Summary
Apresentamos um protocolo que utiliza a ressonância magnética funcional para investigar os correlatos neurais do efeito de memória de reforço da emoção. Este protocolo permite a identificação da atividade cerebral ligada à memória, especificamente relacionados com o processamento, ao contrário do mais geral de processamento perceptual, e pode ser utilizado com populações saudáveis e clínicos.
Abstract
Eventos emocionais tendem a ser mais lembrado do que os não-emocional 1,2 eventos. Um dos objetivos da neurocientistas cognitivos e afetivos é entender os mecanismos neurais subjacentes a esta aumentando o efeito da emoção na memória. Um método que tem se mostrado particularmente influentes na investigação do efeito de memória de reforço da emoção é o chamado paradigma de memória subseqüentes (SMP). Este método foi originalmente usado para investigar os correlatos neurais da memória emocional não-3, e mais recentemente, e outros também aplicado com sucesso para estudos de memória emocional (revisto em 4, 5-7). Aqui, nós descrevemos um protocolo que permite a investigação dos correlatos neurais do efeito de memória de reforço da emoção usando o SMP em conjunto com eventos relacionados a ressonância magnética funcional (fMRI). Uma característica importante do SMP é que ele permite a separação da atividade cerebral associada especificamente com a memória de uma atividade mais geral associada com a percepção. Além disso, no contexto de investigar o impacto dos estímulos emocionais, SMP permite a identificação de regiões do cérebro cuja actividade é suscetível a modulação emocional de ambos geral / percepção e processamento da memória específica. Este protocolo pode ser utilizado em indivíduos saudáveis 15/08, bem como em pacientes clínicos onde há alterações no correlatos neurais da percepção emoção e preconceitos em recordar eventos emocionais, tais como aqueles que sofrem de depressão e pós-traumático (PTSD ) 16, 17.
Protocol
1. Projeto Experimental, questões metodológicas, e Estímulos
A SMP consistem de duas tarefas, uma tarefa de codificação e uma tarefa de recuperação e registro da atividade cerebral pode ocorrer durante a tarefa de codificação ou durante a codificação e tarefas de recuperação (veja a Figura 1 para um diagrama que ilustra a concepção do SMP).
Figura 1. Diagrama Geral do projeto SMP. Regiões do cérebro cuja actividade durante a codificação é maior para posteriormente se lembrou do que para itens posteriormente esquecidas (R> F) estão associados com o sucesso de codificação (ES). Da mesma forma, se esta diferença na memória (Dm) 3 é medido com base na comparação entre a atividade cerebral registrados durante a recuperação (Hits> Misses) identifica regiões associadas com a recuperação de sucesso (RS).
Vários aspectos importantes devem ser considerados em estudos utilizando o SMP, com estímulos emocionais:
- É importante para controlar as propriedades de estímulos emocionais, tais como valência emocional e excitação / intensidade, pois eles têm efeitos diferentes sobre a percepção emocional e, portanto, sobre a memória emocional 10, 26, 27. Comumente utilizados estímulos emocionais são as fotos do International Affective Picture System (IAPS) 23 e palavras de Normas Affective de Palavras em Inglês (NOVO) 24. IAPS imagens e ANEW palavras são controlados em duas grandes dimensões afetivas (ou seja, de valência - o grau de simpatia ou desagradável, e excitação - a intensidade emocional) que definem as propriedades de um estímulo emocional (ver 25). Outra categoria de estímulos freqüentemente utilizados em pesquisas emoção são faces humanas com expressões emocionais, como nós os do Fotos de Affect Facial ( http://www.paulekman.com ) eo NimStim ( http://www.macbrain.org/ ) sets.
- Outros fatores cujas manipulações também pode afetar o desempenho da memória e, portanto, contribuir para a versatilidade deste protocolo incluem: a. variação no tipo de tarefa de codificação usado (ie 11 incidentais, 13, 19 ou intencional 8, 20), b. o foco de codificação com relação ao conteúdo emocional dos estímulos (ou seja, com aspectos emocionais 8, 11 ou não-emocional como o principal foco 13, 19), e c. o tipo de tarefa de recuperação utilizado (ie recall 8, 11 ou reconhecimento 12, 20). Além disso, duração do estímulo também afeta o desempenho da memória 21, e, portanto, deve-se considerar também, juntamente com os fatores mencionados acima.
- Outras possíveis variáveis de confusão, tais como a presença humana e complexidade visual dos quadros emocionais e neutros 11 também deve ser controlado.
- É fundamental que o desempenho da memória para as condições de juros cai em intervalos razoáveis que permitam justo comparações estatísticas de ambos os dados de imagem de comportamento e no cérebro. Por exemplo, no nosso recall-cued tarefas, a proporção de ensaios lembrado e esquecido foi de cerca de 50% 8, 11. No entanto, porque em duas tarefas de reconhecimento de escolha deste nível de desempenho estaria perto de chance, maior nível de desempenho global é esperado. Neste caso, a comparação justa entre as condições lembrado e esquecido pode ser realizada por seleção aleatória de um número menor de ensaios lembrado para igualar o número de tentativas esquecido. Além disso, uma aumentando o efeito da emoção sobre a memória também deve estar presente nos dados comportamentais, refletido em maior proporção de ensaios lembrado por emocional do que para itens neutros.
- É também aconselhado que a indução de humor ser evitado, pois isso pode também afetar o desempenho 22. Isto pode ser feito por pseudo-randomização os estímulos emocionais para garantir que não mais de 2-3 estímulos de mesma valência são apresentados consecutivamente 11.
2. Preparando o assunto para a digitalização
Todos os Assuntos fornecer consentimento informado por escrito antes de executar o protocolo experimental, que foi aprovado por um Conselho de Ética.
Antes de entrar no quarto de digitalização
- Cerca de 45 minutos antes do exame de cada assunto completa questionários para avaliar o estado emocional geral e nível de ansiedade 28, 29. Estas avaliações iniciais são usados em combinação com pós-sessão avaliações para triagem de alterações de humor / ansiedade como resultado de sua participação no estudo.
- Após o preenchimento dos questionários, o sujeito é informado sobre os procedimentos de digitalização e dado instruções específicas para a tarefa comportamental. O assunto também completa uma curta sessão de treinos para se familiarizar com a tarefa.
Entrando no ScanniQuarto ng
- O sujeito é instruído a mentir em posição supina na mesa de digitalização, com amortecimento adicional para a cabeça, e é dada protecção para os ouvidos. Além disso, o lado não-adesivo de um comprimento de fita pode ser embrulhado levemente em torno da testa do sujeito para ajudar a minimizar o movimento.
- Antes da digitalização, a mão direita do sujeito é posicionado em uma caixa de resposta e resposta da caixa é testada. Antes de iniciar a coleta de dados, também deve ser garantido que o assunto pode ver a tela de projeção de forma clara. Um botão de parada de emergência é colocado nas proximidades mão livre do sujeito para que ele / ela pode indicar qualquer necessidade urgente de parar o scanner.
- Em nossos estudos, estímulos foram apresentados utilizando CIGAL, um in-house software de apresentação de dados do programa 30, mas outros softwares também estão disponíveis, incluindo E-prime, SuperLab, Apresentação, ea Psychtoolbox Matlab-based.
- Com base em nossas investigações, nós recomendamos que a duração das tarefas que envolvam o estímulo digitalizados emoção não deve ter mais do que 1h, eo tempo de varredura global não deve exceder 2 horas; também, se possível este último deve ser reduzida em 17 grupos clínicos.
3. A gravação de dados e processamento
Digitalização Parâmetros
No estudo original de Dolcos e colegas 11, os dados foram coletados em ressonância magnética de 1,5 Tesla GE scanner. Full-cérebro cobertura foi adquirida via contígua 34 gradiente-eco imagens echoplanar (EPIs) sensível ao nível de oxigênio no sangue dependente (BOLD) contraste, definido paralelo ao plano AC-PC no plano axial (TR = 3000ms; TE = 40ms; FOV = 64 2 imagem matriz; FA = 90 °; espessura de corte = mm 3,75). Os parâmetros de digitalização usados aqui foram bem adaptados para identificar ativações no lóbulo medial temporal (MTL) estruturas, mas outros parâmetros de digitalização optimizada para maior resolução espacial também podem ser usados 33-35.
Procedimentos pós-digitalização
- O assunto termina questionários para avaliar o humor Estado e os níveis de ansiedade e, se não realizada antes da sessão de digitalização, as avaliações de traços de personalidade (por exemplo, neuroticismo excitação, emocional) também pode ser recolhida.
- Se a atividade de recuperação não é registrada durante a sessão de varredura, a tarefa de recuperação pode ser realizada após a sessão de varredura, ou em um momento posterior. Se ainda não estiver realizado no scanner, uma tarefa de classificação emocional pode ser usado para avaliar a resposta emocional do sujeito aos estímulos. Desta forma, a separação de categorias emocionais e neutro pode ser feito com base nas classificações dos participantes, ao invés de, baseados nos escores normativos. No entanto, esta tarefa deve ser realizada após a tarefa de recuperação.
- Para maximizar o efeito da emoção na memória, um atraso mínimo de ~ 20 minutos tem de ocorrer entre codificação e recuperação de 18. No entanto, o atraso pode ser muito maior, de minutos a dias, semanas e meses, como o impacto da emoção na memória pode ser de longa duração e de recolhimento emocional tende a persistir horas extras em relação ao recolhimento neutra 12, 13.
A tarefa de memória
O foco principal do presente protocolo está em resultados de um estudo utilizando um teste de memória cued-recall 11, no qual os participantes tiveram acesso a pistas verbais para cada foto e eles tiveram que apresentar por escrito os detalhes sobre as imagens que se lembrava. No entanto, as tarefas de recuperação de outros também pode ser usado. De particular relevância é o chamado paradigma RK 31, uma tarefa de reconhecimento da memória em que os participantes categorizar cada item recuperado com base em se lembrar de detalhes específicos do contexto de codificação (Lembre-se de respostas) ou simplesmente ter a sensação de familiaridade que eles encontraram os itens ( saber as respostas). Usado com fMRI e com estímulos emocionais, esta tarefa permite a dissociação não só dos correlatos neurais da lembrança versus familiaridade com base de recuperação de 32, mas também a identificação de efeitos diferenciais de emoção sobre estes dois tipos de recuperação, e os associados neural correlaciona 12.
fMRI Análise de Dados
Statistical Parametric Mapping (SPM: ( http://www.fil.ion.uc.uk/spm/ ) em combinação com as ferramentas Matlab baseado em casa foram usados para análise de processamento de dados pré tipicamente envolve:. garantia de qualidade de imagem, alinhamento, correção de movimento, co-registro, normalização e suavização (8 mm 3 Kernel), mas se as análises envolvem regiões anatomicamente definidas de interesse (ROIs), o aumento da especificidade espacial é obtido se os dados não são suavizadas e normalizados (ver 11). individuais e de grupo em nível de análises estatísticas envolvem comparações de codificação / recuperação de atividade cerebral com base nos subsequentes memory desempenho. O efeito modulador da emoção sobre a atividade relacionadas com a memória pode ser visto em áreas com maior ES / RS Dm ou atividade emocional do que para a estímulos neutros (ver Figura 2). Investigações visando atividade MTL permitir a identificação de dissociações funcionais, que estão ligadas ao conteúdo emocional dos estímulos (memória emocional versus neutras; 11), o tipo de memória que está sendo estudado (item vs memória fonte; 19), ou o tipo de recuperação tarefa (lembrança versus familiaridade baseada, 12, 36). Investigação de regiões do cérebro fora do MTL áreas particularmente alvo no córtex pré-frontal (PFC), que são diferencialmente envolvidas na memória emocional neutra versus 10, 20.
Figura 2. Identificação de memória relacionados a atividade do cérebro sensíveis aos Emotion Modulation Além de permitir a identificação de memória relacionada com a atividade do cérebro que é sensível à emoção de modulação (EmoDm / RS> NeuDm / RS, ou seja, mostrando as interações de memória emoção x)., Este projeto também permite a identificação de regiões do cérebro cuja actividade reflete efeitos emoção sobre o processamento geral / perceptual [(R + Emotion Emotion F)> (+ R Neutral Neutral F), ou seja, mostrando os principais efeitos da emoção], bem como efeitos globais da memória [( Emoção R + Neutro R)> (F + Emotion Neutral F), ou seja, mostrando os principais efeitos da memória].
4. Resultados representativos:
O emprego do SMP em estudos da memória emocional tem sido bem sucedida em lançar luz sobre os correlatos neurais do efeito de memória de reforço da emoção. Proporcionando um forte apoio para a hipótese de modulação 37, 38, os estudos de codificação de memória ter encontrado evidências que suportam a idéia de que a emoção aumenta a memória através de influências moduladoras da amígdala, uma região do cérebro envolvida no processamento de emoções, sobre a atividade na memória relacionada com regiões do cérebro, tais como o lobo-temporal medial (MTL 11, ver Figura 3) eo córtex pré-frontal (PFC 10). Além disso, estudos de recuperação da memória fornecem mais evidências de que a hipótese de modulação também se aplica a recuperação, e que várias regiões MTL são diferencialmente envolvidas na lembrança versus familiaridade com base em recuperação de memórias emocionais 12.
Figura 3. Evidência para a hipótese de modulação. Apoiar a hipótese de modulação, o efeito de memória de reforço de emoção foi associada com aumento da ES / atividade Dm (A) e interações (B) entre a amígdala eo sistema de memória MTL (ilustrado na C & D) . Os gráficos de barras comparar a mudança de sinal por cento para ES emocional e neutro / Dm, como extraído da fatia de activação de pico e média entre os hemisférios. O scattergrams mostrar a co-variação entre ES / Dm atividade na amígdala eo córtex entorrinal para quadros emocionais e neutros. ES / Dm = Codificação de sucesso / Diferença devido à memória. De Dolcos et al. 11, com permissão.
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Discussion
Este protocolo experimental permite investigação dos correlatos neurais do efeito de memória de reforço da emoção, especificamente por separar a atividade do cérebro relacionadas à memória que é suscetível a modulação pela emoção da atividade nas regiões cerebrais suscetíveis à modulação emoção durante o processamento geral / perceptual. Este projeto tem sido fundamental para avançar na compreensão dos mecanismos neurais subjacentes ao impacto da emoção na memória, e dada a sua versatilidade, espera-se que o SMP continuará a ser indispensável na determinação de como os vários aspectos presentes no momento de um evento é experiente, mais tarde, afetar a capacidade de lembrar e re-experimentar uma memória para o evento e as emoções associadas. Além disso, este protocolo pode ser facilmente adaptado para investigar os correlatos neurais associados a vieses no processamento emocional e memória que são normalmente encontrados em populações específicas clínica (por exemplo, depressão e pacientes de TEPT) 16, 17. Implementação bem sucedida do SMP para investigar o efeito de memória emocional depende de adequada considerando os fatores mencionados acima, incluindo as manipulações que podem influenciar as respostas durante a codificação e / ou tarefas de recuperação.
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Disclosures
Não há conflitos de interesse declarados.
Acknowledgments
FD foi apoiado por um Young Investigator Award da Aliança Nacional de Pesquisa em Esquizofrenia e Depressão e um prêmio CPRF da Fundação de Pesquisa do Canadá Psiquiátrica.
References
- Bradley, M. M., Greenwald, M. K., Petry, M. C., Lang, P. J. Remembering pictures: pleasure and arousal in memory. J Exp Psychol Learn Mem Cogn. 18, 379-390 (1992).
- Christianson, S. A. Emotional stress and eyewitness memory: a critical review. Psychol Bull. 112, 284-309 (1992).
- Paller, K. A., Wagner, A. D. Observing the transformation of experience into memory. Trends Cogn Sci. 6, 93-102 (2002).
- Dolcos, F. The Impact of Emotion on Memory: Evidence from Brain Imaging Studies. , VDM Verlag Dr. Muller. (2009).
- Dolcos, F., Denkova, E. Neural correlates of encoding emotional memories: a review of functional neuroimaging evidence. Cell Science Reviews. 5, 78-122 (2008).
- Dolcos, F., LaBar, K. S., Cabeza, R. The memory-enhancing effect of emotion: Functional neuroimaging evidence. Memory and Emotion: Interdisciplinary Perspectives. Uttl, B., Ohta, N. , Blackwell Publishing. 107-134 (2006).
- LaBar, K. S., Cabeza, R. Cognitive neuroscience of emotional memory. Nat Rev Neurosci. 7, 54-64 (2006).
- Dolcos, F., Cabeza, R. Event-related potentials of emotional memory: encoding pleasant, unpleasant, and neutral pictures. Cogn Affect Behav Neurosci. 2, 252-263 (2002).
- Dolcos, F., Graham, R., LaBar, K. S., Cabeza, R. Coactiviation of the amygdala and hippocampus predicts better recall for emotional than for neutral pictures. Brain & Cognition. 51, 221-223 (2003).
- Dolcos, F., LaBar, K. S., Cabeza, R. Dissociable effects of arousal and valence on prefrontal activity indexing emotional evaluation and subsequent memory: an event-related fMRI study. Neuroimage. 23, 64-74 (2004).
- Dolcos, F., LaBar, K. S., Cabeza, R. Interaction between the amygdala and the medial temporal lobe memory system predicts better memory for emotional events. Neuron. 42, 855-863 (2004).
- Dolcos, F., LaBar, K. S., Cabeza, R. Remembering one year later: role of the amygdala and the medial temporal lobe memory system in retrieving emotional memories. Proc Natl Acad Sci U S A. 102, 2626-2631 (2005).
- Ritchey, M., Dolcos, F., Cabeza, R. Role of amygdala connectivity in the persistence of emotional memories over time: an event-related FMRI investigation. Cereb Cortex. 18, 2494-2504 (2008).
- Jacques, S. t, Dolcos, P. L., Cabeza, F., R, Effects of aging on functional connectivity of the amygdala for subsequent memory of negative pictures: a network analysis of functional magnetic resonance imaging data. Psychol Sci. 20, 74-84 (2009).
- Jacques, S. t, Dolcos, P., Cabeza, F., R, Effects of aging on functional connectivity of the amygdala during negative evaluation: a network analysis of fMRI data. Neurobiol Aging. 31, 315-327 (2010).
- Hayes, J. P., LaBar, K. S., McCarthy, G. Reduced hippocampal and amygdala activity predicts memory distrotions for trauma reminders in combat-related PTSD. J Psychiatr Res. , (2011).
- Ritchey, M., Dolcos, F., Eddington, K. M., Strauman, T. J., Cabeza, R. Neural correlates of emotional processing in depression: Changes with cognitive behavioral therapy and predictors of treatment response. Journal of Psychiatric Research. , (2010).
- Kleinsmith, L. J., Kaplan, S. Paired-associate learning as a function of arousal and interpolated interval. J Exp Psychol. 65, 190-193 (1963).
- Kensinger, E. A., Schacter, D. L. Amygdala activity is associated with the successful encoding of item, but not source, information for positive and negative stimuli. J Neurosci. 26, 2564-2570 (2006).
- Kensinger, E. A., Corkin, S. Two routes to emotional memory: distinct neural processes for valence and arousal. Proc Natl Acad Sci U S A. 101, 3310-3315 (2004).
- Kensinger, E. A., Garoff-Eaton, R. J., Schacter, D. L. Memory for specific visual details can be enhanced by negative arousing content. Journal of Memory and Language. 54, 99-112 (2006).
- Bradley, M. M., Cuthbert, B. N., Lang, P. J. Picture media and emotion: effects of a sustained affective context. Psychophysiology. 33, 662-670 (1996).
- Lang, P. J., Bradley, M. M., Cuthbert, B. N. Technical Report A-8. International affective picture system (IAPS): Affective ratings of pictures and instruction manual. , University of Florida. Gainesville, FL. (2008).
- Lang, P. J., Bradley, M. M., Cuthbert, B. N. Technical report C-1. Affective norms for English workds (ANEW): Stimuli, instruction manual and affective ratings. , The Center for Research in Psychophysiology, University of Florida. Gainesville, FL. (2008).
- Bradley, M. M., Lang, P. J. Measuring emotion: the Self-Assessment Manikin and the Semantic Differential. J Behav Ther Exp Psychiatry. 25, 49-59 (1994).
- Kensinger, E. A. Remembering emotional experiences: the contribution of valence and arousal. Rev Neurosci. 15, 241-251 (2004).
- Hamann, S. B., Ely, T. D., Grafton, S. T., Kilts, C. D. Amygdala activity related to enhanced memory for pleasant and aversive stimuli. Nat Neurosci. 2, 289-293 (1999).
- Watson, D., Clark, L. A., Tellegen, A. Development and validation of brief measures of positive and negative affect: the PANAS scales. J Pers Soc Psychol. 54, 1063-1070 (1988).
- Spielberger, C. D., Gorsuch, R. L., Lushene, R. E. Manual for the State-Trait Anxiety Inventory. , Consulting Psychologists Press. Palo Alto, CA. (1970).
- Voyvodic, J. T. Real-Time fMRI Paradigm Control, Physiology, and Behavior Combined with Near Real-Time Statistical Analysis. NeuroImage. 10, 91-106 (1999).
- Tulving, E. Memory and consciousness. Canadian Psychology. 26, 1-12 (1985).
- Eldridge, L. L., Knowlton, B. J., Furmanski, C. S., Bookheimer, S. Y., Engel, S. A. Remembering episodes: a selective role for the hippocampus during retrieval. Nat Neurosci. 3, 1149-1152 (2000).
- Kirwan, C. B., Jones, C. K., Miller, M. I., Stark, C. E. L. High-resolution fMRI investigation of the medial temporal lobe. Human Brain Mapping. 28, 959-966 (2007).
- Preston, A. R., Bornstein, A. M., Hutchinson, J. B., Gaare, M. E., Glover, G. H., Wagner, A. D. High-resolution fMRI of Content-sensitive Subsequent Memory Responses in Human Medial Temporal Lobe. Journal of Cognitive Neuroscience. 22, 156-173 (2010).
- Robinson, S., Pripfl, J., Bauer, H., Moser, E. The impact of EPI voxel size on SNR and BOLD sensitivity in the anterior medio-temporal lobe: a comparative group study of deactivation of the Default Mode. Magnetic Resonance Materials in Physics, Biology and Medicine. 21, 279-290 (2008).
- Daselaar, S. M., Fleck, M. S., Cabeza, R. Triple Dissociation in the Medial Temporal Lobes: Recollection, Familiarity, and Novelty. Journal of Neurophysiology. 96, 1902-1911 (2006).
- McGaugh, J. L. Memory--a century of consolidation. Science. 287, 248-251 (2000).
- McGaugh, J. L. The amygdala modulates the consolidation of memories of emotionally arousing experiences. Annu Rev Neurosci. 27, 1-28 (2004).
