Brain Imaging Utredning av Memory-ökad påverkan av Emotion

Summary

Vi presenterar ett protokoll som använder funktionell magnetisk resonanstomografi att undersöka neurala korrelat till minnet som förbättrar effekten av känslor. Detta protokoll möjliggör identifiering av hjärnans aktivitet specifikt kopplade till minne-relaterade bearbetning, i motsats till mer allmänna perceptuella behandling, och kan användas med friska och kliniska populationer.

Abstract

Känslomässiga händelser tenderar att vara bättre ihågkommen än icke-emotionella händelser ^1,2. Ett mål av kognitiva och affektiva neuroforskare är att förstå de neurala mekanismerna bakom detta ökad påverkan av känslor på minnet. En metod som har visat sig särskilt inflytelserika i utredningen av minnet som förbättrar effekten av känslor är den så kallade efterföljande minne paradigm (SMP). Denna metod användes ursprungligen för att undersöka neurala korrelat av icke-emotionella minnen ^3, och på senare tid vi och andra tillämpas även den framgångsrikt till studier av emotionella minne (över ^{4, 5-7).} Här beskriver vi ett protokoll som gör undersökning av neurala korrelat av minnet som förbättrar effekten av känslor med hjälp av SMP i samband med event-relaterade funktionell magnetresonanstomografi (fMRI). Ett viktigt inslag i SMP är att det tillåter separation av hjärnans aktivitet specifikt i samband med minnet från mer allmänna verksamhet i samband med perception. Dessutom i samband med att studera betydelsen av känslomässiga stimuli, kan SMP identifiering av områden i hjärnan vars verksamhet mottagliga för emotionella modulering av både allmän / perceptuella och minne-specifik behandling. Detta protokoll kan användas på friska försökspersoner ^8-15, samt i kliniska patienter där det finns förändringar i neurala korrelat av känslor uppfattning och fördomar i minnas känslomässiga händelser, såsom de som lider av depression och posttraumatiskt stressyndrom (PTSD ) ^{16, 17.}

Protocol

1. Experimentell design, metodfrågor, och Stimuli

SMP består av två uppgifter, en kodning uppgift och en hämtning uppgift, och registrering av hjärnans aktivitet kan förekomma under kodningen uppgiften eller under både kodning och uppgifter hämtning (se figur 1 för ett diagram som illustrerar utformningen av SMP).

Figur 1. Allmänna Diagram av SMP design. Hjärnan vars verksamhet under kodningen är större för därefter ihågkommen än för senare glömt objekt (R> F) är associerade med kodning framgång (ES). Och om denna skillnad i minnet (DM) är ³ beräknas baserat på en jämförelse hjärnaktivitet registrerades under hämtning (Träffar> Misses) att identifiera områden i samband med hämtning framgång (RS).

Flera viktiga aspekter måste beaktas i studier med SMP med känslomässiga stimuli:

1. Det är viktigt att kontrollera för den emotionella egenskaper stimuli, såsom emotionell Valence och upphetsning / intensitet, eftersom de har olika effekter på emotionella uppfattning och därmed på emotionella minne ^{10, 26, 27.} Vanligt använda känslomässiga stimuli finns bilder från Internationella Affektiva Bild System (IAP) ²³ och ord från Affektiva normerna för engelska ord (NYTT) ^24. IAP bilder och Anew ord styrs på två viktiga affektiva dimensioner (dvs, Valence - graden av trivsel eller obehag, och upphetsning - den känslomässiga intensitet) som definierar den emotionella egenskaper hos ett stimulus (se ^25). En annan kategori av stimuli som ofta används i känslor forskning är mänskliga ansikten med emotionella uttryck, såsom oss de från Bilder på Facial Affekt ( http://www.paulekman.com ) och NimStim ( http://www.macbrain.org/ ) uppsättningar.
2. Andra faktorer som manipulationer kan också påverka minnet prestanda, och därmed bidrar till mångsidigheten i detta protokoll omfattar: a. variation i typ av kodning uppgift används (dvs. oförutsedda ^{11, 13, 19} eller avsiktlig ^{8, 20),} f. kodningen fokus med avseende på det känslomässiga innehållet i stimuli (dvs. med emotionella ^{8, 11} eller icke-känslomässiga aspekterna som främsta fokus ^{13, 19),} och C. den typ av hämtning uppgift används (dvs. minns ^{8, 11} eller erkännande ^{12, 20).} Dessutom påverkar stimulans varaktighet också minnesprestanda ^21, och därför bör betraktas som väl tillsammans med de faktorer som nämns ovan.
3. Andra möjliga confounding variabler, såsom den mänskliga närvaron i och visuella komplexitet emotionella och neutrala bilder ¹¹ bör också kontrolleras för.
4. Det är viktigt att minnet prestanda för villkoren av intresse faller i rimligt intervall som möjliggör en rättvis statistiska jämförelser av både beteende-och hjärnröntgen data. Till exempel, i vår cued-recall uppgifter var andelen mindes och bortglömda studier ca 50% ^{8, 11.} Men eftersom två val uppgifter erkännande denna prestanda nivå skulle vara nära chans, högre prestanda nivå som förväntas. I detta fall kan rättvis jämförelse mellan minnet och glömda förhållanden göras genom slumpmässigt välja ett mindre antal ihåg försök att jämställa antalet glömda prövningar. Dessutom bör en ökad påverkan av känslor på minnet också vara närvarande i beteendemässiga data, återspeglas i större andel av ihågkommen prövningar för emotionell än för neutrala objekt.
5. Det är också tillrådligt att stämningen induktion undvikas eftersom detta kan också påverka prestanda ^22. Detta kan göras genom pseudo-randomisera den känslomässiga stimuli att säkerställa att ingen mer än 2-3 stimuli av samma valenselektroner i följd presenteras ^11.

2. Förbereda ämne för Scan

Alla Ämnen lämna skriftliga informerade samtycke innan du kör den experimentella protokollet, som har godkänts av en etikprövningsnämnd.

Innan du går i Scanning rummet

1. Cirka 45 minuter före skanningen varje ämne avslutar frågeformulär för att utvärdera övergripande emotionella tillstånd och ångest nivå ^{28, 29.} Dessa initiala bedömningar används i kombination med post-session bedömningar att screena för förändringar i humör / ångest som ett resultat av deltagande i studien.
2. Efter slutförandet av frågeformulären, är föremål informeras om skanning förfaranden och gett specifika instruktioner för de beteendemässiga uppgiften. Ämnet kompletterar också en kort övning för att bli förtrogen med uppgiften.

Ange Scanning Room

3. Ämnet är instrueras att ligga liggande på skanning sängen, med extra dämpning för huvudet, och ges hörselskydd. Dessutom kan den icke-självhäftande sidan med en längd av bandet packas lätt runt motivet panna för att minimera rörelse.
4. Innan skanning, är föremål högra hand placerad på ett svar box och svaret boxen är testad. Innan du börjar datainsamling bör det också garanteras att ämnet kan se projiceringar tydligt. Nödstopp-knappen är placerad i närheten av ämnet fria hand så att han / hon kan tyda på något brådskande behov av att stoppa skannern.
5. I våra studier var stimuli presenteras med hjälp av CIGAL, en intern presentation av data program ^30, men andra program finns också, bland annat E-prime, SuperLab, Presentation och Matlab-baserade Psychtoolbox.
6. Baserat på våra undersökningar, rekommenderar vi att längden på skannade uppgifter som inbegriper känslor stimulering bör inte vara längre än 1 timme, och den totala skanning tiden bör inte överstiga 2 timmar, om möjligt också den senare bör minskas i kliniska grupper ^17.

3. Data registrering och behandling

Inläsningsparametrarna

I den ursprungliga studien av Dolcos och kollegor ^11, var MRI data som samlas in på ett 1,5 Tesla GE scanner. Full hjärnan täckning förvärvades via 34 sammanhängande gradient-eko echoplanar bilder (Epis) känslig för blod syrehalten beroende (fet stil) däremot definieras parallellt med AC-PC planet i axiell planet (TR = 3000ms, TE = 40 ms, FOV = 64 ² bild matris, FA = 90 °, slice tjocklek = 3,75 mm). Den avsökningstäthet används här har varit väl lämpad för att identifiera aktiveringar i mediala-tinningloben (MTL) strukturer, men andra avsökningstäthet optimerad för högre spatial upplösning kan också användas ^33-35.

Post-Scanning Rutiner

1. Ämnet fyller frågeformulär för att utvärdera statens humör och nivåer ångest och, om inte utförs innan skanningen sessionen, kan bedömningar av personlighetsdrag (t.ex. neuroticism, emotionell arousability) också samlas in.
2. Om hämtning verksamhet inte registrerats under skanning sammanträdesperiod får den hämtning uppgiften skall utföras efter skanning session, eller vid ett senare tillfälle. Om det inte redan genomförts i scannern, får en känslomässig rating uppgift användas för att bedöma personens känslomässiga svar på stimuli. På så sätt kan en uppdelning av emotionella och neutrala kategorier göras utifrån deltagarnas betyg, snarare än utifrån normativa värderingar. Men denna uppgift utföras efter hämtning uppgiften.
3. För att maximera effekten av känslor på minnet, behöver minst försening på ~ 20 minuter att uppstå mellan kodning och hämtning ^18. Däremot kan fördröjningen vara mycket längre, från minuter till dagar, veckor och månader, eftersom effekterna av känslor på minnet kan vara långvariga och emotionellt minne tenderar att kvarstå övertid jämfört med neutralt minne ^{12, 13.}

Memory Task

Tyngdpunkten i det nuvarande protokollet är på resultaten från en studie med en cued-recall minne testa ^11, där deltagarna försågs med verbala signaler för varje bild och de var tvungna att ge skriftlig information om de bilder som de kunde minnas. Däremot kan andra hämtning uppgifter också användas. Av särskild betydelse är den så kallade RK paradigmet ^31, ett minne erkännande uppgift där deltagarna kategorisera varje hämtas objekt baserat på om de minns specifika kontextuella detaljer från kodning (Kom ihåg svar) eller bara har en känsla av förtrogenhet att de stött på de objekt ( vet svar). Används med fMRI och känslomässiga stimuli, kan denna uppgift inte bara dissociation av de neurala korrelat till minne-kontra förtrogenhet-baserade hämtning ³² men också identifiering av differentierade effekter av känslor på dessa två typer av hämtning och tillhörande neurala korrelat ^12.

fMRI Data Analysis

Statistiska Parametrisk Mapping (SPM: ( http://www.fil.ion.uc.uk/spm/ ) i kombination med interna Matlab-baserade verktyg har använts för analys av data före behandlingen oftast gäller:. kvalitetssäkring, bild anpassning är rörelse korrigering, co-registrering, normalisering och utjämning (8 mm ³ Kernel), men om analyserna omfattar anatomiskt definierade områden av intresse (ROI), ökad fysisk specificiteten erhållas om uppgifterna inte jämnas och normaliserade (se ^11). Individ-och gruppnivå statistiska analyser innebär jämförelser av kodning / hämtning hjärnans aktivitet baserat på efterföljande migMory prestanda. Den begränsande effekt på känslor på minnet aktivitetsersättning kan ses i områden med större ES / dm eller RS ​​aktivitet för emotionell än för neutrala stimuli (se figur 2). Undersökningar riktade MTL aktivitet möjliggör identifiering av funktionella dissociations, som är kopplade till det känslomässiga innehållet i stimuli (känslomässig vs neutralt minne, ^11), är den typ av minne studerade (punkt vs källa minne, ^19), eller den typ av hämtning uppgift (erinring-kontra förtrogenhet-baserad, ^{12, 36).} Undersökning av hjärnans regioner utanför MTL särskilt målområden i prefrontala cortex (PFC), som differentiellt är involverade i emotionell kontra neutralt minne ^{10, 20.}

Figur 2. Identifiering av rör minnet hjärnaktivitet mottagliga för Emotion Modulation Förutom möjliggör identifiering av minne-relaterade hjärnaktivitet som är känslig för känslor modulering (EmoDm / RS> NeuDm / RS, dvs visa känslor x minne interaktioner)., Denna design också möjligt att identifiera områden i hjärnan, vars verksamhet speglar känslor effekter på allmän / perceptuell bearbetning [(Emotion R + Emotion F)> (Neutral R + Neutral F), dvs, visar viktigaste effekterna av känslor], liksom övergripande effekterna av minne [( Emotion R + Neutral R)> (Emotion F + Neutral F), dvs, visar viktigaste effekterna av minne].

4. Representativa resultat:

Anställning av SMP i studier av emotionella minnet har visat sig framgångsrik i att belysa de neurala korrelat av minnet som förbättrar effekten av känslor. Ge ett starkt stöd för modulering hypotesen ^{37, 38,} har studier av minne kodning funnit bevis som stöder tanken att känslan förstärker minnet genom begränsande influenser från amygdala, ett område inblandade i känslor uppgiftsbehandling, om aktiviteten i minnet i samband med hjärnan, till exempel som den mediala-tinningloben (MTL 11, se figur 3) och prefrontala cortex (PFC ^10). Vidare studier av minnet hämtning ger ytterligare bevis för att moduleringen hypotesen gäller även hämtning och att olika MTL regioner är differentiellt involverade i minne-kontra förtrogenhet-baserade hämtning av känslomässiga minnen ^12.

Figur 3. Bevis för modulering hypotesen. Stöd för modulering hypotesen var minnet som förbättrar effekten av känslor förknippade med ökad ES / dm aktivitet (A) i och interaktioner (B) mellan amygdala och MTL minne systemet (illustreras i C & D) . Stapeldiagrammen jämföra förändringen procent signalen för emotionella och neutrala ES / DM, som utvinns från toppen aktivering slice och i genomsnitt över hela hemisfären. Den scattergrams visar samvariation mellan ES / dm aktivitet i amygdala och entorhinal cortex för emotionella och neutrala bilder. ES / dm = Kodning Framgång / Skillnad på grund av minne. Från Dolcos et al. ^11, med tillstånd.

Discussion

Denna experimentella protokollet möjliggör undersökning av neurala korrelat av minnet som förbättrar effekten av känslor, genom att specifikt skilja minnet-relaterade hjärnaktivitet som är mottagliga för modulering av känslor från aktivitet i hjärnan känsliga för känslor modulering under allmänt / perceptuella bearbetning. Denna design har varit avgörande för att öka kunskaperna om de neurala mekanismerna bakom effekten av känslor på minnet, och med tanke på dess mångsidighet det förväntas att SMP kommer att vara avgörande för hur olika aspekter närvarande vid en händelse upplevs senare kommer att påverka ens förmåga att minnas och återuppleva ett minne för den händelsen och tillhörande känslor. Dessutom kan detta protokoll enkelt anpassas för att undersöka neurala korrelat i samband med bias i känslomässig bearbetning och minne som normalt finns i specifika kliniska populationer (t ex depression och PTSD patienter) ^{16, 17.} Ett framgångsrikt genomförande av SMP för att undersöka effekten av känslomässiga minnet beror på ordentligt med tanke på de olika faktorer som nämns ovan, inklusive de manipulationer som kan påverka svaren under kodning och / eller uppgifter hämtning.