Brain Imaging Undersökning av försämra Effekt av Emotion på kognition

Summary

Vi presenterar ett protokoll som gör att utredningen av neurala mekanismer förmedla de negativa effekterna av känslor på kognition, med hjälp av funktionell magnetisk resonanstomografi. Detta protokoll kan användas med både friska och klinisk deltagare.

Abstract

Känslor kan påverka kognition genom att utöva både ökad (t ex bättre minne för känslomässiga reaktioner) och försämrar (t.ex. ökad känslomässig distraherbarhet) effekter (över ^1). Som komplement till våra senaste protokoll ² beskriver en metod som möjliggör undersökning av neurala korrelat av minnet som förbättrar effekten av känslor (se även ^{1, 3-5),} här presenterar vi ett protokoll som gör att undersökning av neurala korrelat för de skadliga effekterna av känslor på kognition. Det viktigaste kännetecknet för denna metod är att den möjliggör identifiering av ömsesidiga modulationer mellan aktivitet i en ventral nervsystemet, som deltar i "heta" känslor bearbetning (HotEmo systemet), och en rygg-system, som medverkar i högre nivå "kalla" kognitiva / exekutiva bearbetning (ColdEx System) som är kopplade till kognitiv förmåga och individuella variationer i beteende (över ^1). Sedan dess inledande introInsatser ^6, har denna design visat sig vara särskilt mångsidig och inflytelserik i klarlägga olika aspekter om neurala korrelat för de skadliga effekterna av emotionell distraktion på kognition, med fokus på arbetsminnet (WM), och att hantera en sådan distraktion ^7,11 , både hos friska ^8-11 och klinisk deltagare ^12-14.

Protocol

I. Uppgift Design, stimuli och experimentell protokoll

1. Den grundläggande uppgiften för detta protokoll är en fördröjd reaktion WM uppgift, där nya uppgift-irrelevanta emotionella och neutrala distraktorerna presenteras under fördröjningen intervallet mellan PM och sonder (se figur 1 för diagram som illustrerar den ursprungliga uppgiften). Händelse-relaterade fMRI uppgifterna registreras medan deltagare utföra denna uppgift. Scrambled versioner av den faktiska distraktorerna kan också användas som perceptuella kontroller, som har identiska grundläggande egenskaper (t.ex. spatial frekvens och luminans).

Figur 1. Allmän Diagram över Fördröjd-Response Working Memory uppgift med Distraktion (från ^6, med tillstånd). Tre ansikten används i promemorior för att starkt engagera rygg verkställande systemet och par nya distraktorerna används för att öka IMPACt av känslomässig distraktion om WM prestanda och hjärnaktivitet. Effekterna av känslomässiga distraktorerna kan också ökas genom att presentera bilderna i färg (visas inte), och genom att para ihop distraktorerna med liknande känslomässiga och semantiska innehåll. I detta sammanhang bör speciell uppmärksamhet ägnas också matcha känslomässiga och neutrala bilder i grundläggande egenskaper, som ljusstyrka och spatial frekvens ^15, för att undvika att införa möjligt förvirrar. Deltagarna instrueras att behålla sin fokus på WM uppgiften samtidigt bearbeta distraktorerna, och att göra snabba och korrekta svar på sonderna genom att trycka ett svar knappen (1 = Gamla, 2 = Nytt). För stimulans presentationen använde vi CIGAL ( http://www.nitrc.org/projects/cigal/ ). De promemorior och sonder kan presenteras i färg eller svartvitt.

2. Det rekommenderas att kön ansikten i promemorior har balanserat proportioner av män (50%) och females (50%). Liknande balanserad andel är också rekommenderas för den gamla (50%) och Nya (50%) sonder. Svårigheten av WM uppgiften kan varieras genom att ändra dessa proportioner och / eller genom att variera andra faktorer - t.ex. likheten i ansiktsdrag hos ansikten från samma stiftelseurkund och deras likhet med sonder och / eller genom att manipulera närvaro / frånvaro av extra ansiktsdrag i promemorior (se även filmen). Förutom ansikten, kan andra stimuli även användas som promemorior och sonder ^9.
3. Det rekommenderas att 30-40 studier per villkor ^6, vara ¹¹ användas med denna design, men med tanke på dess stabilitet som ett "lugnt tempo" konstruera robusta fMRI-signalen kan också fås med färre prövningar (se kompletterande material från ^6). Detta möjliggör insamling av fMRI-data i ~ 1,5-2 timmar., Som går att använda i både friska och klinisk deltagare. Trots sin liten nackdel på grund av den relativt sett lägre antal försöksom kan vara inblandade jämföras med "snabba" design, har denna design fördelarna med att få mer stabil gemensam rättegång fMRI-signalen och bättre separation av signalen samband med individuella prövningar och inom rättegång stimuli / faser, som också är fördelaktigt för funktionell anslutning analyser.
4. Variation av distraktorerna typ bidrar också till den mångsidighet av denna design, genom att anpassa den enligt målen för utredningar och berörda befolkningsgrupper. Emotionella och neutrala distraktorerna i den ursprungliga designen ⁶ valdes ut från den internationella Affektiva Bild System ^16, men liknande effekter kan uppnås med andra nya stimuli som är effektiva som distraktorerna ^12, och / eller med manipulationer som ökar känsligheten i WM uppgiften i upptäcka beteendemässiga skillnader (t.ex. genom att även bedöma deltagarnas självförtroende i sina svar) ^11.
5. Till exempel i en färsk studie i efterkrigstidens veterans med eller utan posttraumatiskt stressyndrom (PTSD) ^12, var den känslomässiga IAP bilderna förmå allmänna negativa känslor ersätts med att bekämpa-relaterade bilder. Dessa bilder förväntades framkalla känslor som är mer specifikt kopplade till kampen mot-relaterade trauman och därmed bli mer effektiva distraktorerna i strid exponerade kohorter, särskilt i PTSD gruppen. Dessutom stimuli som inducerar specifika negativa känslor (t ex ångest) eller känslomässigt positiva stimuli kan också användas som distraktorerna. Till exempel ansikten visar skrämmande uttryck kan ge upphov till social ångest och därmed vara effektiva i att studera betydelsen av transienta ångestframkallande distraktion på WM ^11. Dessutom kan liknande effekter finns med positiva distraktorerna ^17.
6. Slutligen kan i kombination med andra åtgärder (t.ex., beteende-och personlighet-relaterade) detta paradigm också användas för att undersöka samband mellan hjärnans aktivitet och enskilda skiljer skillnader i olika aspekter som påverkar kognitiva prestanda i denna uppgift ^{8, 10, 11.}

II. Förbereda ämne för Scan

Alla deltagare bör tillhandahålla skriftliga informerade samtycke innan du kör den experimentella protokollet, som skall godkännas av en etikprövningsnämnd.

Innan du går i Scanning rummet

1. På dagen för skanning är deltagares nuvarande affektiva tillstånd utvärderas, för att kontrollera för effekten av stämningen på WM uppgiften med distraktion. I samband med post-skanning bedömningar, kan dessa inledande utvärderingarna också används för att undersöka förändringar i humör som en följd av deltagande i studien ^11.
2. Före genomsökningen, är deltagaren informeras i detalj av sökningen förfaranden, och får specifika instruktioner för de beteendemässiga uppgiften. Deltagaren fyller också en kort övning att bekanta sig med uppgiften.

e_step "> Ange Scanning rummet

3. Deltagaren ligger liggande på skanning sängen, med extra dämpning för huvudet, för att säkerställa komfort under genomsökningen och minimera rörelse. För att ytterligare minimera huvudrörelser, kan den icke-självhäftande sidan med en längd av bandet packas lätt runt motivet panna. Ämnen får hörselskydd samt hörlurar isolering för att kommunicera med försöksledaren under MRI.
4. Ämnet högra hand sitter bekvämt på svaret rutan. Innan du startar insamling av data, är det viktigt att se till att svaret knappar fungerar ordentligt och att motivet kan se projiceringar tydligt för stimulans presentation. Nödstopp är också placerad i närheten, så att motivet kan tyda på något brådskande behov av att stoppa scannern.

Efter Scanning Session

5. Ytterligare uppgifter kan användas för ytterligare beteendemässiga assessments - t ex att avgöra deltagarnas känslighet för distraktorerna, efter betyg den känslomässiga valenselektroner / intensitet distraktorerna och / eller den subjektivt upplevda Distraherbarhet av distraktorerna. Dessa betyg kan användas för att säkerställa att subjektiva uppfattning av känslomässiga stimuli som används under skanning replikerar tidigare effekter som i litteraturen, och individuella skillnader i betyg kan användas för att undersöka deras påverkan på neurala mekanismer som förmedlar de skadliga effekterna av känslor på kognition ^{6 , 8.}
6. Bedömningar av personlighetsdrag (t ex drag ångest, känslomässig reaktivitet) kan också göras efter MRI-skanning, om den inte utförs före skanning ^11.

III. Data registrering och analys

Inläsningsparametrarna

I den ursprungliga studien ⁶ samlade vi MRI data med hjälp av en 4 Tesla General Electric scanner för MR-inspelningar, men för de mer REColika versioner av den uppgift vi också framgångsrika i att samla in MRI data med en 1,5 T scanner ^11. I 4T skannern serie av 30 funktionella skivor (Voxel size = 4 x 4 x 4 mm) förvärvats axiellt med ett omvänt-spiral pulssekvens (TR = 2000 ms, TE = 31 ms, synfält = 256 x 256 mm) , vilket möjliggör full hjärnan täckning. Likaså i 1,5 skannern serie av 28 funktionella skivor (Voxel size = 4 x 4 x 4 mm), förvärvades axiellt med ett echoplanar sekvens (TR = 2000 ms, TE = 40 ms, synfält = 256 x 256 mm ). Högupplösta strukturella bilder Vidare förvärvades i axiell riktning (i-planet upplösning = 1 mm ^2, anatomiska-funktionella ratio = 4:1).

Dataanalys

Vi använder oss av Statistiska Parametrisk Mapping (SPM: http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/ ) i kombination med in-house Matlab-baserade verktyg. Pre-behandlingen innefattar typiska steg: kvalitetssäkring *, TR enlignment, rörelse korrigering, co-registrering, normalisering och utjämning (med hjälp av en 8 x 8 x 8 mm Kernel) * grundläggande kvalitetssäkring inblandade visuell kontroll av uppgifterna, för att upptäcka grova rörelser av deltagarna och rörelse-relaterade artefakter i uppgifter samt identifiering av volymerna med ovanliga spikar i MR-signalen. Individ-och gruppnivå statistiska analyser innebär jämförelser av hjärnans aktivitet efter distracter typ (emotionell kontra neutral distraktion). Dessutom (t.ex. drag ångest) korrelationer av data hjärnavbildning med subjektiva eller objektiva mått på distraherbarhet (t.ex. emotionella och avledbarhet betyg och arbetsminne prestanda) ^6,8,11 och / eller poäng indexering åtgärder personlighet ¹¹ kan också göras, att undersöka hur hjärnans aktivitet samvarierar med individuella skillnader i dessa åtgärder. Analyser i alla våra studier med detta protokoll har oftast fokuserar på aktiviteten observerades under förseningen intervallet, when distraktorerna presenteras, men aktiviteten tid låst till andra händelser (t.ex. givare) kan också utredas.

IV. Representativa resultat

Figur 2. Motsatt mönster av aktivitet i den ventrala vs ryggfenan hjärnsystem i närvaro av Emotional Distraktion (från ^6, med tillstånd). Emotionell distraktorerna produceras ökad aktivitet i ventrala affektiva områden i hjärnan (röd klumpar), såsom ventrolaterala prefrontala cortex (vlPFC) och amygdala (visas inte), samtidigt som det producerar minskade aktiviteten i rygg ledande hjärnan (blå klumpar), såsom dorsolaterala prefrontala cortex (dlPFC) och laterala parietala cortex (LPC). Den centrala Bilden visar aktivering kartor över den direkta kontrasten mellan de mest vs minst distraherande förhållanden (dvs. känslomässiga vs äggröra), ovanpå en högupplöst hjärnan bilden visas i en lateralbild av den högra hjärnhalvan. Färgen horisontella staplar i botten av hjärnan bilden visar lutning t värden för aktivering kartor. Linjen Diagrammen visar tiden loppet av verksamheten i representativa rygg-och ventrala delar av hjärnan (markerad med färgkodade pilar). Den grå rektangulära rutor ovanför x-axeln visar uppkomsten och varaktigheten av promemorior, distraktorerna och sonder, respektive. FFG = spolformade gyrus.

Discussion

Detta experimentell design som första bevis på hjärnröntgen att den skadliga inverkan som känslomässig distraktion om den pågående kognitiva processer som omfattar ömsesidigt modulationer mellan HotEmo ventrala nervsystemet och ColdEx dorsala systemet. Detta Dorso-ventrala dissociation var kopplat till försämrad WM prestanda i närvaro av känslomässig distraktion ^6, har systematiskt upprepas i normal ^8-11, klinisk ^12-14, och andra förändrade villkor, såsom sömnbrist ¹⁰ och stress ^18. Viktigt var det också visat sig vara specifika för känslomässig, både positiva och negativa ^17, men inte neutralt distraktion ^{8, 19.} Med tanke på dess mångsidighet, kan detta protokoll och dess varianter användas i utredningen av neurala korrelat att reagera och hantera känslomässiga förvirring både hos friska och kliniska grupper. I det senare kohorten, gör det identificring av mekanismerna bakom förvärrat effekterna av emotionell distraktion observerats i ångest, som är förknippade med ökad känslomässig distraherbarhet (t.ex. PTSD, social fobi) ^12,20. Framgången med detta protokoll bygger på möjligheten att samtidigt utforska aktivitet i känslor och kognition-relaterade områden i hjärnan och deras interaktioner, liksom på dess anpassningsförmåga för att välja specificitet känslomässiga distraktion enligt de mål av undersökningarna.