Brain Imaging Gransking av svekke Effekt av Emotion på Cognition

Summary

Vi presenterer en protokoll som tillater undersøkelse av nevrale mekanismer medierende den ødeleggende virkningen av følelser på kognisjon, ved hjelp av funksjonell magnetisk resonans imaging. Denne protokollen kan brukes med både friske og klinisk deltakere.

Abstract

Følelser kan påvirke kognisjon ved å utøve både styrke (f.eks, bedre hukommelse for emosjonelle hendelser) og svekke (f.eks, økt emosjonell distractibility) effekter (anmeldt i ^1). Kompletterer våre siste protokoll ² beskriver en metode som tillater undersøkelse av nevrale korrelater til minne-forsterke effekten av følelser (se også ^{1, 3-5),} her presenterer vi en protokoll som tillater undersøkelse av nevrale korrelater av skadelige virkningen av følelser på kognisjon. Den viktigste funksjonen i denne metoden er at den tillater identifisering av gjensidige modulasjoner mellom aktivitet i en ventral neural system, er involvert i 'hot' følelser behandling (HotEmo system), og en dorsal system, involvert i høyere nivå "kalde" kognitiv / utøvende behandling (ColdEx system), som er knyttet til kognitive prestasjoner og til individuelle variasjoner i atferd (anmeldt i ^1). Siden sin første introduction ^6, har denne designen bevist spesielt allsidige og innflytelsesrike i belyse ulike aspekter vedrørende nevrale korrelater av skadelige virkningen av emosjonelle distraksjon på kognisjon, med fokus på å arbeide minne (WM), og for å takle slike distraksjon ^7,11 , både hos friske ^8-11 og klinisk deltakere ^12-14.

Protocol

I. Task Design, Stimuli, og Experimental Protocol

1. Den grunnleggende oppgaven for denne protokollen er en forsinket respons WM oppgave, hvor romanen oppgavebasert irrelevant emosjonelle og nøytral distracters presenteres under forsinkelsen intervallet mellom memoranda og prober (se Figur 1 for diagram som illustrerer den opprinnelige oppgaven). Event-relaterte fMRI data er tatt opp mens deltakerne utføre denne oppgaven. Krabbet versjoner av selve distracters kan også brukes som perseptuelle kontroller, som har identiske grunnleggende egenskaper (f.eks, romlig frekvens og luminans).

Figur 1. Generell Diagram av Delayed-Response Working Memory Task med Distraction (fra ^6, med tillatelse). Tre ansikter blir brukt i memoranda for å sterkt engasjere dorsal utøvende system, og par av romanen distracters blir brukt for å øke impact av emosjonelle forstyrrelser på WM ytelse og hjernens aktivitet. Virkningen av emosjonelle distracters kan også økes ved å presentere bildene i farger (ikke vist), og ved sammenkobling distracters med liknende følelsesmessig og semantisk innhold. I denne sammenheng bør nøye betales til også å matche emosjonelle og nøytrale bilder i grunnleggende egenskaper som lysstyrke og romlig frekvens ^15, for å unngå å introdusere mulige forundrer. Deltakerne blir bedt om å vedlikeholde deres fokus på WM oppgaven samtidig behandling av distracters, og for å gjøre raske og nøyaktige svar på sondene ved å trykke på svar-knappen (1 = Gamle, 2 = Ny). For stimulus presentasjon, brukte vi CIGAL ( http://www.nitrc.org/projects/cigal/ ). Den memoranda og prober kan presenteres i farger eller svart-hvitt.

2. Det anbefales at kjønn ansikter i memoranda har balanserte proporsjoner av menn (50%) og females (50%). Lignende balansert andelen er også anbefalt for den gamle (50%) og New (50%) sonder. Vanskeligheten av WM oppgave kan varieres ved å endre disse proporsjoner og / eller varierende andre faktorer - for eksempel likheten av ansiktstrekk blant ansikter fra samme stiftelsesdokument og deres likhet med sonder, og / eller ved å manipulere nærvær / fravær av ekstra-ansiktstrekk i memoranda (se også filmen). I tillegg til ansikter, kan andre stimuli også brukes som notater og prober ^9.
3. Det anbefales at 30-40 forsøk per tilstand ^6, være ¹¹ brukes med dette motivet, selv gitt sin stabilitet som en "slow-tempo" design robust fMRI signal kan også fås med færre studier (se supplerende materiale fra ^6). Dette gjør samlingen av fMRI data i ~ 1,5 til 2 timer., Noe som er mulig å bruke i både friske og klinisk deltakere. Til tross for sin liten ulempe på grunn av det relativt lavere antall forsøksom kan være involvert i forhold til "høyt tempo"-design, har denne designen fordelene med å skaffe mer stabile single-rettssaken fMRI signal og bedre separasjon av signalet assosiert med individuelle studier og innen rettssaken stimuli / faser, som også er gunstig for funksjonell tilkobling analyser.
4. Variasjon av distracters typen bidrar også til allsidigheten til denne design, ved å tilpasse den i henhold til målene i undersøkelser og målrettet befolkninger. Emosjonelle og nøytral distracters i den opprinnelige utformingen ^seks ble valgt ut fra det internasjonale Affective Picture System ^16, men tilsvarende effekter kan oppnås med andre romanen stimuli som er effektiv som distracters ^12, og / eller med manipulasjoner som øker følsomheten for WM oppgaven i oppdage atferdsmessige forskjeller (f.eks ved å også vurdere deltakernes tillit i sine responser) ^11.
5. For eksempel, i en fersk studie i etterkrigs-veterans med eller uten post-traumatisk stress lidelse (PTSD) ^12, ble den emosjonelle RSU bildene inducing generelle negative følelser erstattet med kamp-relaterte bilder. Disse bildene var forventet å fremkalle følelser som er mer spesifikt knyttet til å bekjempe-relaterte traumer, og dermed være mer effektiv distracters i kamp-eksponerte kohortene, spesielt i PTSD-gruppen. Videre stimuli som induserer spesifikke negative følelser (f.eks angst) eller emosjonelt positive stimuli kan også brukes som distracters. For eksempel ansikter vise engstelig uttrykk kan indusere sosial angst, og dermed være effektive i å undersøke effekten av forbigående angst-induserende distraksjon på WM ^11. I tillegg kan tilsvarende effekter bli funnet med positive distracters ^17.
6. Endelig kan sammen med andre tiltak (f.eks, atferdsmessige-og personlighet-relatert) dette paradigmet også brukes for å undersøke forholdet mellom hjernens aktivitet og individuell avviker forskjeller i ulike aspekter som påvirker kognitive prestasjoner i denne ^{8 oppgaven, 10, 11.}

II. Forberedelse emnet for Scan

Alle deltakere bør gi skriftlig informert samtykke før du kjører den eksperimentelle protokollen, som skal være godkjent av en etikk styret.

Før Entering the Scanning Room

1. På dagen for skanning, er deltakers nåværende affektive tilstand vurderes, for å kontrollere for effekten av stemningen på WM oppgaven med distraksjon. I forbindelse med post-skanning vurderinger, kan disse innledende evalueringer skal også brukes til å screene for endringer i humøret som følge av deltakelse i studien ^11.
2. Før skanningen, er deltakeren informeres i detalj av skanning prosedyrer, og er gitt spesifikke instruksjoner for de atferdsmessige oppgaven. Deltakeren fullfører også en kort øvelse å bli kjent med oppgaven.

e_step "> Entering the Scanning Room

3. Deltakeren ligger liggende på skanning sengen, med ekstra polstring for hodet, for å sikre komfort under skanningen og minimere bevegelse. For ytterligere å redusere hodebevegelser, kan den ikke-klebende siden av en lengde på tape være pakket lett rundt temaet panne. Emner er gitt hørselvern samt isolasjon hodetelefoner for å kommunisere med eksperimentator under MR.
4. Faget høyre hånd er plassert komfortabelt på responsen boksen. Før du starter datainnsamlingen, er det avgjørende å sørge for at responsen knappene fungerer ordentlig, og at faget kan se skjermen projeksjon klart for stimulus presentasjon. En nødstopp-knappen er også plassert i nærheten, slik at motivet kan indikere noe presserende behov for å stoppe skanneren.

Etter Scanning Session

5. Ekstra oppgaver kan brukes til videre atferdsmessige assessments - for eksempel å bestemme deltakernes sensitivitet til distracters, etter rangering de følelsesmessige Valence / intensitet distracters og / eller den subjektivt oppfattes distractibility av distracters. Disse karakterene kan brukes for å sikre at subjektive oppfatningen av følelsesmessige stimuli brukes under skanning gjentak forrige effekter vist i litteraturen, og individuelle forskjeller i karakterer kan brukes til å undersøke deres innflytelse på nevrale mekanismer medierende den skadelige effekten av følelser på kognisjon ^{6 , 8.}
6. Vurdering av personlighetstrekk (f.eks trait angst, emosjonell reaktivitet) kan også gjøres etter at MR-røntgen, om ikke utført før skanningen ^11.

III. Dataopptak og analyse

Skanningsparametere

I den opprinnelige studien ^6, samlet vi MRI data ved hjelp av en 4 Tesla General Electric skanner for MR opptak, men for de mer recskjellige versjoner av oppgaven var vi også lykkes i å samle MR data med en 1,5 T skanner ^11. I 4T scanner, serie på 30 funksjonelle skiver (voxel size = 4 x 4 x 4 mm) ble kjøpt aksialt med en invers-spiral puls sekvens (TR = 2000 ms; TE = 31 ms; synsfelt = 256 x 256mm) , og gir dermed full hjernen dekning. Tilsvarende, i 1,5 skanneren, serie på 28 funksjonelle skiver (voxel size = 4 x 4 x 4 mm), ble kjøpt aksialt med en echoplanar sekvens (TR = 2000 ms; TE = 40 ms; synsfelt = 256 x 256 mm ). Høyoppløselige strukturelle bildene ble også kjøpt i aksial retning (in-plane oppløsning = 1 mm ^2, anatomisk-funksjonelle forhold = 4:1).

Data Analysis

Vi bruker Statistisk Parametric Mapping (SPM: http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/ ) i kombinasjon med in-house Matlab-baserte verktøy. Pre-prosessering innebærer typisk trinn: kvalitetssikring *, TR enlignment, bevegelse korreksjon, co-registrering, normalisering og utjevning (ved hjelp av en 8 x 8 x 8 mm Kernel); * grunnleggende kvalitetssikring involvert visuell inspeksjon av data, for å oppdage grove bevegelser av deltakerne og motion-relaterte gjenstander i data, samt identifisering av volumer med uvanlige spikes i MR-signalet. Individuell og gruppe-nivå statistiske analyser innebærer sammenligninger av hjernens aktivitet i henhold til distracter type (følelsesmessig vs nøytral distraksjon). Videre korrelasjoner av hjernen imaging data med subjektive eller objektive mål på distraherbarhet (f.eks, emosjonelle og distractibility rangeringer og arbeider minneytelse) ^6,8,11 og / eller scorer indeksering personlighet tiltak (f.eks trait angst) ¹¹ kan også utføres, å undersøke hvordan hjernens aktivitet co-varierer med individuelle forskjeller i disse tiltakene. Analyser i alle våre studier med denne protokollen har vanligvis fokusert på aktiviteten observert under forsinkelsen intervallet, When distracters presenteres, men aktiviteten tid låst til andre hendelser (f.eks prober) kan også bli undersøkt.

IV. Representant Resultater

Figur 2. Motsatt mønster Aktiviteten i Ventral vs Dorsal Brain Systems i nærvær av emosjonell Distraction (fra ^6, med tillatelse). Emosjonell distracters produsert økt aktivitet i ventral affektive områder av hjernen (rød blobs), som ventrolateral prefrontal cortex (vlPFC) og amygdala (ikke vist), mens produksjonen redusert aktivitet i dorsal executive områder av hjernen (blå punkter), for eksempel dorsolateral prefrontal cortex (dlPFC) og lateral parietal cortex (LPC). Den sentrale Bildet viser aktivering kart over de direkte kontrast mellom de mest vs minst forstyrrende forhold (dvs. emosjonelle vs eggerøre), lagt på en høy oppløsning hjernen bildet som vises i en lateralsyn på den høyre hjernehalvdelen. Fargen vannrette streker nederst på hjernen bildet indikerer stigning t verdier av aktiveringsprosessen kart. Linjen Grafene viser den tiden løpet av aktivitet i representative dorsal og ventral hjernen regioner (indikert med fargekodede piler). Den grå rektangulære boksene over x-aksen indikerer starten og varigheten av memoranda, distracters, og sonder, henholdsvis. FFG = fusiform gyrus.

Discussion

Denne eksperimentell design levert første avbildning av hjernen tyder på at skadelige effekten av emosjonell distraksjon på de pågående kognitive prosesser innebærer gjensidig modulasjoner mellom HotEmo ventral nevrale systemet og ColdEx dorsal systemet. Dette dorso-ventral dissosiasjon var knyttet til svekket WM ytelse i nærvær av emosjonell distraksjon ^6, har vært systematisk kopiert i ^8-11 normal, ^12-14 kliniske og andre endrede forhold, for eksempel søvnmangel ¹⁰ og stress ^{18 år.} Viktigere var det også vist seg å være spesifikke for emosjonell, både positive og negative ^17, men ikke til nøytral distraksjon ^{8, 19.} Gitt sin allsidighet, kan denne protokollen og dens varianter brukes i etterforskningen av de nevrale korrelater til å reagere og takle emosjonelle distraksjon i både sunt og kliniske grupper. I sistnevnte årsklasse, gjør det identificasjon av mekanismene bak forverret virkningen av emosjonelle distraksjon observert i angstlidelser, som er assosiert med økt emosjonell distraherbarhet (f.eks, PTSD, sosial fobi) ^12,20. Suksessen til denne protokollen er avhengig av muligheten til å samtidig utforske aktivitet i følelser og kognisjon-relaterte områder av hjernen og deres interaksjoner, samt tilpasning sin for å velge spesifisitet av emosjonell distraksjon i henhold til målene i undersøkelsene.