Brain Imaging Onderzoek van de aantasting effect van emotie op cognitie

Summary

We presenteren een protocol dat het onderzoek naar de neurale mechanismen bemiddelende de schadelijke invloed van emotie op cognitie, met behulp van functionele magnetische resonantie beeldvorming toelaat. Dit protocol kan gebruikt worden met zowel gezonde en klinische deelnemers.

Abstract

Emoties van invloed kan zijn cognitie door het uitoefenen van zowel de verbetering (bijvoorbeeld beter geheugen voor emotionele gebeurtenissen) en aantasting (bijv. verhoogde emotionele afleidbaarheid) effecten (beoordeeld op ^1). Aanvulling op onze recente protocol ² beschrijft een methode die het mogelijk maakt onderzoek naar de neurale correlaten van het geheugen-verbeterende effect van emoties (zie ook ^{1, 3-5),} hier hebben we een protocol dat het onderzoek naar de neurale correlaten van de nadelige gevolgen van de mogelijk aanwezige emotie op cognitie. Het belangrijkste kenmerk van deze methode is dat het de identificatie van wederzijdse modulaties tussen activiteit in een ventrale neurale systeem, betrokken bij het ​​'hot' de verwerking van emoties (HotEmo systeem), en een dorsale systeem, betrokken bij de 'koude' op hoger niveau kunnen cognitieve / executive verwerking (ColdEx systeem), die gekoppeld zijn aan cognitieve prestaties en van individuele variatie in gedrag (beoordeeld op ^1). Sinds de eerste introductie ^6, heeft dit ontwerp bewezen bijzonder veelzijdig en invloedrijk in de opheldering van verschillende aspecten met betrekking tot de neurale correlaten van de nadelige gevolgen van emotionele afleiding op cognitie, met een focus op werkgeheugen (WM), en van omgaan met een dergelijke afleiding ^7,11 , zowel in gezonde ^8-11 en klinische deelnemers ^12-14.

Protocol

I. Opdracht Design, Prikkels en Experimentele Protocol

1. De belangrijkste taak van dit protocol is een vertraagde reactie van WM taak, waar de nieuwe taak-irrelevant emotionele en neutrale distracters worden gepresenteerd tijdens de vertraging interval tussen de nota's en sondes (zie figuur 1 voor diagram de oorspronkelijke taak). Event-related fMRI gegevens worden geregistreerd, terwijl de deelnemers het uitvoeren van deze taak. Gecodeerde versies van de werkelijke distracters kan ook gebruikt worden als perceptuele controles, die identiek zijn fundamentele eigenschappen (bijvoorbeeld, ruimtelijke frequentie en luminantie) te hebben.

Figuur 1. Algemeen Schema van de Delayed-Response Werkgeheugen Task met Distraction (van ^6, met toestemming). Drie gezichten worden gebruikt in de nota om sterk gaan de dorsale executive-systeem, en paren van nieuwe distracters worden gebruikt om de IMPAC te verhogent van emotionele afleiding op de WM prestaties en hersenactiviteit. De impact van emotionele distracters kan ook worden verhoogd door de presentatie van de foto's in kleur (niet afgebeeld), en door het koppelen distracters met vergelijkbare emotionele en semantische inhoud. In dit verband dient aandacht te worden besteed aan ook de emotionele en neutrale plaatjes wedstrijd in elementaire eigenschappen, zoals helderheid en ruimtelijke frequentie ^15, om te voorkomen dat er mogelijk verwart. De deelnemers krijgen de opdracht om hun focus te houden op de WM taak terwijl het verwerken van de distracters, en om snel en accuraat antwoord te leveren aan de sondes door te drukken op een reactie van de knop (1 = Oud, 2 = Nieuw). Voor de stimulus presentatie, gebruikten we CIGAL ( http://www.nitrc.org/projects/cigal/ ). De nota's en sondes kunnen worden gepresenteerd in kleur of zwart-wit.

2. Is het raadzaam dat het geslacht van de gezichten in de nota een uitgebalanceerde verhouding van mannen (50%) en f heeftemales (50%). Vergelijkbare evenwichtige verhouding is ook geadviseerd voor de Oude (50%) en Nieuw (50%) sondes. De moeilijkheid van de WM taak kan worden gevarieerd door het veranderen van deze verhoudingen en / of door het variëren van andere factoren - zoals de gelijkenis van de gelaatstrekken bij gezichten van dezelfde akte van oprichting en hun gelijkenis met de sondes, en / of door het manipuleren van de aanwezigheid / afwezigheid van extra-gelaatstrekken in de nota's (zie ook het filmpje). In aanvulling op gezichten, kunnen ook andere stimuli ook gebruikt worden als nota's en sondes ^9.
3. Het wordt aanbevolen dat 30-40 trials per conditie ^{6, 11} worden gebruikt met dit ontwerp, maar gezien haar stabiliteit als een "slow-tempo" design robuuste fMRI signaal kan ook worden verkregen met minder studies (zie aanvullend materiaal uit ^6). Dit maakt verzameling van de fMRI gegevens in ~ 1,5 tot 2 uur., Die haalbaar is om te gebruiken in zowel gezonde en klinische deelnemers. Ondanks zijn geringe nadeel als gevolg van het relatief lagere aantal proevendie betrokken kunnen worden vergeleken met "snelle" ontwerpen, dit ontwerp heeft de voordelen van het verkrijgen van meer stabiele single-trial fMRI-signaal en een betere scheiding van het signaal in verband met individuele proeven en binnen de trial stimuli / fasen, die ook voordelig zijn voor de functionele connectiviteit analyses.
4. Variatie van de distracters soort draagt ​​ook bij aan de veelzijdigheid van dit ontwerp, door aanpassing van het volgens de doelstellingen van de onderzoeken en de betrokken bevolkingsgroepen. Emotionele en neutrale distracters in het oorspronkelijke ontwerp ^zes werden geselecteerd uit de International Affective Picture System ^16, maar soortgelijke effecten kunnen worden verkregen met andere nieuwe stimuli die effectief zijn als distracters ^12, en / of met manipulaties die de gevoeligheid van de WM taak toename van de het detecteren van gedrag verschillen (bijvoorbeeld door ook het beoordelen van de deelnemers het vertrouwen in hun antwoorden) ^11.
5. Bijvoorbeeld, in een recente studie in de na-oorlogse veterans met of zonder post-traumatische stress stoornis (PTSS) ^12, werden de emotionele IAPS foto's het induceren van het algemeen negatieve emoties vervangen door de bestrijding van-gerelateerde foto's. Deze foto's zijn naar verwachting emoties die meer specifiek gekoppeld aan de bestrijding in verband met trauma's, en dus effectiever distracters in het gevecht blootgestelde cohorten, met name in de PTSS-groep induceren. Bovendien, stimuli die specifieke negatieve emoties (zoals angst) induceren of emotioneel positieve stimuli kan ook worden gebruikt als distracters. Bijvoorbeeld, gezichten tonen angstige uitdrukkingen kunnen sociale angst veroorzaken, en dus effectief te zijn in het onderzoek naar de impact van de voorbijgaande angst-inducerende afleiding op WM ^11. Ook kunnen vergelijkbare effecten gevonden worden met een positieve distracters ^17.
6. Tot slot kan in combinatie met andere maatregelen (bv, gedrags-en persoonlijkheid-gerelateerd) dit paradigma ook worden gebruikt om te onderzoeken relaties tussen hersenactiviteit en de individuele verschillen verschillen in de verschillende aspecten die invloed hebben op de cognitieve prestaties in deze taak ^{8, 10, 11.}

II. Voorbereiding van het onderwerp voor de Scan

Alle deelnemers moeten schriftelijke geïnformeerde toestemming voorafgaand aan het uitvoeren van de experimentele protocol, dat moet worden goedgekeurd door een Ethische Raad van Bestuur.

Voorafgaand aan Het invoeren van de Scanning Room

1. Op de dag van het scannen, is de deelnemer huidige gemoedstoestand beoordeeld, om te controleren voor het effect van de stemming op de WM taak met afleiding. In combinatie met post-scanning evaluaties, kunnen deze eerste evaluaties ook worden gebruikt om te screenen op veranderingen in de stemming als gevolg van deelname aan het onderzoek ^11.
2. Voorafgaand aan de scan, wordt de deelnemer geïnformeerd detail van de scan procedures, en wordt gegeven specifieke instructies voor de gedrags-taak. De deelnemer vult ook een korte training om vertrouwd te maken met de taak.

e_step "> invoeren van de Scanning Room

3. De deelnemer ligt op zijn rug op het bed scanning, met extra demping van de kop, om comfort te garanderen tijdens het scannen en beweging te minimaliseren. Om verder te minimaliseren beweging van het hoofd, kan de niet-klevende zijde van een lengte van tape licht worden rond het voorhoofd van het onderwerp. Onderwerpen worden gegeven gehoorbescherming als isolatie koptelefoon om met de experimentator communiceren tijdens de MRI-scan.
4. Van het onderwerp rechterhand is comfortabel gepositioneerd op de reactie box. Voordat u begint met het verzamelen van gegevens, is het essentieel om ervoor te zorgen dat de reactie knoppen goed te laten werken en dat het onderwerp kan het scherm projectie duidelijk te zien voor de stimulus presentatie. Een noodstop-knop is ook in de buurt geplaatst, zodat het onderwerp kan een dringende noodzaak om de scanner stoppen aangeeft.

Naar aanleiding van de Scanning Session

5. Extra taken kunnen worden gebruikt voor verdere gedragsproblemen assessments - bijvoorbeeld om de deelnemers 'gevoeligheid voor de distracters bepalen, door de rating van de emotionele valentie / intensiteit van distracters en / of de subjectief ervaren afgeleid van de distracters. Deze ratings kunnen worden gebruikt om die subjectieve waarneming van emotionele stimuli gebruikt worden tijdens het scannen zorgen repliceert vorige effecten die zijn aangetoond in de literatuur, en de individuele verschillen in de scores kan worden gebruikt om hun invloed te onderzoeken op de neurale mechanismen bemiddelende het nadelige effect van emotie op cognitie ^{6 , 8.}
6. Beoordeling van persoonlijkheidskenmerken (bijvoorbeeld eigenschap angst, emotionele reactiviteit) kan ook worden gedaan na de MRI-scan, zo niet uitgevoerd voorafgaand aan het scannen van ^11.

III. Opname van gegevens en analyse

Scannen Parameters

In de oorspronkelijke studie ^6, we verzamelde gegevens met behulp van MRI een 4 Tesla General Electric scanner voor MRI-opnamen, maar voor de meer recschillende versies van de taak die we waren ook succesvol in het verzamelen van MRI data met een 1,5 T-scanner ^11. In de 4T scanner, serie van 30 functionele plakjes (voxel size = 4 x 4 x 4 mm) werden verkregen met behulp van een inverse axiaal-spiraal pulssequentie (TR = 2000 ms; TE = 31 ms; gezichtsveld = 256 x 256mm) , waardoor voor full-hersenen dekking. Ook in de 1,5 scanner, serie van 28 functionele plakjes (voxel size = 4 x 4 x 4 mm), werden overgenomen axiaal met behulp van een echoplanar reeks (TR = 2000 ms; TE = 40 ms; gezichtsveld = 256 x 256 mm ). Hoge-resolutie structurele beelden werden ook overgenomen in axiale richting (in-plane resolutie = 1 mm ^2; anatomisch-functionele ratio = 4:1).

Data Analysis

We maken gebruik van statistische Parametric Mapping (SPM: http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/ ) in combinatie met in-house Matlab-gebaseerde hulpmiddelen. Pre-verwerking typische stappen: kwaliteitszorg *, TR eenlignment, beweging correctie, co-registratie, normalisatie, en glad maken (met behulp van een 8 x 8 x 8 mm Kernel); * basic kwaliteitsborging bij visuele inspectie van de gegevens, het bruto bewegingen van de deelnemers en beweging-gerelateerde artefacten in de te detecteren gegevens, alsmede de identificatie van de volumes met een ongewone pieken in het MR-signaal. Individuele en collectieve niveau statistische analyses te betrekken vergelijken van hersenactiviteit volgens de afleider type (emotioneel versus neutraal afleiding). Bovendien, correlaties van de beeldvorming van de hersenen gegevens met subjectieve of objectieve metingen van afleidbaarheid (bijvoorbeeld emotionele en afleidbaarheid ratings en ​​werkgeheugen prestaties) ^6,8,11 en / of scores indexering persoonlijkheid maatregelen (bijvoorbeeld, angstdispositie) ¹¹ kan ook worden uitgevoerd, te onderzoeken hoe de hersenactiviteit co-varieert met individuele verschillen in deze maatregelen. Analyses in al onze studies met behulp van dit protocol zijn meestal gericht op activiteit waargenomen tijdens de vertraging interval, when de distracters worden gepresenteerd, maar de activiteit time-slot voor andere evenementen (bijv., probes) kunnen ook worden onderzocht.

IV. Representatieve resultaten

Figuur 2. Tegenover patroon van activiteit in het ventrale vs Dorsale Brain Systems in de tegenwoordigheid van Emotional Distraction (van ^6, met toestemming). Emotionele distracters geproduceerd verhoogde activiteit in het ventrale affectieve gebieden van de hersenen (rood blobs), zoals de ventrolaterale prefrontale cortex (vlPFC) en amygdala (niet afgebeeld), terwijl de productie van verminderde activiteit in de dorsale executive gebieden van de hersenen (blauw blobs), zoals dorsolaterale prefrontale cortex (DLPFC) en laterale pariëtale cortex (LPC). Het centrale beeld toont de activering kaarten van de directe contrast tussen de meest ten opzichte van de minst storende omstandigheden (dat wil zeggen, emotionele versus scrambled), bovenop een hoge resolutie hersenen afbeelding in een lateralezicht van de rechter hersenhelft. De kleur horizontale balken aan de onderkant van de hersenen afbeelding geven de helling van de t-waarden van de activering kaarten. De lijn grafieken tonen het tijdsverloop van de activiteit in representatieve dorsale en ventrale hersengebieden (aangegeven door gekleurde pijlen). De grijze rechthoekige dozen boven de x-as geven het begin en de duur van de nota's, distracters, en sondes, respectievelijk. FFG = spoelvormige winding.

Discussion

Deze experimentele ontwerpen die de eerste beeldvorming van de hersenen het bewijs dat het nadelige effect van emotionele afleiding op de lopende cognitieve processen die wederzijdse modulaties tussen de HotEmo ventrale neurale systeem en het ColdEx dorsale systeem met zich meebrengt. Dit dorso-ventrale dissociatie was gekoppeld aan verminderde WM prestaties in de aanwezigheid van emotionele afleiding ^6, is systematisch herhaald in normale ^8-11, klinische ^12-14, en andere gewijzigde omstandigheden, zoals onthouding van slaap en stress ^{10 18.} Belangrijk is dat het ook aangetoond dat specifiek voor emotionele, zowel positieve als negatieve ^17, maar niet om neutrale afleiding ^{8, 19.} Gezien de veelzijdigheid kan dit protocol en zijn varianten worden gebruikt in het onderzoek naar de neurale correlaten van reageren en omgaan met emotionele afleiding, zowel bij gezonde en klinische groepen. In het laatste cohort, is het mogelijk identificatie van de mechanismen die ten grondslag liggen aan de verergerd impact van de emotionele afleiding waargenomen in angststoornissen, die worden geassocieerd met een verhoogd emotionele afleidbaarheid (bijvoorbeeld PTSS, sociale fobie) ^12,20. Het succes van dit protocol is gebaseerd op de mogelijkheid om tegelijkertijd activiteiten te ontdekken in emotie-en cognitie-gerelateerde gebieden van de hersenen en hun interacties, alsook op het aanpassingsvermogen aan de specifieke kenmerken van emotionele afleiding selecteren op basis van de doelstellingen van de onderzoeken.