепях.
- Скрининг: обеспечивает стандартизацию и воспроизводимость анализа за счет контролируемого предъявления эмоциональных изображений и блоков индукции регуляции.
- Аналитика: предоставляет количественные показатели нейронной активности (изменения BOLD-сигнала в миндалевидном теле, латеральной и медиальной префронтальной коре), что позволяет проводить сравнение между условиями и оценивать воздействие на мишени.
- Трансляционные исследования: связывает с доклинической работой через измерения эмоциональной памяти и эффектов регуляции, которые отражают клинические конечные точки при аффективных расстройствах.
- Корпоративное повторное использование: функционирует как многократная платформа нейрофенотипирования для оценки различных соединений, воздействующих на пути эмоционального контроля.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: Обеспечивает прогностическую достоверность за счет снижения механистической неопределенности в вопросе того, как соединения влияют на эксплицитную и имплицитную регуляцию эмоций.
- Операционная ценность: Гарантирует стандартизацию и воспроизводимость благодаря сбалансированным планам задач, фиксированным временным параметрам и заранее определенным областям интереса.
- Стратегическая ценность: Повышает эффективность использования капитала, позволяя на ранних этапах снижать риски, связанные с мишенями, на основе модуляции нейронных механизмов, а не только на основе фенотипических результатов.
- Влияние на портфель: Поддерживает приоритизацию с учетом рисков путем выявления соединений, которые восстанавливают нормальную связь между префронтальной корой и миндалевидным телом при решении задач по регуляции эмоций.
Особенности реализации
- Требуется экспертными знаниями в области когнитивной нейробиологии, дизайна экспериментов фМРТ и валидации эмоциональных стимулов.
- Зависит от доступа к МРТ-сканеру, специализированного программного обеспечения для BOLD-анализа (например, SPM) и возможностей физиологического мониторинга.
- Необходима межкомандная стандартизация между нейробиологами, рентгенологами и аналитиками данных для обеспечения единообразия выполнения задач и предобработки.
- Требует учета адаптации при переносе методики на клинические группы или иные наборы эмоциональных стимулов (например, при наличии специфических для конкретного расстройства смещений валентности).
- Ограничено индивидуальной вариативностью базовой способности к регуляции эмоций и возможными влиянием эмоционального состояния или тревожности, вызванной пребыванием в сканере.
