Сканирование мозга Исследование умаление Влияние эмоций на когнитивные

Общая цель данного экспериментального протокола заключается в исследовании нейронных коррелятов пагубного влияния эмоций на когнитивные функции с акцентом на процессы рабочей памяти. Это достигается путем регистрации мозговой активности с помощью FMRI, в то время как участники выполняют задание на рабочую память с эмоциональным отвлечением, предъявляемым в интервале задержки между запоминанием и зондами; после создания базового задания на рабочую память дистракторы подбираются в соответствии с целями исследования и целевыми группами. Например, если конкретные эмоции не являются целью, могут быть использованы эмоциональные стимулы, вызывающие общие эмоциональные реакции, положительные или отрицательные.

В то же время, если целью является изучение влияния конкретных эмоций, таких как страх, в качестве отвлекающих факторов могут использоваться стимулы, вызывающие страх, как у здоровых добровольцев, так и у участников с клиническими диагнозами. Затем анализируются поведенческие данные и данные нейровизуализации, полученные во время выполнения участниками задачи на рабочую память в условиях отвлечения, чтобы выявить дифференциальное влияние эмоционального отвлечения на эффективность рабочей памяти и соответствующие нейронные корреляты. Полученные результаты демонстрируют паттерны мозговой активности, связанные с негативным влиянием эмоционального отвлечения на эффективность рабочей памяти, а также активность мозга, связанную со способностью справляться с эмоциональным отвлечением. Типичные целевые области мозга включают зоны, связанные со способностью сохранять концентрацию, которые являются частью так называемой дорсальной исполнительной нейронной системы (показана здесь синим цветом), и области, участвующие в обработке эмоций, которые входят в состав вентральной аффективной системы (показана красным цветом).

Значение данного метода распространяется на понимание и, возможно, диагностику тревожных расстройств, таких как посттравматическое стрессовое расстройство, поскольку он позволяет выявлять изменения, связанные с дисфункциональными реакциями на эмоциональное отвлечение. Основным преимуществом этого метода перед существующими подходами, включающими одновременное предъявление релевантной цели информации и иррелевантного эмоционального отвлечения, является то, что он позволяет лучше дифференцировать нейронные корреляты реакции на эмоциональное отвлечение от коррелятов, связанных с текущими когнитивными процессами. Более того, эта парадигма позволяет исследовать не только нейронные корреляты когнитивной интерференции, но и нейронные реакции при преодолении эмоционального отвлечения.

Основной задачей данного протокола является задание на рабочую память с отложенным ответом, в котором новые эмоциональные и неэмоциональные стимулы предъявляются в качестве нерелевантных дистракторов в интервале задержки между фазами запоминания и тестирования. Для перцептивного контроля могут быть использованы перепутанные версии стимулов с идентичными базовыми свойствами, такими как пространственная частота и яркость, что и у реальных дистракторов. В качестве базового контроля также могут использоваться пробы без дистракции.

Следует отметить, что эмоциональные и неэмоциональные дистракторы должны использоваться в разных пробах. Кроме того, для усиления эффекта рекомендуется подбирать дистракторы со схожими эмоциональными и семантическими свойствами. Эмоциональные и нейтральные дистракторы в представленном исходном дизайне могут быть выбраны из международной системы эффективных изображений (IAPS), однако аналогичные результаты можно получить и с другими новыми стимулами, подходящими в качестве дистракторов.

Например, лица с выражением гнева могут вызывать специфические эмоциональные реакции, такие как социальная тревога, и, следовательно, могут быть эффективны при исследовании влияния кратковременных тревожных отвлекающих факторов на рабочую память. Аналогично, у клинических участников, таких как пациенты с посттравматическим стрессовым расстройством, специфичность отвлекающего фактора может быть усилена путем предъявления стимулов, связанных с травмой. Например, использование изображений боевых действий у ветеранов войны с ПТСР.

Если для усиления воздействия используются вызывающие тревогу стимулы с изображениями лиц, мы рекомендуем использовать их морфинг, как показано здесь, вместо представления лиц в виде статических изображений. Используя выбранное вами программное обеспечение для предъявления стимулов, настройте данное задание как эксперимент с событийным дизайном (event-related design), где в задаче на рабочую память предъявляются три лица, за которыми следуют новые дистракторы. Участникам следует дать инструкцию сохранять фокус на мерене, продолжая при этом обрабатывать дистракторы, и быстро и точно отвечать на одиночные пробы с изображениями лиц, нажимая кнопку ответа: одну — для обозначения старого или запомненного лица, и вторую — для обозначения нового. Дополнительно могут быть внедрены манипуляции, повышающие чувствительность задачи на рабочую память для выявления поведенческих различий, например, оценка уверенности участника в своих ответах.

Обратите внимание, что в данном примере временные интервалы приведены только для иллюстрации и не соответствуют реальному времени выполнения задачи. Наконец, сложность задачи на рабочую память можно варьировать, изменяя наличие цвета и/или дополнительных черт лица в запоминаемых объектах, а также степень сходства лиц, которые предъявляются испытуемому. Обязательно получите письменное информированное согласие и проведите проверку на соответствие требованиям безопасности МРТ.

Также необходимо оценить ваше текущее эмоциональное состояние, а также такие черты личности, как тревожность и эмоциональная реактивность. Я бы хотел, чтобы вы заполнили несколько опросников для оценки вашего текущего эмоционального состояния. Хорошо, это должно занять около 10 минут перед началом сканирования.

Подробно ознакомьте участника с процедурами сканирования и дайте конкретные инструкции по выполнению поведенческого задания, чтобы избежать дискомфорта и помочь участнику лучше освоиться с заданием. Также проведите для участника краткую тренировочную сессию. После этого сопроводите испытуемого в помещение для сканирования и попросите его лечь на спину на столе сканера.

Обеспечьте защиту органов слуха, а также предоставьте изолирующие наушники для связи во время сканирования; разместите дополнительную мягкую подкладку вокруг головы, чтобы обеспечить комфорт во время процедуры и минимизировать движения. Кроме того, можно слегка обернуть лоб участника полоской клейкой ленты нелипкой стороной. Чтобы дополнительно ограничить движение головы, удобно расположите правую руку испытуемого на блоке ответов и убедитесь в исправности кнопок ответа.

Разместите кнопку экстренной остановки рядом, чтобы испытуемый мог сообщить о необходимости срочно остановить сканирование, и перед тем как отправить испытуемого в сканер, убедитесь, что он четко видит проекцию экрана для предъявления стимулов. Теперь получите структурное изображение с высоким разрешением, взвешенное по T1, например, с помощью последовательностей SPGR или MP rage. Затем настройте функциональные серии так, чтобы обеспечить полный охват головного мозга.

В наших первоначальных исследованиях с использованием сканера 4 Тл мы получали аксиальные серии из 30 функциональных срезов с размером вокселя 4×4×4 мм, используя инверсную спиральную импульсную последовательность со следующими параметрами: TR 2000 мс, TE 31 мс и полем обзора 256×256 мм. Недавно мы также адаптировали парадигму для сканера 1,5 Тл, используя следующие параметры: 28 функциональных срезов с размером вокселя 4×4×4 мм, полученных в аксиальной проекции с помощью эхо-планарной последовательности (Echo Planar) при TR 2000 мс, TE 40 мс и поле обзора 256×256 мм. Сообщите испытуемому, что функциональная визуализация сейчас начнется, и напомните ему или ей о предстоящих задачах. Запустите сканер синхронно с парадигмой. По завершении сканирования помогите испытуемому выйти из сканера и проведите поведенческую оценку для определения чувствительности участника к дистракторам путем оценки эмоциональной интенсивности дистракторов и субъективно воспринимаемой степени отвлекаемости. Индивидуальные различия в этих оценках могут быть использованы для изучения их влияния на нейронные механизмы, опосредующие пагубное воздействие эмоций на когнитивные функции, или для идентификации областей мозга, участвующих в преодолении эмоционального отвлечения.

В завершение обязательно поблагодарите испытуемого за участие в эксперименте. После сбора данные можно проанализировать с помощью любого программного пакета для обработки фМРТ, например, статистического параметрического картирования, широко известного как SPM. В нашей лаборатории эта программа используется в сочетании с собственными инструментами на базе MATLAB.

Предварительная обработка включает типичные этапы: контроль качества, выравнивание изображений, коррекцию движения, корегистрацию, нормализацию и пространственное сглаживание с использованием ядра размером 8 мм. При использовании SPM применяется общая линейная модель для оценки соответствия зарегистрированных данных по каждому интересующему условию заданной функции гемодинамического ответа. В качестве альтернативы данные для каждого условия могут быть выборочно усреднены для анализа исходного сигнала фМРТ, связанного с каждым условием, без предварительных предположений о форме функции гемодинамического ответа.

Затем контрасты интереса выявляют изменения по сравнению с состоянием до стимула, базовым уровнем, а также различия между одним условием и другим. При использовании данного экспериментального протокола мы рекомендуем применять инструменты анализа, позволяющие оценивать изменения сигнала фМРТ по каждой временной точке как на индивидуальном, так и на групповом уровнях. Статистический анализ включает сравнение активности мозга в зависимости от типа дистрактора. Кроме того, проводятся корреляции данных нейровизуализации с субъективными или объективными показателями отвлекаемости и индексирующими баллами.

Также можно провести оценку личностных характеристик, чтобы изучить, как активность мозга коррелирует с индивидуальными различиями по этим показателям. Здесь мы демонстрируем базовую процедуру выявления взаимосвязей между работой мозга и поведением с использованием межсубъектных корреляций между активностью мозга и субъективными оценками отвлекаемости. Сначала для каждого испытуемого рассчитываются индивидуальные показатели отвлекаемости.

Во-вторых, их корреляции с изменениями активности мозга рассчитываются либо по вокселям, либо с использованием сигнала фМРТ, извлеченного из конкретных областей интереса (ROI). В-третьих, строятся диаграммы рассеяния этих корреляций. Анализы во всех наших исследованиях с использованием данного протокола обычно включали оценку изменений сигнала фМРТ, наблюдаемых в интервале задержки при предъявлении дистракторов, однако также может быть исследована активность, синхронизированная по времени с другими событиями, такими как зонды. Здесь мы иллюстрируем основные результаты нашего первоначального исследования с использованием эмоциональных и нейтральных дистракторов, отобранных из Международной системы эффективных изображений (IAPS).

На центральной панели представлены карты активации прямого контраста между условиями с наибольшим и наименьшим уровнем отвлекающего воздействия, наложенные на изображение мозга высокого разрешения, отображенное в латеральном виде правого полушария. Основное внимание уделено активности, зарегистрированной в течение интервала задержки, когда предъявлялись дистракторы. Активность в дорсальной исполнительной нейронной системе показана синим цветом, а активность в вентральной аффективной системе — красным цветом.

Цветные горизонтальные полосы в нижней части изображения мозга указывают градиент значений T карт активации. Боковые панели иллюстрируют временные курсы изменений активности мозга во время выполнения задачи на рабочую память с отвлечением: на верхних панелях показана активность в дорсальных исполнительных областях, таких как дорсолатеральная префронтальная кора и латеральная теменная кора, а на нижних — активность в областях вентральной аффективной системы, таких как вентролатеральная префронтальная кора, или в областях, подверженных аффективной модуляции, таких как веретеновидная извилина. Временные курсы, выделенные синим цветом, соответствуют бессмысленному перемешанному дистрактору, красным — эмоциональному дистрактору, а желтым — нейтральному дистрактору в условиях бессмысленного отвлечения.

Стабильная активность наблюдалась в областях дорсальной исполнительной системы. Присутствие эмоционального дистрактора усиливало активность в областях вентральной аффективной системы, одновременно снижая активность в дорсальной системе и ухудшая показатели рабочей памяти, что соответствовало поведенческому эффекту; присутствие нейтральных дистракторов вызывало промежуточный уровень активности в обеих системах. Эта дорсо-вентральная диссоциация была систематически воспроизведена и оказалась специфичной именно для эмоционального отвлечения.

Данная экспериментальная парадигма также позволяет определить области мозга, участвующие в преодолении эмоционального отвлечения. Например, корреляционный анализ активности областей мозга, чувствительных к наличию эмоционального отвлечения, выявил зоны в вентральной латеральной префронтальной коре, активность которых отрицательно коррелировала с показателями эмоциональной отвлекаемости для эмоциональных, но не для нейтральных дистракторов. В частности, участники с более высокой активностью в этой области воспринимали эмоциональные дистракторы как менее отвлекающие и оценивали их соответствующим образом.

Эти результаты свидетельствуют о роли данной области в преодолении отвлекающих эмоций. Разработка этой парадигмы открыла исследователям в области взаимодействия эмоций и когнитиции возможность изучать нейрокорреляты как реагирования на эмоциональное отвлечение, так и способов борьбы с ним как в здоровых, так и в клинических популяциях. После просмотра этого видео вы должны получить четкое представление о том, как использовать данный протокол для исследования нейрокоррелятов когнитивного вмешательства, вызванного эмоциональным отвлечением, и как адаптировать его под ваши собственные экспериментальные нужды.