Brain Imaging Onderzoek van de Memory-versterkend effect van emotie

Summary

We presenteren een protocol dat functionele magnetische resonantie imaging gebruikt om onderzoek naar de neurale correlaten van het geheugen-verbeterende effect van de emotie. Dit protocol maakt de identificatie van de hersenactiviteit die specifiek gekoppeld aan het geheugen gerelateerde verwerking, in tegenstelling tot meer algemene perceptuele verwerking, en kan gebruikt worden met een gezonde en klinische populaties.

Abstract

Emotionele gebeurtenissen hebben de neiging om beter herinnerd worden dan niet-emotionele gebeurtenissen ^1,2. Een doel van cognitieve en affectieve neurowetenschappers is het begrijpen van de neurale mechanismen die ten grondslag liggen aan dit versterkend effect van emoties op het geheugen. Een methode die is bijzonder invloedrijk bewezen in het onderzoek van de geheugen-stimulerende effect van emoties is de zogenaamde latere geheugen paradigma (SMP). Deze methode werd oorspronkelijk gebruikt om de neurale correlaten van niet-emotionele herinneringen ^drie onderzoeken, en meer recentelijk wij en anderen ook toegepast met succes naar studies van emotioneel geheugen (beoordeeld in ^{4, 5-7).} We beschrijven hier een protocol waarmee een onderzoek naar de neurale correlaten van het geheugen-verbeterende effect van emoties met behulp van de SMP in combinatie met event-gerelateerde functionele magnetische resonantie imaging (fMRI). Een belangrijk kenmerk van de SMP is dat het scheiden van de hersenactiviteit die specifiek geassocieerd met het geheugen van meer algemene activiteit in verband met de waarneming mogelijk maakt. Bovendien, in het kader van onderzoek naar de invloed van emotionele stimuli, SMP maakt de identificatie van de gebieden van de hersenen waarvan de activiteit is gevoelig voor emotionele modulatie van zowel algemene / perceptuele en geheugen-specifieke verwerking. Dit protocol kan worden gebruikt bij gezonde proefpersonen ^8-15, evenals in klinische patiënten waar er veranderingen in de neurale correlaten van emoties perceptie en vooroordelen in onthouden emotionele gebeurtenissen, zoals mensen die lijden aan depressie en post-traumatische stress-stoornis (PTSS ) ^{16, 17.}

Protocol

1. Experimental Design, methodologische kwesties, en Stimuli

De SMP bestaan ​​uit twee taken, een codering taak en een retrieval taak, en opnemen van hersenactiviteit kan optreden tijdens de codering taak of tijdens zowel coderen en ophalen van taken (zie figuur 1 voor een diagram illustreert het ontwerp van de SMP).

Figuur 1. General Schematische weergave van de SMP ontwerp. Hersengebieden waarvan de activiteit tijdens het coderen is groter voor later herinnerd dan vervolgens vergeten items (R> F) worden geassocieerd met codering succes (ES). Evenzo, als dit verschil in geheugen (Dm) ³ is gemeten op basis van het vergelijken van hersenactiviteit geregistreerd tijdens ophalen (Hits> Misses) Het identificeert de regio's geassocieerd met het ophalen succes (RS).

Een aantal belangrijke aspecten moeten worden beschouwd in studies met behulp van de SMP met emotionele stimuli:

1. Het is belangrijk om te controleren voor de emotionele eigenschappen van stimuli, zoals emotionele valentie en arousal / intensiteit, omdat zij verschillende effecten op de emotionele beleving en dus ook op emotioneel geheugen ^{10, 26, 27.} Veelgebruikte emotionele stimuli zijn foto's van de International Affective Picture System (IAPS) ²³ en woorden uit de affectieve Normen voor Engels Words (opnieuw) ^24. IAPS foto's en opnieuw woorden zijn gecontroleerd op twee belangrijke affectieve dimensies (dat wil zeggen, valentie - de mate van aangenaamheid of onaangenaamheid, en opwinding - de emotionele intensiteit) dat de emotionele eigenschappen van een stimulus (zie ²⁵⁾ te definiëren. Een andere categorie van stimuli vaak gebruikt in emotie-onderzoek zijn menselijke gezichten met emotionele uitdrukkingen, zoals we die van de foto's van Facial Affect ( http://www.paulekman.com ) en de NimStim ( http://www.macbrain.org/ ) sets.
2. Andere factoren die manipulaties kunnen ook van invloed zijn geheugen de prestaties, en daarmee bijdragen aan de veelzijdigheid van dit protocol zijn onder meer: ​​a. variatie in het type codering taak gebruikt (dwz incidenteel ^{11, 13, 19} of opzettelijke ^{8, 20),} b. de codering focus met betrekking tot de emotionele inhoud van de stimuli (dwz met emotionele ^{8, 11} of niet-emotionele aspecten als de primaire focus ^{13, 19),} en c. de aard van de taak retrieval gebruikt (dwz herinneren ^{8, 11} of erkenning ^{12, 20).} Daarnaast, stimulus duur ook van invloed op het geheugen prestaties ^21, en ​​daarom moet ook rekening worden gehouden, samen met de bovengenoemde factoren.
3. Andere mogelijke verstorende variabelen, zoals de menselijke aanwezigheid in en visuele complexiteit van emotionele en neutrale foto's ¹¹ moet ook worden gecontroleerd voor.
4. Het is van cruciaal belang dat het geheugen de prestaties voor de voorwaarden van de belangstelling valt in een redelijke bereiken dat eerlijke statistische vergelijkingen van zowel de gedrags-en beeldvorming van de hersenen van gegevens mogelijk te maken. Bijvoorbeeld, in onze cued-recall taken, het aandeel van onthouden en vergeten studies was rond de 50% ^{8, 11.} Echter, omdat in twee-keuze erkenning taken komt dit prestatieniveau zou bijna aan het toeval te zijn, is hoger algehele prestaties verwacht. In dit geval kan een eerlijke vergelijking tussen onthouden en vergeten voorwaarden bereikt worden door willekeurige selectie van een kleiner aantal herinnerde proeven om het aantal proeven gelijk vergeten. Daarnaast moet een versterkend effect van emoties op het geheugen ook aanwezig zijn in de gedrags-gegevens terug te vinden in groter deel van herinneren trials voor emotionele dan voor neutrale artikelen.
5. Het wordt ook geadviseerd dat de stemming inductie worden vermeden, aangezien dit kan ook van invloed zijn de prestaties ^22. Dit kan gedaan worden door pseudo-randomizing de emotionele prikkels om ervoor te zorgen dat er niet meer dan 2-3 stimuli van dezelfde valentie achtereenvolgens zijn ¹¹ gepresenteerd.

2. Voorbereiding van het onderwerp voor de Scan

Alle onderwerpen schriftelijk informed consent voorafgaand aan het uitvoeren van de experimentele protocol, dat is goedgekeurd door een Ethics Board.

Voorafgaand aan Het invoeren van de Scanning Room

1. Ongeveer 45 minuten voor de scan elk onderwerp vult vragenlijsten om te beoordelen totale emotionele toestand en angst level ^{28, 29.} Deze eerste evaluaties worden gebruikt in combinatie met post-sessie evaluaties voor het screenen op veranderingen in de stemming / angst als gevolg van deelname aan het onderzoek.
2. Na de voltooiing van de vragenlijsten, is het onderwerp op de hoogte van het scannen procedures en gezien de specifieke instructies voor de gedrags-taak. Het onderwerp vult ook een korte training om vertrouwd te raken met de taak.

Het invoeren van de Scanning Kamer

3. Het onderwerp is opgedragen aan rug liggen op de scan bed, met extra demping voor het hoofd, en wordt gegeven gehoorbescherming. Ook kan de niet-klevende zijde van een lengte van tape licht worden rond het voorhoofd van het onderwerp om te helpen minimaliseren beweging.
4. Voorafgaand aan het scannen, is het recht van de betrokkene de hand gepositioneerd op een reactie doos en de respons doos is getest. Voordat u begint met het verzamelen van gegevens, moet ook worden gezorgd dat het onderwerp kan het scherm projectie duidelijk te zien. Een noodstop-knop is die dichtbij staan ​​van het onderwerp vrije hand, zodat hij / zij kan een dringende noodzaak om de scanner stoppen aangeeft.
5. In onze studies werden stimuli gepresenteerd met behulp van CIGAL, een in-house data presentatie software-programma ^30, maar ook andere software zijn ook beschikbaar, zoals E-prime, SuperLab, Presentatie, en de Matlab-gebaseerde Psychtoolbox.
6. Op basis van onze onderzoeken, adviseren wij dat de duur van gescande taken waarbij emotie stimulatie mag niet langer dan 1 uur, en de totale scantijd mag niet langer dan 2 uur; ook, indien mogelijk, de laatste moet worden verminderd in klinische groepen ^17.

3. Gegevensregistratie en verwerking

Scannen Parameters

In de oorspronkelijke studie van Dolcos en collega's ^11, werden MRI gegevens verzameld over een 1.5 Tesla GE scanner. Full-brain-dekking is verworven via 34 aaneengesloten gradiënt-echo echoplanar beelden (EPIS) gevoelig voor bloed zuurstof niveau afhankelijk (BOLD) contrast, parallel gedefinieerd om de AC-PC vlak in het axiale vlak (TR = 3000ms; TE = 40ms; FOV = 64 ² afbeelding matrix; FA = 90 °; slice dikte = 3,75 mm). Het scannen hier gebruikte parameters goed zijn geschikt voor activeringen te identificeren in de mediale-temporale kwab (MTL) structuren, maar ook andere scanparameters geoptimaliseerd voor een hogere ruimtelijke resolutie kan ook worden gebruikt ^33-35.

Post-Scanning Procedures

1. Het onderwerp vult vragenlijsten te beoordelen staat de stemming en angst niveaus en, zo niet uitgevoerd voordat het scannen sessie, een evaluatie van persoonlijkheidskenmerken (bijvoorbeeld neuroticisme, emotionele opwinding) kan ook worden verzameld.
2. Als ophalen activiteit is niet opgenomen tijdens het scannen sessie, kan het ophalen taak worden uitgevoerd volgens de scan-sessie, of op een later tijdstip. Indien nog niet uitgevoerd in de scanner, kan een emotionele waardering taak worden gebruikt om het onderwerp de emotionele reactie op de stimuli te beoordelen. Op deze manier kan de scheiding van emotionele en neutrale categorieën worden gedaan op basis van de deelnemers 'ratings, in plaats van op basis van de normatieve scores. Toch moet deze taak worden uitgevoerd volgens het ophalen taak.
3. Het maximaliseren van het effect van emoties op het geheugen, een minimale vertraging van ~ 20 minuten dienen plaats te vinden tussen de codering en retrieval ^18. Toch kan de vertraging worden veel langer, van minuten tot dagen, weken en maanden, als de invloed van emotie op geheugen kan worden langdurige en emotionele herinnering heeft de neiging om overuren blijven in vergelijking met neutrale herinnering ^{12, 13.}

De Memory Task

De belangrijkste focus in het huidige protocol is van de bevindingen van een onderzoek met behulp van een cued-recall memory test ^11, waarin de deelnemers werden voorzien van verbale signalen voor elke foto en moesten ze schriftelijk in te dienen gegevens over de foto's die ze zich kon herinneren. Maar ook andere retrieval taken ook worden gebruikt. Van bijzonder belang is de zogenaamde RK paradigma ^31, een herinnering erkenning taak, waarbij de deelnemers elke opgehaalde post categoriseren op basis van of ze herinneren specifieke contextuele gegevens van codering (Remember reacties) of gewoon het gevoel van vertrouwdheid dat ze de items aangetroffen ( weet de antwoorden). Gebruikt met fMRI en met emotionele stimuli, deze taak laat niet alleen dissociatie van de neurale correlaten van herinnering-versus vertrouwdheid-gebaseerde retrieval ^32, maar ook de identificatie van de verschillende effecten van emotie op deze twee soorten ophalen, en de bijbehorende neurale correlaten ^12.

fMRI Data Analysis

Statistische Parametric Mapping (SPM: ( http://www.fil.ion.uc.uk/spm/ ) in combinatie met in-house Matlab-gebaseerde tools werden gebruikt voor data-analyse Pre-verwerking meestal betreft:. kwaliteitszorg, imago uitlijning, is beweging correctie, co-registratie, normalisatie, en glad maken (8 mm ³ Kernel), maar als analyses te betrekken anatomisch gedefinieerde gebieden van belang (ROI), verhoogde ruimtelijke specificiteit verkregen indien de gegevens niet gladgestreken en genormaliseerd (zie ^11). individuele en collectieve niveau statistische analyses te betrekken vergelijkingen van de codering / ophalen van de hersenactiviteit op basis van latere mijMory prestaties. Het modulerende effect van emoties op het geheugen-gerelateerde activiteiten is te zien in gebieden waar grotere ES / Dm of RS activiteit voor emotionele dan voor neutrale stimuli (zie figuur 2). Onderzoeken richten MTL activiteit identificatie mogelijk maken van functionele dissociaties, die gekoppeld zijn aan de emotionele inhoud van de stimuli (emotionele versus neutraal geheugen, ^11), het type van het geheugen onderzocht (punt vs bron geheugen, ^19), of het type ophalen taak (herinnering-vs vertrouwdheid-gebaseerd, ^{12, 36).} Onderzoek van de hersenen regio's buiten de MTL in het bijzonder richten gebieden in de prefrontale cortex (PFC), die differentieel betrokken zijn bij emotionele versus neutraal geheugen ^{10, 20.}

Figuur 2. Identificatie van geheugen-gerelateerde hersenactiviteit Gevoelig voor emotie Modulatie Naast het feit dat de identificatie van het geheugen-gerelateerde hersenactiviteit die gevoelig is voor emotie modulatie (EmoDm / RS> NeuDm / RS, dat wil zeggen, met emotie x geheugen interacties)., Dit ontwerp ook maakt de identificatie van de gebieden van de hersenen waarvan de activiteit reflecteert emotie gevolgen voor de algemene / perceptuele verwerking [(R + Emotion Emotie F)> (Neutraal Neutraal R + F), dat wil zeggen, waarin de belangrijkste effecten van emotie], alsmede de algemene effecten van het geheugen [( Emotie R + Neutraal R)> (Emotion F + Neutraal F), dat wil zeggen, waarin de belangrijkste effecten van het geheugen].

4. Representatieve resultaten:

Dienst van de SMP in studies van emotioneel geheugen is succesvol gebleken in het licht werpen op de neurale correlaten van het geheugen-verbeterende effect van de emotie. Het verstrekken van sterke steun voor de modulatie hypothese ^{37, 38,} hebben studies van het geheugen-codering gevonden ter onderbouwing van de idee dat de emotie het geheugen door middel van modulerende invloeden uit de amygdala, een hersengebied betrokken is bij de verwerking van emoties versterkt, op de activiteit in het geheugen-gerelateerde gebieden van de hersenen, zoals als de mediale-temporale kwab (MTL 11, zie figuur 3) en de prefrontale cortex (PFC ^10). Bovendien zijn studies van het geheugen ophalen leveren verder bewijs dat de modulatie hypothese geldt ook voor ophalen, en dat diverse MTL regio's differentieel betrokken bij de herinnering-vs vertrouwdheid-gebaseerde retrieval van emotionele herinneringen ^12.

Figuur 3. Bewijs voor de hypothese Modulation. Ondersteunen van de modulatie hypothese, was de geheugen-stimulerende effect van de emoties geassocieerd met een verhoogde ES / Dm-activiteit (A) in en interacties (B) tussen de amygdala en de MTL geheugensysteem (geïllustreerd in C & D) . De bar grafieken vergelijken met de procentuele verandering signaal voor emotionele en neutrale ES / Dm, zoals uit de piek activering slice en gemiddeld over hemisferen. De spreidingsdiagrammen tonen de co-variatie tussen de ES / Dm activiteit in de amygdala en de cortex entorhinale voor emotionele en neutrale foto's. ES / Dm = Coderen Succes / Verschil te wijten aan geheugen. Van Dolcos et al.. ^11, met toestemming.

Discussion

Deze experimentele protocol maakt onderzoek naar de neurale correlaten van het geheugen-verbeterende effect van emotie, door specifiek het scheiden van de geheugen-gerelateerde hersenactiviteit die gevoelig is voor modulatie door emoties van activiteit in de gebieden van de hersenen gevoelig voor emotie modulatie tijdens het algemeen / perceptuele verwerking. Dit ontwerp heeft een grote rol in het bevorderen van onze kennis van de neurale mechanismen die ten grondslag liggen aan de invloed van emotie op het geheugen, en gezien zijn veelzijdigheid is de verwachting dat SMP blijft van cruciaal belang bij het bepalen hoe de verschillende aspecten aanwezig zijn op het moment dat een gebeurtenis ervaren wordt later een van invloed vermogen om te herinneren en opnieuw ervaring een geheugen voor die gebeurtenis en de bijbehorende emoties. Bovendien kan dit protocol gemakkelijk worden aangepast aan de neurale correlaten geassocieerd met systematische fouten in het verwerken van emoties en het geheugen die doorgaans te vinden zijn in specifieke klinische populaties (bijv. depressie en PTSS patiënten) ^{16, 17} te onderzoeken. Succesvolle implementatie van het SMP om het effect van emotioneel geheugen te onderzoeken hangt af van de juiste rekening houdend met de verschillende bovengenoemde factoren, waaronder de manipulaties die reacties van invloed kunnen zijn tijdens het coderen en / of ophalen van taken.