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Behavior

的额边缘活度测量在儿童使用情绪穿着或行为古怪的任务与家族性高风险的精神分裂症

Published: December 2, 2015 doi: 10.3791/51484
Automatic Translation
1,2, 1,3, 1,2, 1,3, 2, 1, 1, 1,2
1Department of Psychiatry, University of North Carolina at Chapel Hill School of Medicine, 2Duke-UNC Brain Imaging and Analysis Center, Duke University Medical Center, 3Curriculum in Neurobiology, University of North Carolina at Chapel Hill

Protocol

在这项研究中所使用的研究技术被批准的机构审查委员会杜克大学（IRB）和北卡罗来纳大学 - 教堂山分校。

1.成像任务设计

  1. 生成呈现稀少目标刺激（圆）的更频繁标准刺激（加扰图像）的序列内的基于事件的行为的任务。的任务的示意图示于图1。出示使用CIGAL软件10的任务。

图1
图1.原理任务设计的，这个数字已经被修改哈特等人 20，许可。 请点击此处查看该图的放大版本。

  1. 选择作为厌恶刺激等和一组从国际情感图片系统数据库（IAPS）中性刺激的。 IAPS图像以反映觉醒和价11的水平在额定1-9。高数值表示较高正价和觉醒。选择一组是年龄相适应的研究组，如蛇，蜘蛛，或其他动物的照片图像。
    注意：用于此研究的任务无关的厌恶刺激图像具有3.38（标准差= 1.78）和6.14（标准差= 2.08）的平均觉醒评分的平均价的评价。中性刺激的图像有6.21（SD = 0.26）和3.72（SD = 2.15）的平均觉醒等级的平均价。
  2. 计划任务脚本，使得图像显示在一个伪随机的顺序为1500毫秒用500毫秒的平均刺激间的时间间隔。现在的目标刺激和任务无关的中性影像不超过频繁每15秒，使每个约4％的刺激。吉tter事件发生时间，以提供更好的分辨率的血流动力学响应函数。
  1. 创建8套图像，一个用于每个的8个功能的运行，使得与会者都带有总共40个目标和40的任务无关的中性图像对所有8次操作过程。

2.参与者设置和扫描

  1. 招募儿童和青少年的9岁至18岁谁不是健康对照个人或谁在家族性高风险的精神病之间。
    1. 确保健康的人没有精神疾病或任何一级的家庭成员有精神疾病。确保家族性风险的参与者都至少有一个一级亲属（父母或兄弟姐妹）患有精神分裂症。不排除他们对其他精神疾病的一级亲属的存在。
    2. 年龄和性别匹配的健康参与者家族危组参与者秒。
  2. 收购参与者知情同意18岁的未成年人超过，获取家长/监护人知情同意书。此外，收购未成年人参加学习谁写的同意。
  3. 将在一个模拟的核磁共振成像扫描仪的参与者，以便与环境的熟悉他们。播放扫描仪噪音的录音，让他们完成任务的行为的实践运行，以确保他们了解任务的说明。
  4. 将在核磁共振成像扫描仪的参与者，并获得必要的脑部扫描定位和/或解剖图像。
  5. 使用MRI安全的输入框，告诉参与者按下一个按钮，与他们的食指针对所有目标刺激和另一个按钮与中指所有其他刺激。
  6. 随着功能磁共振成像扫描，收集觉醒和价的参与者的一个子集，在研究中使用的图像的主观评价。该柯伦来自15个控制器和13家族高危T研究获得的评级。

3.图像采集

  1. 将参与者分为一个3.0特斯拉的核磁共振成像扫描仪。首先，获取了一组结构图像，包括一个3D共面解剖T1对比度图像使用一个被宠坏的梯度召回收购脉冲序列（TR的：5.16毫秒; TE：2.04毫秒，FOV：24厘米;图像矩阵：256×256;翻转角度：20;像素大小：0.94毫米×0.94毫米×1.9毫米; 68轴位片）。
  2. 采用梯度回波平面回波成像序列全脑覆盖采集功能成像数据（TR：2000毫秒; TE：27毫秒; FOV：24厘米;图像矩阵：64×64;翻转角度：60;像素大小：3.75毫米×3.75毫米×3.8毫米; 34轴位片），使大脑的活动可以在行为任务的执行过程中进行测量。竞选行为的任务的每次运行该成像序列。每次运行应包括120成像时间点。
  3. 目前TASK在8个功能运行时，每次持续约4分钟。

4.分析

  1. 图像预处理：开放式磁共振成像专家分析工具（技艺）的FSL 12。选择第一个层次的分析和预统计。
    1. 在 “数据”选项卡中，选择输入图像的数量和进入路径每次你要处理的MR图像。设置输出目录。进入总体积，废旧收购的数量，以及TR。
    2. 在“预统计 ”选项卡上，设置动态校正MCFLIRT，空间平滑FWHM为5彩信， 和 “ 切片定时校正”，选择“下注大脑提取”和“高通 ”时间滤波，但不要选择B0解弯曲（UNESS你有一个梯度场地图）或“我ntensitiy normaization”。12,14。
    3. 在 “ 注册”选项卡， 选择 “主STRUctural图像“。输入路径主体的头骨剥离T1加权像，用线性正常的搜索与至少6个自由度，选择的标准空间复选框，输入路径MNI图谱的图像，使用正常，线性搜索与12 DOF。 按 GO。
    4. 排除参与者大于3毫米头部运动在X，Y或Z方向。
  2. 1级：在一次运行中的任务条件之间的数据进行比较。开放式的壮举。选择“第一级分析”和 “ 统计+后统计”。
    1. 在数据选项卡，设置的输入数量，并输入路径到每个MR图像。输入“输出目录”的路径。 进入 “ 总卷”，放弃收购的数量，以及TR。
    2. 在“ 统计信息 ”选项卡，选择“ 使用针对电影预先白化 ”复选框16。按“全模式本身TUP“按钮。设置为任务条件的数量“原电动车的数量”。对于每个条件，“从双伽马HRF”卷积 “下拉菜单中选择17,18从基本形状下拉菜单和”自定义（3列格式 ）“，并选择包含任务进度的文本文件。
      1. 格式化在3列这个文本文件与对于给定类型的每个“事件”一个条目。第一列应包含的发作时间（以秒计），第二应包含的持续时间（以秒为单位），以及第三应包含该事件的重量。在对比与F检验标签，创建一个对比每个任务的条件，并为每个比较。
    3. 在“后统计”选项卡中， 选择 “ 集群”中的“ 阈值”下拉菜单中，并设置“Z门槛”和群P牛逼hreshold为2.3和0.05分别为8,19。
    4. 在 “ 注册”选项卡， 选择 “主结构性形象”，输入路径主体的头骨剥离T1加权像。使用线性正常的搜索与至少6个自由度。 选择 “ 标准空间”复选框。输入路径MNI图谱形象。使用正常的，线性的自由度12搜索。按“开始”。
  3. 2级：比较运行之间的数据为每个任务的条件。开放式的壮举。选择从下拉菜单中选择“更高层次的分析”和“统计+后统计”。
    1. 在数据选项卡， 选择 “ 输入是低级别FEAT目录 ”。设置的输入的数量和输入路径到每个MR图像。输入“输出目录”的路径。
    2. 在 “ 统计信息”选项卡，将“ 混合效应：FLAME1”选择框“固定êffects“，按”模式设置向导“按钮，选择”单组平均“，然后单击”进程“按钮 。
    3. 在“后统计 ”选项卡中， 选择 “ 集群”中的“ 阈值 ”下拉菜单中，并设置“Z 门槛 ”和“ 群P”门槛为2.3和0.05分别为8,19。按“开始”。
  4. 3级：比较对象之间的数据在所有运行的每个任务的条件。开放式的壮举。选择从下拉菜单中选择“ 更高层次的分析 ”和“ 统计+后统计 ”。
    1. 在数据选项卡，选择“ 输入是3D从FEAT目录应对图像。”设置的输入数量，并输入路径到每个MR图像。输入“输出目录 ”的路径。
    2. 在 “ 统计”TAB，按“全模式的设置”。设置电动汽车等于组变量和协变量如诊断组，年龄，性别等输入每个受试者的值（输入1 - 输入n）的数目的数目为每个EV。您可以使用“粘贴”窗口，以复制这些值的电子表格。
      1. 在 “ 对比与F-测试 ”选项卡中，为每个测试变量和每个对比差异（例如，诊断组）添加对比。对于每个测试变量，设定由下的相应的EV选择该列中的值1的对比度。对于每一个相对，设置第一值1和第二为-1。选择“完成”。
    3. 在“后统计 ”选项卡中， 选择 “ 集群”中的“阈值”下拉菜单中，并设置“Z 门槛 ”和 “ 群P”门槛为2.3和0.05分别为8,19 “开始”。

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Representative Results

有基于人口统计特征20组无显着差异。行为数据表明，目标探测任务是在困难的9-18岁之间的儿童和青少年适当的水平。在目前的研究中，控制系统正确识别目标（SD = 0.14）82.36％，而家族高危人群正确识别目标（SD = 0.17），76.8％。两个组识别情绪的图像时相比，中性图片精度降低（F（1,40）= 5.63，p值= 0.03）。

成像数据表明，实验条件导致显著激活预期行政和情绪加工过程中被招募的区域。在目标的试验，并在右侧杏仁核，双侧眶额皮层，皮质呈梭形和视觉心病激活见于前额，前尾，孤芳自赏，和后顶叶区域期间两组厌恶试验蒂卡尔区域。表1示出显著活化在每种条件的控制区。

这种模式也引起在控制和有家族高风险的精神分裂症个体之间的激活显著的差异。该家族的高危人群呈下降激活额叶 - 纹状体电路响应目标刺激。控制，与此相反，显示该额中回和岛更大活化。条件之间的组间差异示于表 2和图2，家族性高风险组也表现出不同的年龄有关的激活模式，在响应控制目标和厌恶刺激（图3）相比较。

图2
图组间差异2.激活图。（A）地区的家族高危组（n = 21）表现出比对照（n = 21）的目标处理过程中更大的激活。 CAUD =尾; IFG =额下回; ITG =颞下回。 （二）地区的控制表现出比家族性高危险群更大的激活目标处理过程中。 INS =岛; MFG =额中回; MTG =颞中回。 （C） 地方家族高危人群中厌恶>中性对比激活多于对照组。 COC =环鳃盖骨皮质。 （四）凡在厌恶>中性对比度控制激活超过了家族高风险组区域。 ACC =前扣带皮层; PC =楔前叶。这个数字已经被修改哈特等人20，许可。 请点击此处查看该F的放大版本。igure。

图3
图3的年龄相关组差异激活地图。（A）的区带与年龄目标处理期间更大的正相关性的家族性高风险组比对照组中。 ACC =前扣带皮层; INS =岛; OFC =眶额皮层; TH =丘脑。 （二）地区与年龄对照比家族性高危人群中厌恶>中性反差更大的正相关关系。 IFG =额下回; PostCG =中央后回; PreCG =中央前回。这个数字已经被修改哈特等人20，许可。 请点击此处查看该图的放大版本。

<TBODY> <TD>乙
ST1。组内激活疫源地对照组（n = 21）
MNI坐标
地区半球 x ÿ ž 最大Z值最大p值1
目标激活（P <0.05，错误发现率修正）
额中回/额极乙 -30 -2 50 5.57 <0.0000001
额下回乙 46 12 32 5.41 <0.0000001
岛乙 -32 24 0 5.4 <0.0000001
中央前回乙 -40 -22 48 5.53 <0.0000001
丘脑乙 -12 -16 12 5.03 <0.0000001
尾乙 -12 12 4 4.07 0.000003
壳乙 18 8 2 4.27 0.00009
前扣带/ Paracingulate回乙 0 12 46 5.6 <0.0000001
后扣带回乙 8 -16 28 5.2 <0.0000001
高级/颞中回 48 -46 10 5.88 <0.0000001
梭形/颞下回乙 -30 -50 -12 5.64 <0.0000001
顶上小叶/缘上回/中央后回乙三十 -44 44 6 <0.0000001
外侧枕叶皮层乙 48 -62 12 6.12 <0.0000001
厌恶>中性活化（P <0.05，错误发现率修正）
额下回大号 -44 14 14 3.16 0.0004
额极/内侧额叶皮质乙 -2 64 0 3.42 0.0005
中央后回大号 -62 -22 34 3.12 0.0004
前扣带皮层乙 -4 34 8 3.27 0.0002
后扣带回乙 0 -44 28 3.26 0.0002
颞/梭状回乙 -44 -44 -14 3.03 0.0006
角回乙 46 -64 8 3.42 0.0001
缘上回大号 -40 -56 20 3.59 0.00005
厌恶的激活（P <0.05，错误发现率修正）
杏仁核 ř 22 -4 -18 2.86 0.001
眶额皮层/岛乙 36 22 -4 4.93 <0.0000001
额中回乙 32 4 40 4.7 <0.0000001
额极乙 -38 36 10 4.95 <0.0000001
前扣带/paracingulate回乙 6 16 50 4.85 <0.0000001
后扣带回乙 2 -28 24 5.88 <0.0000001
丘脑乙 18 -26 2 5.44 <0.0000001
中央前回乙 -44 8 34 4.54 <0.0000001
顶上小叶乙 -20 -56 54 6.05 <0.0000001
外侧枕叶皮层乙 -36 -82 4 6.05 <0.0000001
枕极乙 -16 -90 18 5.18 <0.0000001
B，双侧
1报告的 p值未经校正，显著在FDR校正值<0.05

表1.组内激活疫源地对照组（n = 21）。该表已经被修改哈特等人20，许可。

表2组间的激活差异
MNI坐标半球 x ÿ ž 最大Z值最大p值1
目标
家族性高风险>对照组（P <0.05，错误发现率修正）
额极乙 16 76 6 3.52 0.00007
额下回大号 -58 16 18 3.37 0.0001
尾乙 -14 20 10 3.2 0.0003
颞下回大号 -52 -44 -20 2.94 0.0009
控制>家族性高风险（P <0.05，错误发现率修正）
额中回/中央前回 ř 48 8 34 3 0.0007
额叶皮层厣大号 -46 16 -4 2.94 0.0009
辅助运动区 ř 18 -16 40 3.02 0.0007
岛大号 -34 -18 4 2.94 0.0009
中央前回乙 10 -26 60 3.29 0.0002
中央后回乙 14 -38 54 3.57 0.0001
颞上回 ř 54 -6 -4 3.18 0.0003
颞中回 ř 48 -46 8 3.65 0.00004
楔前叶 ř 2 -40 46 2.89 0.001
外侧枕叶皮层乙 -20 -74 36 3.36 0.0002
厌恶 - 中性
中央鳃盖骨皮质 ř 50 -2 6 3.01 0.0007
控制>家族性高风险（P <0.05，错误发现率修正）
前扣带皮层大号 -6 38 8 2.68 0.002
楔前叶大号 -10 -54 36 2.7 0.002
B，双侧
1报告的 p值未经校正，显著在FDR校正值<0.05

表2组间的激活疫源地的差异，该表已经被修改哈特等人20，许可。

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Materials

Name Company Catalog Number Comments
3T MRI scanner GE BIAC 3T scanner (replaced)

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References

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Hart, S. J., Shaffer, J. J.,… More

Hart, S. J., Shaffer, J. J., Bizzell, J., Weber, M., McMahon, M. A., Gu, H., Perkins, D. O., Belger, A. Measurement of Fronto-limbic Activity Using an Emotional Oddball Task in Children with Familial High Risk for Schizophrenia. J. Vis. Exp. (106), e51484, doi:10.3791/51484 (2015).

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