Brain Imaging Undersøgelse af forringe Effekt af Emotion på kognition

Summary

Vi præsenterer en protokol, der giver mulighed for undersøgelse af de neurale mekanismer, medierende de skadelige virkninger af følelser på kognition, ved hjælp af funktionel magnetisk resonans billeddannelse. Denne protokol kan bruges med både sund og kliniske deltagere.

Abstract

Følelser kan påvirke kognition ved at lægge både styrke (f.eks, bedre hukommelse for emotionelle begivenheder) og forringer (fx øget følelsesmæssig distraktion) virkninger (revideret i ^1). Som supplement til vores seneste protokol ² beskriver en metode, der giver mulighed for undersøgelse af de neurale korrelater af memory-fremmende effekt af følelser (se også ^{1, 3-5),} her præsenterer vi en protokol, der giver mulighed for undersøgelse af de neurale korrelater af de skadelige virkninger af følelser på kognition. Det vigtigste træk ved denne metode er, at det giver mulighed for identifikation af gensidige modulationer mellem aktivitet i et bug neurale system, der er involveret i "varme" følelser forarbejdning (HotEmo system), og en dorsal-system, der er involveret i et højere niveau "kolde" kognitive / udøvende forarbejdning (ColdEx system), som er knyttet til kognitive præstationer og til individuelle variationer i adfærd (revideret i ^1). Siden sin oprindelige introduIndsatsen ^6, har dette design vist sig særdeles alsidig og indflydelsesrig i opklaringen af forskellige aspekter vedrørende neurale korrelater af de skadelige virkninger af følelsesmæssig distraktion på kognition, med fokus på at arbejde hukommelse (WM), og at håndtere sådanne distraktion ^7,11 , hos både raske ^8-11 og klinisk deltagere ^12-14.

Protocol

I. Opgave Design, stimuli, og forsøgsprotokol

1. Den grundlæggende opgave for denne protokol er en forsinket respons WM opgave, hvor romanen opgave-irrelevante følelsesmæssige og neutrale distracters præsenteres i løbet af forsinkelsen intervallet mellem memoranda og sonder (se figur 1 i diagram illustrerer den oprindelige opgave). Event-relaterede fMRI data registreres, mens deltagerne udføre denne opgave. Scrambled versioner af den faktiske distracters kan også bruges som perceptuelle kontrol, som har identiske grundlæggende egenskaber (f.eks rumlige frekvens og luminans).

Figur 1. Generel Diagram af den forsinkede respons Arbejde Memory opgave med Distraktion (fra ^6, med tilladelse). Tre ansigter anvendes i notater med henblik på at stærkt engagere dorsale udøvende system, og par af nye distracters anvendes med henblik på at øge impact følelsesmæssige distraktion om WM performance og hjerneaktivitet. Virkningen af ​​følelsesmæssige distracters kan også øges ved at præsentere billeder i farver (ikke vist), og ved parring distracters med lignende følelsesmæssige og semantiske indhold. I denne forbindelse bør særlig opmærksomhed rettes mod også matche følelsesmæssige og neutrale billeder i de grundlæggende egenskaber, som lysstyrke og rumlige frekvens ^15, for at undgå at indføre mulige forvirrer. Deltagerne bliver bedt om at fastholde deres fokus på WM opgaven, mens du stadig behandle distracters, og til at foretage hurtige og præcise svar på de sonder ved at trykke på et svar knappen (1 = Gammel, 2 = ny). For stimulus præsentation, brugte vi CIGAL ( http://www.nitrc.org/projects/cigal/ ). De notater og sonder kan præsenteres i farver eller sort-hvid.

2. Det anbefales, at køn ansigter i notaterne har harmoniske proportioner af mændene (50%) og females (50%). Lignende afbalanceret forhold anbefales også til den gamle (50%) og New (50%) sonder. Vanskeligheden ved WM opgaven kan varieres ved at ændre disse andele og / eller ved at ændre andre faktorer - fx, at ligheden mellem de ansigtstræk blandt ansigter fra samme notat, og deres lighed med sonder, og / eller ved at manipulere tilstedeværelse / fravær af ekstra-ansigtstræk i notater (se også filmen). Ud over ansigter, kan andre stimuli også bruges som notater og sonder ^9.
3. Det anbefales, at 30-40 forsøg pr vilkår nr. ^6, være ¹¹ anvendes med dette design, men givet sin stabilitet som en "slow-paced" design robuste fMRI-signalet kan også fås med færre forsøg (se supplerende materiale fra ^6). Dette giver mulighed for samling af fMRI data i ~ 1,5-2 timer., Hvilket er muligt at bruge i både raske og klinisk deltagere. På trods af sin lille ulempe på grund af de relativt lavere antal forsøgder kan være involveret i forhold til "fast-paced" design, dette design er fordelene ved at opnå mere stabile enkelt-forsøg fMRI-signalet og bedre adskillelse af signalet er forbundet med de enkelte forsøg og inden retssagen stimuli / faser, som også er fordelagtigt for funktionelle tilslutning analyser.
4. Variation af distracters type, bidrager også til alsidigheden i dette design, ved at tilpasse det i overensstemmelse med målene for undersøgelser og målrettet befolkninger. Følelsesmæssige og neutral distracters i den oprindelige udformning ⁶ blev udvalgt fra Den Internationale Affective Picture System ^16, men lignende effekter kan opnås med andre nye stimuli, der er effektive som distracters ^12, og / eller med manipulationer, der øger følsomheden af WM opgave i detektere adfærdsmæssige forskelle (fx ved også at vurdere deltagernes tillid til deres besvarelser) ^11.
5. For eksempel i en nylig undersøgelse i efterkrigstidens veterans med eller uden post-traumatisk stress disorder (PTSD) ^12, blev de følelsesmæssige IAPS billederne inducerende generelle negative følelser erstattet med bekæmpelse-relaterede billeder. Disse billeder blev forventes at fremkalde følelser, der er mere specifikt knyttet til bekæmpelse-relaterede traumer, og dermed være mere effektiv distracters i kamp-eksponerede kohorter, især i PTSD-gruppen. Desuden stimuli, der inducerer specifikke negative følelser (fx angst) eller følelsesmæssigt positive stimuli kan også bruges som distracters. For eksempel ansigter viser bange udtryk kunne fremkalde social angst, og dermed være effektivt at undersøge virkningen af forbigående angstfremkaldende distraktion på WM ^11. Også, kan lignende effekter findes med positive distracters ^17.
6. Endelig kan sammen med andre foranstaltninger (fx adfærds-og personlighed-relateret) dette paradigme også bruges til at undersøge forholdet mellem hjernens aktivitet og individuel afviger forskelle i forskellige aspekter, som påvirker kognitive præstationer i denne opgave ^{8, 10, 11.}

II. Forberedelse af emnet for Scan

Alle deltagerne skal give skriftligt informeret samtykke, inden du kører af forsøgsprotokollen, som bør godkendes af en etisk bestyrelse.

Forud for Indtastning af Scanning Room

1. På dagen for scanning, er deltagerens aktuelle affektive tilstand vurderet, at kontrollere for effekten af ​​stemningen på WM opgaven med distraktion. I forbindelse med post-scanning vurderinger, kan disse indledende vurderinger kan også bruges til at screene for ændringer i humør som et resultat af at deltage i undersøgelsen ^11.
2. Forud for scanningen, er deltageren orienteret i detaljer af scanningen procedurer, og er givet specifikke instrukser vedrørende de adfærdsmæssige opgaven. Deltageren også fuldfører en kort øvelse at blive fortrolig med opgaven.

e_step "> Indtastning af Scanning Room

3. Deltageren ligger liggende på scanning sengen, med ekstra polstring til hovedet, for at sikre komfort under scanningen og minimere bevægelse. For yderligere at minimere hoved bevægelse, kan den ikke-klæbende side af en længde på tape vikles forsigtigt rundt emnet pande. Emner er givet høreværn samt isolation hovedtelefoner til at kommunikere med forsøgslederen under MR-scanning.
4. Fagets højre hånd er placeret behageligt på svaret kassen. Inden du påbegynder dataindsamlingen, er det afgørende at sørge for, at svaret knapper arbejde ordentligt, og at emnet kan se skærmen projektion klart for stimulus præsentation. Nødstop-knappen er også placeret i nærheden, så motivet kan indikere noget påtrængende behov for at stoppe scanneren.

Efter Scanning Session

5. Yderligere opgaver kan anvendes til yderligere adfærdsmæssige assessments - fx for at bestemme deltagernes følsomhed over for distracters, efter bedømmelse den følelsesmæssige valens / intensitet distracters og / eller den subjektivt opfattede distraktion af distracters. Disse vurderinger kan bruges til at sikre, at subjektive opfattelse af følelsesmæssige stimuli anvendes under scanning replikater tidligere effekter er vist i litteraturen, og individuelle forskelle i kreditvurderinger kan anvendes til at undersøge deres indflydelse på de neurale mekanismer, medierende de skadelige virkninger af følelser på kognition ^{6 , 8.}
6. Vurderinger af personlighedstræk (fx træk angst, følelsesmæssig reaktivitet) kan også foretages efter MR-scanning, hvis de ikke udføres før scanning ^11.

III. Dataregistrering og-analyse

Scanningsparametre

I den oprindelige undersøgelse ⁶ indsamlede vi MRI data ved hjælp af en 4 Tesla General Electric-scanner for MR optagelser, men for de mere RECskellige versioner af den opgave, vi var også succes med at indsamle MRI data med en 1,5 T-scanner ^11. I 4T scanner, serie af 30 funktionelle skiver (voxel size = 4 x 4 x 4 mm) blev anskaffet aksialt ved hjælp af en omvendt-spiral puls sekvens (TR = 2000 ms; TE = 31 ms; synsfelt = 256 x 256mm) , hvilket giver mulighed for fuld-hjerne-dækning. Ligeledes, i 1,5 scanner, serie af 28 funktionelle skiver (voxel size = 4 x 4 x 4 mm), er erhvervet aksialt ved hjælp af en echoplanar sekvens (TR = 2000 ms; TE = 40 ms; synsfelt = 256 x 256 mm ). Høj opløsning strukturelle billeder blev også erhvervet i aksial retning (in-plane opløsning = 1 mm ^2; anatomisk-funktionelle forhold = 4:1).

Dataanalyse

Vi bruger Statistisk Parametrisk Mapping (SPM: http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/ ) i kombination med in-house Matlab-baserede værktøjer. Pre-behandlingen omfatter typiske trin: kvalitetssikring *, TR enlignment, motion korrektion, co-registrering, normalisering, og udjævning (ved hjælp af en 8 x 8 x 8 mm kerne) * basale kvalitetssikring involveret visuel inspektion af data, for at opdage grove bevægelser af deltagere og motion-relaterede artefakter i data, samt identifikation af mængder med usædvanlig pigge i MR-signalet. Individuel og gruppe-niveau statistiske analyser inddrage sammenligninger af hjernens aktivitet efter distracter type (følelsesmæssig vs neutral distraktion). Desuden korrelationer af hjernescanning data med subjektive eller objektive mål for distraktion (fx følelsesmæssige og distraktion ratings og arbejder hukommelse ydeevne) ^6,8,11 og / eller scorer indeksering personlighed foranstaltninger (fx træk angst) ¹¹ kan også udføres, at undersøge, hvordan hjernens aktivitet samvarierer med individuelle forskelle i disse foranstaltninger. Analyser i alle vores undersøgelser med anvendelse af denne protokol har typisk fokuseret på aktivitet observeret under forsinkelsen interval, when distracters præsenteres, men aktiviteten tid-låst til andre begivenheder (f.eks sonder) kan også blive undersøgt.

IV. Repræsentative resultater

Figur 2. Modsatte mønster af aktivitet i den ventrale vs Dorsal Brain Systems i overværelse af følelsesmæssige Distraktion (fra ^6, med tilladelse). Følelsesmæssig distracters produceret øget aktivitet i ventrale affektive hjernen regioner (rød klatter), såsom ventrolaterale præfrontale cortex (vlPFC) og amygdala (ikke vist), mens der producerer nedsat aktivitet i ryg udøvende hjernens regioner (blå klatter), såsom dorsolaterale præfrontale cortex (dlPFC) og lateral parietale cortex (LPC). Det centrale billede viser aktivering kort over de direkte kontrast mellem de mest vs den mindst distraherende betingelser (dvs., følelsesmæssige vs scrambled), oven på en høj opløsning hjerne billede, der vises i en lateralse af den højre hjernehalvdel. Farven vandrette bjælker i bunden af hjernen billedet viser gradient af t værdier af aktiveringen kort. Linjen grafer viser tidsforløbet af aktivitet i det repræsentative ryg og ventral områder af hjernen (angivet med farve-kodede pile). Den grå rektangulære kasser over x-akserne angiver indtræden og varighed af de notater, distracters og sonder, hhv. FFG = fusiform Gyrus.

Discussion

Denne eksperimentelle design forudsat indledende hjernescanning beviser for, at de skadelige virkninger af følelsesmæssig distraktion om den igangværende kognitive processer indebærer gensidige modulationer mellem HotEmo ventrale neurale system og ColdEx dorsale system. Denne dorso-ventrale dissociation var knyttet til nedsat WM præstation i overværelse af følelsesmæssige distraktion ^6, er systematisk blevet gentaget i normale ^8-11, kliniske ^12-14, og andre ændrede betingelser, såsom søvnmangel ¹⁰ og ^stress-18. Vigtigt er det, blev det også vist sig at være specifikke for følelsesmæssige, både positive og negative ^17, men ikke til neutral distraktion ^{8, 19.} I betragtning af dens alsidighed, kan denne protokol og dens varianter bruges i undersøgelsen af ​​de neurale korrelater til at reagere og klare følelsesmæssige distraktion hos både raske og kliniske grupper. I sidstnævnte kohorte, giver det identifiction af de mekanismer der ligger til grund forværret konsekvenserne af følelsesmæssige distraktion observeret i angst, der er forbundet med øget følelsesmæssig distraktion (fx PTSD, social fobi) ^12,20. Succesen for denne protokol er afhængig af muligheden for samtidig at udforske aktivitet i følelser og kognition-relaterede områder af hjernen, og deres samspil, samt på dens tilpasningsevne for at vælge de særlige følelsesmæssige distraktion i henhold til målene for undersøgelserne.