MazeSuite är en komplett verktygslåda för att förbereda, presentera och analysera navigations och rumsliga experiment. Funktionell nära infraröd spektroskopi (fNIR) är en optisk hjärna avbildningsteknik som möjliggör icke-invasiv och portabel övervakning av cerebrala ändringar blodets syresättning. Detta dokument sammanfattar kollektiva användningen av MazeSuite och fNIR inom en kognitiv bearbetning lärande.
MazeSuite är en komplett verktygslåda för att förbereda, presentera och analysera navigations och rumsliga experiment 1. MazeSuite kan användas för att utforma och redigera anpassade virtuella 3D-miljöer, spåra en deltagarnas beteende prestanda inom den virtuella miljön och synkronisera med externa enheter för fysiologiska och neuroimaging åtgärder, inklusive elektroencefalogram och ögonstyrning.
Funktionell nära infraröd spektroskopi (fNIR) är en optisk hjärnavbildning teknik som möjliggör kontinuerlig, non-invasiv, och portabel övervakning av förändringar i cerebrala blodets syresättning rör mänskliga hjärnfunktioner 2-7. Under det senaste årtiondet fNIR används för att effektivt övervaka kognitiva uppgifter såsom uppmärksamhet, arbetsminne och problemlösning 7-11. fNIR kan implementeras i form av en bärbar och minimalt påträngande enheten, den har kapacitet att övervaka hjärnaktivitet i ekologiskt giltiga miljöer.
<p class = "jove_content"> Kognitiva funktioner bedöms genom uppgift prestanda innebär mönster i hjärnan aktivering av prefrontala cortex (PFC) som varierar från den ursprungliga romanen uppgift prestanda, efter träningen och under lagring 12. Använda positronemissionstomografi (PET), Van Horn och hans kollegor fann att regionalt cerebralt blodflöde aktiverades i rätt frontalloben under kodning (dvs. första naiva prestanda) av rumslig navigering virtuella labyrinter medan det var lite för att ingen aktivering av frontal regioner efter praktiken och under lagring tester. Dessutom är effekterna av kontextuell störningar en lärande fenomen relaterat till organisation av praktiken, är uppenbara när individer förvärva flera uppgifter under olika praxis scheman 13,14. Hög kontextuell störningar (slumpvis träningsschema) skapas när uppgifter som kan dras redovisas i en icke-sekventiell, oförutsägbar ordning. Låg kontextuell störningar (blockeradträningsschema) skapas när uppgifter som kan dras redovisas i ett förutsägbart ordning.Vårt mål här är två: för det första för att illustrera den experimentella processen protokoll, och användning av MazeSuite, och för det andra för att visa inställningarna och driftsättning av fNIR hjärnaktivitet övervakningssystem med kognitiv Optisk Brain Imaging (COBI) Studio 15. För att illustrera våra mål, är en delprov från en studie rapporteras att visa användningen av både MazeSuite och COBI Studio i ett enda experiment. Studien omfattar bedömningen av kognitiv aktivitet PFC under förvärv och inlärning av uppgifter dator labyrint för blockerade och slumpmässiga beställningar. Två högerhänta vuxna (en hane, en hona) utfört 315 förvärv, 30 retention och 20 försök överföring över fyra dagar. Design, implementering, datainsamling och faser analys av studien förklaras med avsikten att ge en riktlinje för framtida studier.
Den prefrontala cortex (PFC) i den mänskliga hjärnan underlättar kognitiv kontroll över samordningen av tankar och handlingar i förhållande till interna mål. I synnerhet är den främre / dorsolaterala PFC kända för att förmedla högre kognitiva funktioner såsom ärendehantering, planering och rumslig navigering 25. fNIR är en bärbar, säker och icke-invasiv hjärnan övervakningsverktyg som har använts i kliniska, laboratorium och naturliga inställningar för att studera hjärnans aktivering. Detta förberedande studie visade användningen av Maze Suite och fNIR att studera neurodysfunktion aspekter av rumsliga navigering. I denna explorativa studie är MazeSuite plattform som används i samband med fNIR att studera neurodysfunktion aspekterna av geografisk navigering i dorsolaterala PFC och att visa en kombination av dessa två verktyg.
MazeSuite är en experimentell design, presentation och analys plattform. Det möjliggör skapandet och tillämpningen av enkla 3D miljöavtal med ett användarvänligt grafiskt gränssnitt och automatiskt registrerar beteendemässiga åtgärder för inom ämnet eller över föremål jämförelser. Under presentationen av MazeSuite miljöer, samtidigt tidssynkroniserade fNIR mätningar gjordes med en kommersiellt tillgänglig, bärbar, kontinuerligt system våg fNIR (Imager 1000, fNIR Devices, LLC) och COBI Studio 15. fNIR tidigare har etablerats som en säker och effektiv icke-invasiv hjärna övervakningsverktyg i kliniska, laboratorium och naturliga inställningar för att studera hjärnans aktivering 7,11 och används i denna studie för att undersöka kognitiva svar i samband med kontextuell påverkan under av rumsliga navigering uppgifter.
För att undersöka effekterna av praktiken order kontextuell störningar fick försökspersonerna presenteras med antingen en låg inblandning (BLK) eller hög interferens (RND) praktik ordning. Dessa distinkta praxis scheman användes för att testa effekten av lära multipel virtuella rumsliga navigering labyrint uppgifter över förvärv, lagring och överföring tester. De beteendemässiga resultat indikerar att både praxis order, finns det en monoton minskande trend i den totala tid som krävs för labyrint, vilket tyder på att som subjekt praktik, avslutade de var labyrint på kortare tid. Dessutom medelhastigheten med vilken ämnen som navigerat labyrint (maze hastighet) ökade med praktik. Dessa förbättringar i beteendet åtgärder över tid förväntas slutsatser av lärande. Mean oxi-Hb koncentration förändringar under praktiken prövningar indikerar att BLK praxis krävs högre hjärnaktivering jämfört med RND praxis ordning.
RND öva resulterat i snabbare färdigställande tid och kortare längder väg jämfört med BLK praxis för att både behålla och överföring, respektive. En minskande trend medelvärdet oxi-Hb för BLK och RND öva över kvarhållande försök indikerar minskad activitet i PFC. Denna slutsats förväntas som tidigare forskning har antytt att det är en minskning i aktiviteten av PFC under de senare stadierna av lärande 12,26.
Dessutom navigeringen för nya labyrinter under överföringen fasen krävs högre hjärnans aktivering för BLK verksamhet som omfattas jämfört med RND öva ämne. Med tanke på att den praxis ordning var olika för de uppgifter som redan lärt (dvs. maze1, maze2 och maze3), denna stratifierat slumpmässigt praxis för att den fråga som lärde uppgifterna i en sekventiell (BLK praxis) för kan ha varit tillräckligt ny för att kräva ytterligare insatser och kognitiva resurser för att utföra de uppgifter 12,26. Men för RND praktiken var överföringsfasen av neural aktivering inte högre än att behålla fasen. Dessa resultat bekräftar PET resultat med rumslig navigering av virtuella labyrinter som rapporterats av Van Horn och kollegor 12.
I Summari beskrev vi att använda MazeSuite i kombination med COBI Studio för en studie om effekterna av kontextuell påverkan i samband med öva ordning när man ska lära rumsliga navigering uppgifter. De fNIR metoder diskuteras här är inte begränsade till geografiska navigering uppgifter och kan användas för en mängd olika arbetsuppgifter i andra neuroradiologiska studier. Design, implementering, datainsamling och faser analys av studien förklaras med avsikten att ge en riktlinje för framtida studier.
The authors have nothing to disclose.
Finansieringen för detta arbete lämnades delvis av Commonwealth of Pennsylvania # 4100037709 underleverantörer # 240468 och Drexel University underleverantörer # 280773.