Summary
描述的方法进行调查知道和不知道的记忆过程的神经机制，支持在恐惧条件。这种方法监测血氧水平依赖（BOLD）的功能磁共振成像，皮肤电导反应，和无条件刺激的预期，在巴甫洛夫恐惧的调节，以评估鲜明的记忆过程的神经关联。
Abstract
巴甫洛夫担心空调往往是结合使用功能磁共振成像（fMRI）技术，在人类联想学习1-5的神经基础研究。在这些研究中，重要的是要提供空调的行为的证据，以验证是学习相关的，与人类行为相关的大脑活动的差异。
恐惧条件的研究往往监察植物神经反应（如皮肤电导反应; SCR）作为学习和记忆 6-8的索引。此外，其他行为的措施，可以提供有价值的信息关注学习过程和/或其他认知功能的影响空调。例如，影响无条件刺激（UCS）的预期有上表达的条件反应（CR）和无条件反应（UCR）数9-14最近的研究已经在一个感兴趣的话题。 SCR和UCS预期措施最近已与功能磁共振成像结合调查知道和不知道害怕学习和记忆过程15的神经基础。虽然这些认知过程可以评估在一定程度以下的空调会议，评估后空调不能衡量审判试行的期望和易受干扰和遗忘，以及其他因素，可能会扭曲结果16,17 。
自主和行为反应，同时监测功能磁共振成像提供了一个调解的认知过程和行为/植物神经反应之间的复杂关系的神经基板可以评估机制。然而，在MRI环境监测的自主和行为反应，对一些实际问题。具体来说，1）标准的行为和生理监测设备是构建有色金属材料，可以不被安全地附近的磁共振成像扫描仪，2使用）时，此设备是以外的磁共振扫描室放置，投射到主体的电缆可以进行射频噪声，文物在脑图像，3）文物可产生皮肤内的电导信号开关在扫描过程中，4梯度）的行为反应的电机要求所产生的fMRI信号，可能需要从活动区别开来，涉及到利益的认知过程。这些问题都可以解决与生理监测设备的安装和额外的数据分析程序进行修改。在这里，我们提出了一个方法同时监测在功能磁共振成像的自主和行为反应，并证明这些方法的使用调查期间恐惧制约知道和不知道的记忆过程。
Protocol
1。心理生理学
BIOPAC系统，旗下的生理监测系统（参见具体设备表），非标设备在大多数成像设施。附表15-30分钟参与者的到来之前设立的生理监测和本议定书中所描述的其他设备（图1）。
- 连接控制室的电脑操作系统AcqKnowledge（BIOPAC系统公司）生理监测软件使用标准的以太网交叉电缆（CBLETH2）BIOPAC MP150（MP150WSW）。
- BIOPAC隔离数字接口（STP100C）连接到控制室的电脑操作演示（神经行为系统，INC;奥尔巴尼，加利福尼亚）软件，采用一个DB25的男/女带状电缆。
- 连接BIOPAC金沙江放大器（EDA - 100C - MRI）的射频干扰滤波器（MRIRFIF），使用屏蔽延长线（MECMRI 3）内部控制室。
- 连接射频干扰的屏蔽延长线滤波器（MRIRFIF）（MECMRI 1）在MRI扫描室。
- 碳纤维导线（铅108）连接到无线电半透明电极（EL508）屏蔽延长线连接。注：在紧张的螺旋捻的线索减少工件在皮肤电导，可以在扫描过程中创建的数据。
- 将无线电半透明电极（EL508）参与者的左手中指和无名指末节。
- 由于扫描设备的性质，核磁共振室的室内温度往往低于21 ° C封面用毛毯，以保持手的温度的参与者。
2。行为反应（操纵杆）
- 操纵杆的fORP接口单元（目前的设计公司，费城，PA）使用迷你USB电缆连接控制室的计算机操作演示软件（神经行为系统，INC;奥尔巴尼，加利福尼亚）。
- 连接光缆在控制室fORP接口单元，然后通过波导到核磁共振室的电缆。
- 光缆连接致辞兼容的操纵杆。
- 的直接参与者，放置在一个舒适和容易到达的位置操纵杆。
3。刺激呈现
- 国际金融机构SA（Invivo公司，佛罗里达州奥兰多市）控制室控制台（图1）外部VGA和音频端口连接控制室的计算机操作演示软件。
- 检查国际金融机构控制室控制台和国际金融机构的外设接口单元内MRI室，以及外围接口单元和音频/视频显示单元之间的连接之间的光纤电缆连接。
- 将头线圈等，参与者可以通过连接到头部线圈的镜子查看显示器背后的音频/视频显示单元。
- 国际金融机构系统的MR兼容立体声耳机，使用乙烯管，连接的音频/视频显示单元的声学接口盒。
- 校准使用声压级米的听觉刺激量。
4。实验过程
- 通知与会者2铃声将在研究过程中几次，铃声的音量会有所不同的上方和下方的感知阈值（图2）。
- 直接参与者，立即推动操纵杆盒上的一个按钮后，听证会或者音，然后更新他们的期望，通过移动操纵杆来控制一个在0至100分的评分栏的位置（图3）接收的UCS。
- 指示参加他们的UCS的预期率在连续的规模从0到100。告知他们的0个评分表明他们一定不会提出的UCS，50的收视率表明，他们是不确定的UCS是否将提交，和100的收视率表明，他们有一定的UCS将提交。直接参与者使用上规模的其他值来表示中间的期望。然后，让学员练习使用操纵杆，使收视率。
- 让参与者差分恐惧制约的程序，使用2个音（700和1300赫兹，20多岁的ITI的10秒持续时间）作为条件刺激（CS）和一个响亮的白噪声（100分贝500毫秒）作为UCS。
- 目前60试验的CS +（coterminating与UCS）和60项试验的CS -（没有的UCS）一个伪秩序等，呈现连续不超过2试验相同的CS。
- 抵消作为CS +和CS -跨参与者的色调。
- 调节的CS +和CS独立的音量。调整后续试验相同的CS CS量。如果按下一个按钮（即认为试验），减少CS量5分贝。如果没有按下一个按钮增加音量5分贝（即以下unperceived审判）。
- 收集T1加权标准的高分辨率结构图像（例如MPRAGE）作为功能数据的解剖参考。
- 收集大胆在调节过程中的全脑功能磁共振成像。三十六，4mm厚的片，应足以弥补相对标准的成像参数（如TR = 2000毫秒，TE = 30ms的，FOV = 24厘米，64x64的矩阵）的大脑。刺激呈现同步使用的功能磁共振成像触发盒的功能磁共振成像收购。
6。 SCR的数据采集和分析
- 样品在2000赫兹，使用AcqKnowledge软件和MR兼容BIOPAC生理监测系统，在第1条所述的皮肤电导。
- 应用1 Hz的无限脉冲响应（IIR）的皮肤电导数据低通数字滤波器，以减少在成像产生的工件（见图4）。
- 重新取样，在250赫兹的皮肤电导数据。
- 皮肤电导响应发病水平的差异，以响应峰值计算的SCR。
- SCR的数据可以转化为规范化的响应振幅分布统计分析前的平方根。
7。 UCS的预期数据采集与分析
- 样品（40赫兹）和记录UCS预期的数据，使用演示软件。
- 计算平均响应（1S样品）在最后一秒的CS演示UCS的预期。
8。功能磁共振成像数据采集与分析
- 完整的标准预处理的脑成像数据，使用功能成像分析软件（如AFNI 18）（如切片定时校正，图像配准，空间平滑） 。
- 创建标准滋扰（如运动）和刺激的CS +和CS -，以及UCS的感知和unperceived试验基于回归。
- 创建一个电机响应的参考波形作为一个滋扰回归量电机活动相关按下按钮响应。
- 创建一棒功能，按下按钮响应时间的代码。
- 卷积与规范的血流动力学响应函数（HRF）按下按钮坚持功能。
- 创建电机响应的参考波形作为一个滋扰回归量操纵杆反应有关的运动活动。
- 创建一棒功能，在斜坡UCS的预期收视率的变化（如坡度绝对值> 10）的时间代码。
- 卷积操纵杆斜坡坚持规范HRF功能。
- 执行第一层次的分析，利用一切刺激和滋扰回归。
- 执行第二个层次的重复测量方差分析，以确定激活其中的一个观念的主要作用，CS型或CS X型感知互动的主要影响的地区。
9。代表性的成果：
这里介绍的方法UCS的预期收视率相对较高，在通常认为CS +试验，并在认为CS -试验（图5）10,15,19收视率低的结果。这些结果表明，参与者都知道CS - UCS的突发。在unperceived试验，UCS的预期收视率通常保持预CS评级不变。通常在这些unperceived CS +和CS -试验UCS预期下降近50个说明参与者是不确定的UCS是否将提交 10,15,19（图5） 。这无法产生UCS的预期收视率差的unperceived CS +和CS -表示，参与者都无法表达的应变意识unperceived空调试验（图6）。相比之下，学习相关的变化，在SCR已经观察到在感知和unperceived空调试验 10,15,19 。具体来说，可控硅均大于的感知，感知的CS + CS -。同样的，更大的可控硅unperceived政务司司长期间已被证明+比unperceived CS -试验10,15,19（图6）。两者合计，这些行为和自主的数据表明，没有应急意识unperceived试验认为试验与应急意识，恐惧条件和恐惧条件。功能成像研究，使用这种方法已经证明对知觉学习相关的海马激活，但不unperceived空调试验 15（图7） 。相反，差的杏仁核活动是观察感知和unperceived空调试验 15 。这些研究结果是一致认为海马的支持与应急意识的过程，而杏仁核华润表达支持与不认识。
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图1图的基本设备，为刺激呈现和行为/心理生理反应监测。演示软件是用于目前的视听刺激和监视UCS的预期收视率，用右手移动操纵杆。 AcqKnowledge软件和BIOPAC设备用来监视从左侧皮肤电导。固体（BIOPAC），单虚线（IFIS音像），双虚线线（光纤操纵杆）描绘了不同的刺激呈现和反应监测系统的电缆。黑色箭头表示信息流的方向。
图2：空调的刺激。目前CS +和CS -一个伪秩序等，呈现连续不超过2试验相同的CS。改变CS +和CS -独立音量。如果CS被视为（按下一个按钮表示），减少对随后的审判相同的CS CS量5分贝。如果CS是unperceived（表示没有按下按钮），提高CS量5分贝相同的CS随后的审讯。
图3。UCS预期评级规模。指示参加率在0至100分的期望UCS的介绍。评分为0表示肯定不会提出的UCS，100的收视率表明确定性的UCS将提交，和50的评级反映了是否将提交的UCS的不确定性。中级评分应该用来指示UCS的预期层次。
图4。原材料和过滤的皮肤电导数据的比较。一）原料皮电导数据收集过程中的fMRI。 b）皮肤电导数据后1Hz的IIR低通滤波器的应用程序。
图5。UCS预期收视率。通常，与会者报告认为CS +试验和低知觉CS试验预期高UCS的预期。在unperceived CS +和CS试验UCS预期没有什么不同。
图6。UCS的预期和SCR。 UCS的预期的差异通常认为CS +和CS试验观察表明参与者都知道刺激应急。 unperceived试验，UCS的预期收视率通常不有所不同，参与者都无法表达自己的应急意识。相比之下，调节可控硅的差异通常是观察认识和unperceived空调试验。这样的结果反映（即认为试验）和无（unperceived试验IE）应急意识了解到恐惧的表达。
图7。海马和杏仁核的功能磁共振成像。海马的反应通常大于CS -感知，但没有unperceived空调试验的CS +。差分杏仁核的反应通常是感知和unperceived空调试验观察。这些研究结果是一致认为海马的支持与应急意识的过程，而杏仁核恐惧表达支持与不认识。
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Discussion
这里描述的恐惧调理方法调查知道和不知道的恐惧记忆过程的神经机制提供了一种手段。这种方法需要的行为，植物神经和fMRI数据的同步监测的优势。监测行为（即UCS的预期）和植物神经反应（即可控硅）是这种方法的关键组成部分。 UCS的预期提供了一种手段，以评估应变意识，而SCR CR的表达提供了一个指数。总之，这些行为和植物神经反应，可用于在超阈CS +和CS试验演示调查恐惧条件和没有应急意识。然后，可以使用功能磁共振成像数据的调查，知道和不知道的恐惧记忆过程的神经关联。这种方法的一个特别的力量，它使参与者每个空调试验的类型（即感知CS +和CS -，unperceived CS + CS -）。试内设计，像这里所描述的是比之间因为SCR和fMRI信号反应比较大的跨学科的观察变异的主题设计更强大。这种方法的另一个强项是CS的演示文稿的体积是根据每个参与者的感知阈值。此外，感性的门槛，允许不同的空调会议的过程中。以前的工作，通常在低于阈值7,20,21水平的刺激。然而，感知阈值可以有所不同，随着时间的推移减少能够检测亚阈值的影响22。这种方法的一个额外的力量是UCS预期上的空调会议期间的审判，审判的基础上评估。其他功能磁共振成像研究，评估在空调后评价23 CS - UCS的应急意识。然而，空调后评估1）可以进行评估，也没有审判，审判，2）在预期的变化可能不敏感，应变意识的潜移默化的证据，和3）容易受到扭曲的问题，如忘记和干扰的结果。虽然有一些优势，我们的方法，监测UCS的预期可能会在不使用网上预期措施的研究，从不同的方式从事注意过程。这是一个问题，调查人员应考虑用这种方法的优点，设计自己的项目时，沿。
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Disclosures
没有利益冲突的声明。
Acknowledgments
阿拉巴马大学伯明翰学院发展资助计划提供支持。
References
- LaBar, K. S., Gatenby, J. C., Gore, J. C., LeDoux, J. E., Phelps, E. A. Human amygdala activation during conditioned fear acquisition and extinction: a mixed-trial fMRI study. Neuron. 20, 937-945 (1998).
- Buchel, C., Morris, J., Dolan, R. J., Friston, K. J. Brain systems mediating aversive conditioning: an event-related fMRI study. Neuron. 20, 947-957 (1998).
- Cheng, D. T., Knight, D. C., Smith, C. N., Stein, E. A., Helmstetter, F. J. Functional MRI of human amygdala activity during Pavlovian fear conditioning: stimulus processing versus response expression. Behav. Neurosci. 117, 3-10 (2003).
- Knight, D. C., Smith, C. N., Stein, E. A., Helmstetter, F. J. Functional MRI of human Pavlovian fear conditioning: patterns of activation as a function of learning. Neuroreport. 10, 3665-3670 (1999).
- Cheng, D. T., Knight, D. C., Smith, C. N., Helmstetter, F. J. Human amygdala activity during the expression of fear responses. Behav. Neurosci. 120, 1187-1195 (2006).
- Balderston, N. L., Helmstetter, F. J. Conditioning with masked stimuli affects the timecourse of skin conductance responses. Behav. Neurosci. 124, 478-489 (2010).
- Esteves, F., Parra, C., Dimberg, U., Ohman, A. Nonconscious associative learning: Pavlovian conditioning of skin conductance responses to masked fear-relevant facial stimuli. Psychophysiology. 31, 375-385 (1994).
- Cheng, D. T., Richards, J., Helmstetter, F. J. Activity in the human amygdala corresponds to early, rather than late period autonomic responses to a signal for shock. Learn. Mem. 14, 485-490 (2007).
- Knight, D. C., Nguyen, H. T., Bandettini, P. A. The role of the human amygdala in the production of conditioned fear responses. Neuroimage. 26, 1193-1200 (2005).
- Knight, D. C., Nguyen, H. T., Bandettini, P. A. The role of awareness in delay and trace fear conditioning in humans. Cogn. Affect. Behav. Neurosci. 6, 157-162 (2006).
- Schultz, D. H., Helmstetter, F. J. Classical conditioning of autonomic fear responses is independent of contingency awareness. J. Exp. Psychol. Anim. Behav. Process. 36, 495-500 (2010).
- Dunsmoor, J. E., Bandettini, P. A., Knight, D. C. Neural correlates of unconditioned response diminution during Pavlovian conditioning. Neuroimage. 40, 811-817 (2008).
- Katkin, E. S., Wiens, S., Ohman, A. Nonconscious fear conditioning, visceral perception, and the development of gut feelings. Psychol. Sci. 12, 366-370 (2001).
- Knight, D. C., Waters, N. S., King, M. K., Bandettini, P. A. Learning-related diminution of unconditioned SCR and fMRI signal responses. Neuroimage. 49, 843-848 (2010).
- Knight, D. C., Waters, N. S., Bandettini, P. A. Neural substrates of explicit and implicit fear memory. Neuroimage. 45, 208-214 (2009).
- Lovibond, P. F., Shanks, D. R. The role of awareness in Pavlovian conditioning: empirical evidence and theoretical implications. J. Exp. Psychol. Anim. Behav. Process. 28, 3-26 (2002).
- Hippocampus, 8, 620-626 (1998).
- Cox, R. W. AFNI: software for analysis and visualization of functional magnetic resonance neuroimages. Comput. Biomed. Res. 29, 162-173 (1996).
- Knight, D. C., Nguyen, H. T., Bandettini, P. A. Expression of conditional fear with and without awareness. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 100, 15280-15283 (2003).
- Bunce, S. C., Bernat, E., Wong, P. S., Shevrin, H. Further evidence for unconscious learning: preliminary support for the conditioning of facial EMG to subliminal stimuli. J. Psychiatr. Res. 33, 341-347 (1999).
- Kotze, H. F., Moller, A. T. Effect of auditory subliminal stimulation on GSR. Psychol. Rep. 67, 931-934 (1990).
- Miller, J. Threshold variability in subliminal perception experiments: fixed threshold estimates reduce power to detect subliminal effects. J. Exp. Psychol. Hum. Percept. Perform. 17, 841-851 (1991).
- Tabbert, K., Stark, R., Kirsch, P., Vaitl, D. Dissociation of neural responses and skin conductance reactions during fear conditioning with and without awareness of stimulus contingencies. Neuroimage. 32, 761-770 (2006).
