Функциональные Формирование изображений с помощью арматуры, движения глаз, и физиологические мониторинга

В этом уроке показан метод изучения механизма подкрепления с помощью функциональной визуализации мозга или FMRI. В этом протоколе испытуемые проходят функциональную визуализацию во время выполнения задачи по принятию визуального решения, которая подкрепляется стимулами, которые вызывают отвращение, воздушная затяжка или нейтральный слуховой тон через очки, совместимые со сканером. Испытуемые должны решить, движется ли массив точек быстро или медленно.

Также контролируются движения глаз и физиологические реакции, такие как дыхание и частота сердечных сокращений. Привет, я Джек Грин Бэнд из лаборатории Винса Ферреры и Джой Хирш на факультете нейробиологии Колумбийского университета, и я Франко Паст. Также из лаборатории здесь, в Колумбийском университете.

Сегодня мы покажем вам процедуру функциональной визуализации с поведенческим подкреплением, физиологическим мониторингом и отслеживанием взгляда. Мы используем эту процедуру в нашей лаборатории для изучения процесса принятия решений с положительным и отрицательным подкреплением. Итак, приступим.

Первые шаги в проведении эксперимента FMR включают в себя настройку и проверку оборудования. Эти шаги могут быть выполнены в любом порядке во время наших экспериментов, испытуемые вознаграждаются за правильные поведенческие реакции. Вознаграждающим стимулом является любимый напиток испытуемого, доставляемый дозатором сока, который контролирует количество жидкости, подаваемой в рот испытуемого.

Диспенсер для сока состоит из резервуара, электромагнитного клапана, управляемого компьютером, и длинной трубки, которая подает сок к испытуемому. Все электронные компоненты этого дозатора хранятся за пределами комнаты сканера, поэтому они не вносят никаких артефактов в сигнал МРТ. Дозатор сока промывается и наполняется напитком, который испытуемый предпочитает.

Перед сканированием система проверяется, чтобы убедиться, что сок течет. За неправильные ответы испытуемые наказываются 50-миллисекундным вдохом воздуха в глаз. Регулятор давления обеспечивает контролируемую затяжку воздуха, которую субъект расценит как отвратительную, но не травматичную.

Регулятор давления изначально устанавливается на 30 фунтов на квадратный дюйм и подключается к источнику сжатого воздуха, которым может быть воздушный резервуар или воздух в доме. Электромагнитный клапан управляется сигналом компьютера. Воздух подается к объекту через кусок одной 16-дюймовой трубки тигона, которая держится короче примерно восьми футов.

Чтобы избежать задержки между моментом открытия клапана и временем, когда сжатый воздух достигает объекта, регулятор давления находится внутри комнаты сканера, потому что любое движение, такое как реакция на воздушные потоки или движение головы во время глотания, может внести артефакты в изображение FMRI. Прикусочная планка используется для минимизации движений головы. Прикусочная планка прикреплена к катушке RF и имеет специально установленный мундштук из термопластичного материала, трубку для подачи сока и мониторинга дыхательных газов встроена в мундштук.

Субъект должен просто поддерживать хороший контакт между верхними зубами и мундштуком. Важно сказать им, чтобы они не сильно прикусывали мундштук. Это приведет к тому, что их челюстные мышцы утомятся, сердцебиение контролируется во время эксперимента, чтобы позже удалить любые артефакты во время анализа данных, которые могут возникнуть из-за повышенного насыщения крови кислородом в мозге, а не из-за активности нейронов.

Чтобы измерить изменения оксигенации, связанные с сердечным циклом, мы используем пульсоксиметр для измерения оксигенации крови в кончике пальца с помощью инфракрасного датчика. Пульсоксиметр совместим с МРТ, а его выходной сигнал подается через фильтрующую панель в диспетчерскую, где он оцифровывается и хранится на компьютере. Мы также измеряем дыхание с помощью монитора дыхательных газов или RGM, который измеряет уровень углекислого газа в выдыхаемом воздухе.

Поскольку дыхание влияет на насыщение крови кислородом, RGM совместим с МРТ, и его выходные сигналы отправляются в диспетчерскую, где они оцифровываются и сохраняются на компьютере. Визуальная стимуляция обеспечивается парой совместимых со сканером очков, которые стимулируют оба глаза независимо друг от друга. Очки включают в себя миниатюрную инфракрасную камеру для измерения движений глаз для того, чтобы сказать, куда смотрит объект, мы отслеживаем движения глаз с помощью инфракрасного видео O иконографии.

Движения глаз влияют на положение визуальных стимулов на сетчатке, что влияет на зрительные реакции в мозге. Движения глаз также могут использоваться субъектом для обозначения слуховых реакций ВА. В этом методе инфракрасная камера используется для отслеживания движений зрачка.

Инфракрасный излучатель и камера встроены в пару специально разработанных очков. Это те самые очки, которые обеспечивают визуальную стимуляцию. Данные с очков обрабатываются специальным компьютером, который преобразует изображения глаза в аналоговые сигналы для горизонтального и вертикального положения глаз.

Сканер расположен в помещении с электрическим и магнитным экраном. Все электрические сигналы, идущие из диспетчерской в комнату сканера, проходят через фильтрующую панель, удаляя любые частоты, которые могли бы создать артефакт на МР-изображении. Перед сканированием каждый субъект должен пройти процедуру безопасности и получения согласия.

В исследовании разъясняются, обсуждаются все риски и субъект дает свое согласие. Этот процесс предназначен для защиты субъектов от принуждения, а также для защиты их частной жизни и здоровья. Объект проверяется на наличие металла в любом месте внутри или снаружи тела.

Перед экспериментом испытуемые испытывают жажду, добровольно ограничивая потребление жидкости в течение шести часов. Таким образом, сок, полученный во время эксперимента, становится чрезвычайно полезным. Когда объект будет готов к сканированию, он должен надеть беруши, чтобы защитить уши от шума сканера.

Субъект также должен надеть совместимые с МРТ наушники, чтобы общаться с исследователями и слышать инструкции. Во время сеанса сканирования мы используем взвешенные структурные изображения, которые дают четкое определение морфологии мозга испытуемого. Объект лежит пассивно и остается максимально неподвижным.

Во время этой фазы, которая длится около 10 минут, мы используем Т-две взвешенные функциональные последовательности, чтобы показать изменения в насыщении крови кислородом, которые коррелируют с нейронной активностью. Именно во время этой фазы испытуемый выполняет задачу по принятию решений на основе восприятия с помощью визуальных стимулов. Испытуемый видит узор из движущихся точек и делает перцептивное суждение об их направлении или скорости движения.

Испытуемый обозначает свою реакцию нажатием кнопок. Эти отклики подкрепляются соком правильных и воздушных затяжек. Если это не так, слуховые стимулы используются в качестве вторичных подкреплений.

Движения глаз постоянно контролируются во время этой фазы. Каждый экспериментальный прогон длится 11 минут, а сеанс сканирования состоит из четырех прогонов. Мы используем диффузионно-взвешенные изображения, DWI для определения структурной связи между областями мозга.

Во время этой фазы. Объект лежит неподвижно около 12 минут. Мы только что показали вам эксперимент по функциональной визуализации с поведенческим подкреплением, физиологическим мониторингом и отслеживанием взгляда.

Мы продемонстрировали, как использовать эту процедуру для изучения принятия решений с помощью аверсивного и миниатюрного подкрепления. Вот и все. Спасибо за просмотр и удачи в ваших экспериментах.