Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

Behavior

نقل المهام المعرفية بين الدماغ التصوير الطرائق: الآثار المترتبة على تصميم العمل ونتائج التفسير في دراسات الرنين المغناطيسي الوظيفي

doi: 10.3791/51793 Published: September 22, 2014

Introduction

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

مع تطور أساليب العلوم العصبية الإدراكية، وتستخدم المهام التجريبية التي أقيمت مع طرائق التصوير الدماغي الناشئة. هذا هو تطور منطقي لأن معظم مفاهيم العصبية (مثل الذاكرة متميزة-المكونات الفرعية) وقد تم التحقيق في المجال السلوكي والمهام التجريبية المناسبة لبحث وظائف محددة تم تطويرها واختبارها. والتكنولوجيا الجديدة تبرز الأدلة على الأسس العصبية من هذه الملاحظات السلوكية يسعى مع أساليب تصوير الدماغ الجديدة. في حين أنه قد يكون مغريا لرسم ببساطة على المهام السلوكية مدروسة للدراسات والتصوير، وعدة محاذير هامة يجب أن تؤخذ بعين الاعتبار. واحدة حاسمة، على الرغم من كثير من الأحيان المهملة، والنظر هو استخدام تقنية التصوير الأنسب لتحقيق مزيد من الأدلة السلوكية. من حيث علم الأعصاب المعرفي وعلم النفس هناك العديد من طرق التصوير الدماغي المتاحة لتعزيز فهمنا للأكتيف العصبيإيتي المفاهيم الكامنة وراء المصالح؛ على سبيل المثال المخ (EEG)، الدماغ المغناطيسي (MEG)، والتحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة (TMS)، والتصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي (fMRI) والتصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني (PET). كل من هذه الطرق لها مزاياها والعيوب والتطبيقات المناسبة. يعتبر هنا نقل نموذج مع تاريخ طويل من التجارب السلوكية وEEG لتجربة الرنين المغناطيسي الوظيفي. وقد استخدم EEG لعقود للتحقيق استجابات العصبية المرتبطة بالعمليات الإدراكية والمعرفية. على هذا النحو، تم وضع العديد من النماذج للاستخدام مع هذا الأسلوب، وتطورت مع مرور الوقت. وظيفية التصوير بالرنين المغناطيسي هو تقنية التي ظهرت مؤخرا في علم الأعصاب الإدراكي وأدى ذلك إلى بعض النماذج المتقدمة في مجال البحوث EEG المستخدمة في الرنين المغناطيسي الوظيفي. بناء على قاعدة المعرفة من التجارب EEG مع التقنيات الجديدة هو خطوة منطقية ولكن قد تكون مهملة رغم ذلك بعض النقاط الهامة في النقل. تقنيات لإعادة مختلفة جدا وتحتاج المهام لتكون مصممة وفقا لذلك. وهذا يتطلب معرفة كيفية عمل الطريقة، وعلى وجه الخصوص، كيف التحويرات المحتملة للنموذج تستخدم ستؤثر على التدابير المتخذة. لمزيد من المعلومات على تصميم تجارب الرنين المغناطيسي الوظيفي يتم توجيه القارئ المهتم إلى الرابط التالي http://imaging.mrc-cbu.cam.ac.uk/imaging/DesignEfficiency . وسينظر تصميم مهمة في سياق نقل نموذج المتقدمة للبحوث EEG للبيئة الرنين المغناطيسي الوظيفي. أهداف هذه الورقة هي: ط) لوصف فترة وجيزة الرنين المغناطيسي الوظيفي، وعندما استخدامها مناسب في علم الأعصاب الإدراكي. ب) لتوضيح كيفية تصميم المهمة يمكن أن تؤثر على نتائج تجربة الرنين المغناطيسي الوظيفي، وخاصة عندما يتم اقترضت هذه المهمة من طريقة التصوير آخر؛ والثالث) لشرح الجوانب العملية لأداء تجربة الرنين المغناطيسي الوظيفي.

وظيفية التصوير بالرنين المغناطيسي هو الآن على نطاق واسع ميتاليكومثل النظام العالمي هو أسلوب شائع يستخدم في علم الأعصاب الإدراكي. من أجل اتخاذ قرار بشأن ما إذا كان الأسلوب هو مناسبة لإجراء تجربة معينة يجب اعتبار مزايا ومساوئ الرنين المغناطيسي الوظيفي بالنسبة إلى غيرها من التقنيات المتاحة. عيوب هذه الطريقة أنه ليس مقياسا مباشرا من النشاط العصبي، بل هو القرين من النشاط العصبي في أن الاستجابة الأيضية (الحاجة للأكسجين) convolved مع استجابة الديناميكية الدموية. وبالتالي قرارها الزمني ضعيف بالمقارنة مع الكهربية، على سبيل المثال، حيث الإشارة الكهربائية قياس أقرب إلى النشاط العصبي الأساسي بدلا من الاستجابة الأيضية. EEG لديه القرار الزماني في النظام المللي ثانية مقارنة قرارا في ترتيب ثوان في الرنين المغناطيسي الوظيفي. ومع ذلك، فإن الميزة الرئيسية لالرنين المغناطيسي الوظيفي هو أن القرار المكاني للتقنية ممتازة. وعلاوة على ذلك، فمن موسع وبالتالي موضوعات لا يجب أن استيعاب المواد مثل التعاونيتعرض كلاء ntrast أو للإشعاع كما هو الحال في التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني (PET). ولذلك، الرنين المغناطيسي الوظيفي هو أسلوب مناسبة للتجارب التحقيق التي تشارك مناطق الدماغ في الإدراك، والإدراك، والسلوك.

في هذه الورقة يتم أخذ نموذج غريب الاطوار البصرية كمثال لنقل راسخة-EEG-مهمة لالرنين المغناطيسي الوظيفي (انظر الشكل 1 للحصول على التفاصيل). تجدر الإشارة إلى أن القضايا التي نوقشت ويمكن أيضا أن تؤثر على النتائج وتفسير البيانات عندما تستخدم نماذج أخرى، وينبغي أن تعتبر من الناحية الفنية في تصميم جميع تجارب الرنين المغناطيسي الوظيفي. كثيرا ما يستخدم نموذج غريب الاطوار في علم النفس وعلم الأعصاب المعرفي لتقييم الاهتمام واستهداف أداء الكشف. وقد تم تطوير النموذج في البحث EEG، وتحديدا إمكانيات الحدث ذات الصلة (نظم تخطيط موارد المؤسسات)، للتحقيق في ما يسمى عنصر P300 1. وP300 يمثل الكشف عن الهدف وأثارت على الاعترافهدف نادر التحفيز 1. يتم استخدام P300 في الدراسات في عدد من المجالات المعرفية والسريرية 2 على سبيل المثال، المرضى الذين يعانون من الفصام وأقاربهم 3، 4 المدخنين الشرهين وشيخوخة السكان 5. وبالنظر إلى أن نموذج غريب الاطوار (P300 والتي تسببها النموذج) هو قوي والتضمين أيضا الحالات المرضية المختلفة، ونقلها عبر طرائق التصوير المختلفة لا مفر منه.

تفعيل ينظر على نطاق واسع في الدماغ خلال قياس الرنين المغناطيسي الوظيفي غريب الاطوار هو معروف أن تكون نتيجة الوظائف المعرفية متعددة، كما يتضح من العديد من الدراسات الرنين المغناطيسي الوظيفي سبر المفاهيم المعرفية الأخرى. هذا النوع على نطاق واسع لتفعيل نمط يجعل من الصعب تحديد أي مناطق الدماغ هي أكثر (أو أقل) نشطة بسبب التلاعب مهمة محددة أو الاختلافات المجموعة التي المجرب مهتمة على وجه التحديد، فإنه من غير المؤكد ما إذا كانت الاختلافات التي لوحظت في تشغيل إشاراتترتبط vation لاستهداف الكشف عن نفسها، إلى عمليات الاهتمام ذات الصلة، أو ما إذا كانت تتعلق مطالب مهمة أخرى مثل عمليات الذاكرة العاملة الجارية أو العمليات المتصلة إنتاج استجابة المحرك. عملية تعيين وظيفة لقياس النشاط أسهل في المجال EEG حيث يتم قياس المكون المعرفي للاهتمام (كشف الهدف) في استجابة الدماغ واضحة لهذه المهمة غريب الاطوار (P300). ومع ذلك، فإن علماء الأعصاب تميل إلى تفسير نتائجها لصالح الفرضية الخاصة والتجربة، بدلا من وضع في الجهود الرامية إلى استبعاد التفسيرات البديلة. معظم التجارب، ومع ذلك، لن تكون قادرة على حل هذه الأسئلة المهمة بطبيعتها - وقت الفحص مكلف - وهو ما يدفعنا إلى القول للتخطيط دقيق والاختبار التجريبي للنماذج.

إلى جانب هذه الصعوبة في إقامة صلة مباشرة بين مناطق الدماغ والمكونات المعرفية، وطبيعة نموذج غريب الاطوار أيضايعرض قضايا أخرى محتملة المنهجية عند نقله إلى الرنين المغناطيسي الوظيفي. على سبيل المثال، عادة ما أشارت الكشف عن التحفيز الهدف عن طريق الضغط على زر الرد. وهذا يسمح للمجرب لتسجيل الدقة وسرعة الاستجابة ولكن هذا الرد قد تؤثر أيضا على استجابة الرنين المغناطيسي الوظيفي جريئة لاستهداف المحفزات. العمل المحركات المطلوبة للتأثيرات اضغط على زر على غير الساحلية التحفيز تفعيل الرنين المغناطيسي الوظيفي نظرا لأنه يحدث لمجرد بضع مئات من ميلي ثانية بعد عرض الحوافز الهدف. هذا ويمكن أيضا أن تؤثر على تفسير التنشيط، لمناطق الدماغ سبيل المثال تشارك في التحضير للاستجابة المحرك قد خطأ يفترض أن تشارك في الكشف عن التحفيز الهدف، والعكس بالعكس. وقد أدى ذلك إلى التعديلات المنهجية حيث التدابير غير المباشرة للكشف الهدف، وليس الاعتماد على الاستجابات الحركية، تؤخذ. على سبيل المثال، عد المحفزات الهدف تم اقتراح 6 كوسيلة لجعل متأكد من المواضيع الحفاظ attentiعلى على المهمة؛ غاب عن عدد من التجارب يمكن أن تشير إلى مدى تفريط كان الموضوع. الإبلاغ عن عدد من المحفزات عدها في نهاية المهمة يعني أيضا أن المجرب يمكن أن تحقق ما إذا كان موضوع تنفيذ المهمة بشكل صحيح. البديل الثالث هو استخدام التصميم مهمة السلبي تماما حيث يتم إعطاء الموضوع أي تعليمات بشأن كيفية الرد وحداثة حافزا الهدف يفترض أن تثير في حد ذاتها هدفا مثل الكشف عن الاستجابة. على الرغم من هذه الإصدارات المهمة باستخدام نفس النوع من المحفزات والتصميم الأساسي، فإن نمط تفعيل الناتجة عن كل الاختلاف المهمة ستكون مختلفة لأن المطالب المعرفية والحركية للمهام مختلفة 7،8. على سبيل المثال، سيكون هناك عمليات الذاكرة العاملة المشاركة في عد المحفزات الهدف على سبيل المثال، عقد العدد الحالي من المحفزات الهدف في الاعتبار، والتي لن تكون هناك حاجة خلال عرض السلبي. هنا هذه الإصدارات 3 المهمة غريب الاطوار، السلبي، والعد، والثانية تستخدم الاستجابة لاظهار كيف حذرا تصميم وتنفيذ المهمة يمكن أن تمثل هذه التغييرات في متطلبات المهمة والسماح تفسير مناسب لنتائج.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

ملاحظة: تمت الموافقة على بروتوكول الدراسة التي تجرى على البشر مجلس المراجعة المحلية في جامعة آخن ونفذت وفقا لإعلان هلسنكي.

تصميم العمل 1.

  1. اختيار المهمة الملائمة للتحقيق في / بناء النفسي المعرفي في المصالح. استخدام المهمة غريب الاطوار البصرية (الشكل 1) لقياس استجابات كشف الهدف وآثار الاهتمام على الكشف عن الهدف. وهذا يسمح التحقيق في تأثير التلاعب مهمة على البيانات الرنين المغناطيسي الوظيفي.
  2. استخدام ثلاثة إصدارات مهمة غريب الاطوار.
    1. نسخة السلبي: طرح هذا الموضوع لمراقبة المنبهات البصرية. عدم الكشف عن أي رد.
    2. نسخة عدد الصامت: طرح هذا الموضوع لحساب المثيرات المستهدفة. هذه المهمة تتطلب توجيه الاهتمام نحو هذه المحفزات وعملية تمييزا.
    3. الاستجابة النسخة: اسأل هذا الموضوع إلى الضغط على زر الرد على رؤية تاالتحفيز rget. هذه المهمة تتطلب الانتباه، عمليات التمييز، واختيار / إنتاج ردا على استهداف المحفزات.
  3. النظر في العدد المناسب من التجارب اللازمة للاستجابة قوية. إشارة إلى نسبة الضوضاء في قياسات الرنين المغناطيسي الوظيفي منخفضة نسبيا وتتطلب عددا من الردود على أن متوسط ​​من أجل التحقيق في آثار الفائدة 9. وهذا يعتمد على طريقة العمل والتحفيز المستخدمة. وتستخدم 200 المحاكمات في هذه المهمة، 40 منها محاكمات الهدف كافية لاستثارة رد فعل قوي.
  4. تحديد مواعيد لسلسلة من المحفزات. توقيت المحفزات أمر بالغ الأهمية في دراسة الرنين المغناطيسي الوظيفي للنظر في معدل العرض 10. النظر في الدورة الدموية استجابة تأخير بين بداية التحفيز وقياس استجابة المخ (الشكل 2).
    1. الحفاظ على التوازن بين تقديم الحوافز الكافية في كمية معقولة من الزمن، ويسمح أخذ العينات كافية من الدقة الدورة الدمويةponse لكل التحفيز، بما في ذلك عودة الى الاساس. تحميل وتركيب وتشغيل البرمجيات optseq. تشغيل optseq لتوزيع أمثل المحاكمات عبر التجربة بناء على عدد من التجارب، ومدة التحفيز والمعلمات المسح الضوئي (الوقت التكرار وعدد من وحدات التخزين).
  5. تنفيذ أمر من المحفزات (تحدد سابقا) في برنامج مناسب لتقديم نموذج لهذا الموضوع.
    1. تحديد كافة المعلومات ذات الصلة إلى نموذج من حيث النوع من المحفزات وتوقيت والردود.
      لا يتم عرض البرمجة التفاصيل هنا لأن كل نموذج سوف يكون متطلبات مختلفة وإرادة حزم البرمجيات المختلفة: ملاحظة.
  6. إعداد البرنامج الذي سيلقي النموذج التجريبي بحيث تبدأ مع الزناد من الماسح الضوئي. وهذا يسمح تزامن البيانات المكتسبة وتسلسل من المحفزات المقدمة.

2. إعداد البيئة التجريبية

  1. العلاقات العامةepare غرفة الماسح الضوئي. ربط الجزء السفلي من لفائف الرأس الصحيح إلى السرير الماسح الضوئي. وضع أغطية واقية نظيفة على السرير الماسح الضوئي والوسائد.
  2. استخدام جهاز العرض لتقديم النموذج التجريبي لهذا الموضوع، وتسجيل الاستجابات باستخدام اليد عقد الجهاز. تبديل جهاز العرض وجهاز باليد "على".
  3. بدء البرنامج الذي سوف تسليم النموذج التجريبي وتقديم اسما لملف التسجيل. ملف السجل على معلومات حول توقيت المحفزات والردود التي أدلى بها هذا الموضوع. استخدام هذه المعلومات لتحليل البيانات.
  4. تسجيل الموضوع في قاعدة بيانات الماسح الضوئي MR. بيانات السجل باستخدام رقم تعريف فريد. لا تقم بتخزين اسم الموضوع مع البيانات لضمان الخصوصية.
  5. تأكد من أن تسلسل MR ليتم تشغيلها تم إعدادها وجاهزة. استخدام سلاسل التالية: كالايزر مسح للحصول على موقف الموضوعات 'رئيس داخل لفائف، تسلسل برنامج التحصين الموسع لفوالتصوير nctional وMPRAGE لارتفاع القرار المسح الهيكلي.

3. موضوع الوصول والدخول إلى الماسح

  1. فحص هذا الموضوع لموانع مع التصوير بالرنين المغناطيسي قبل التجربة (على سبيل المثال، أثناء إجراء التوظيف).
    1. توفير تعليمات السلامة MR قبل المسح. إجراء فحص من المواضيع (من قبل موظفين مدربين). ضمان سلامة المواد. تأكد من أنها لا تملك المعادن في الجسم، ليس لدينا أجهزة مثل أجهزة ضبط نبضات القلب وعدم تلبية أي معايير الاستبعاد الأخرى.
  2. لدى وصوله المواضيع 'تحقق الاستبيان فحص وتأكيد توافقها قبل المتابعة.
  3. شرح الإجراء التجريبي للموضوع وتتيح الفرصة لطرح الأسئلة. وطرح هذا الموضوع للتوقيع على استمارات الموافقة وحماية البيانات.
  4. إذا ينطوي على تجربة المهام المعقدة التي تتطلب التدريب فمن المستحسن أن هذا الموضوع يؤدي ممارسة تشغيل قبل ز لoing في الماسح الضوئي.
  5. التأكد من أن الموضوع هو المعدن مجانا، من دون أي القطع النقدية، والحزام، والساعات والمجوهرات. وأكد مرة، والسماح للموضوع في غرفة الماسح الضوئي.
  6. وطرح هذا الموضوع على الجلوس على السرير الماسح الضوئي ارتداء سدادات الأذن. سدادات المستخدمة هنا توفر الحماية ضد الضوضاء من خلال الماسح الضوئي والمسح الضوئي وتسمح أيضا المحقق للتواصل مباشرة مع الموضوع من غرفة التحكم. في بعض المرافق تستخدم سماعات الرأس للتواصل مع الموضوع.
  7. وطرح هذا الموضوع على الاستلقاء على السرير الماسح الضوئي. تقديم الموضوع وسادة للذهاب تحت الركبتين للحد من آلام الظهر. الراحة من هذا الموضوع المهم لرفاههم وجودة البيانات. والحركة الناتجة عن الانزعاج يكون لها تأثير سلبي على البيانات التصوير والهاء الناجمة عن عدم الراحة ستؤثر على أداء هذه المهمة.
  8. ضع الجزء العلوي من لفائف الرأس فوق رأس هذا الموضوع وتوصيل الموصلات. ضع هذا الموضوع217؛ ق الرأس بشكل مناسب في لفائف الرأس. محاذاة علامة صغيرة على لفائف الرأس على طول الحاجبين الموضوعات. ضمان هذا الموضوع هو الكذب مباشرة ومريحة. ينبغي على سطح لفائف لا تلمس الوجه (على سبيل المثال، الضغط على الأنف).
  9. تأمين رأس الموضوع مع الوسائد الصغيرة للحد من حركات الرأس أثناء المسح. حركات الرأس لها تأثير سلبي على نوعية البيانات.
  10. وضع مرآة على رأس لفائف الرأس لهذا الموضوع لرؤية النموذج التجريبي المعروضة على الشاشة وراءها. ضمان هذا الموضوع يمكن رؤية الشاشة بأكملها. نقل مرآة شنت وفقا لموقف في هذا الموضوع. يجب ارتداء النظارات المواضيع مع MR النظارات متوافقة. معظم مرافق البحوث MRI لها عدسات متوافقة أو نظارات واقية. في هذه الحالة، جبل العدسات متوافقة MR على الإطار الذي يحمل المرآة. تحديد قوة العدسة المناسبة قبل أن يدخل هذا الموضوع في غرفة الماسح الضوئي.
  11. تسلم موضوع حالة الطوارئ زر الاتصال رس وقف الفحص إذا لزم الأمر. تأكد من هذا الموضوع يعرف أين هو زر وأنها يمكن أن تصل بسهولة.
  12. نقل الموضوع إلى مدخل تحمل من الماسح الضوئي. وطرح هذا الموضوع لإغلاق أعينهم أثناء هذا الإجراء. محاذاة ضوء مع علامات صغيرة على لفائف الرأس إلى إنشاء الموضع الصحيح.
  13. نقل الموضوع إلى تحمل الماسح حتى يقرأ العرض '0 مم. وهذا يعني أن رئيس هذا الموضوع هو في مركز التساوي من الماسح الضوئي.
  14. موضوع تسليم الجهاز استجابة.

4. الإجراءات التجريبية

  1. معرفة ما اذا كان يمكن سماع هذا الموضوع مجرب عن طريق الاتصال الداخلي وأن هذا الموضوع هو مريح وعلى استعداد للبدء.
  2. إجراء فحص كالايزر للحصول على منصب رئيس هذا الموضوع في الماسح الضوئي. استخدام هذا لوضع مجال الرؤية من جميع القياسات المتبقية لتحديد أجزاء من الدماغ يمكن قياسها.
  3. الأول صerform عالية الدقة المسح الهيكلي. فتح تسلسل / برنامج MPRAGE وموقف مجال الرؤية. ضمان رأس الموضوع برمته هو داخل مجال الرؤية. المعلمات MP-RAGE: TR / TE = 2،250 / 3.03 ميللي ثانية، وزاوية الوجه = 9 °، 176 شرائح السهمي، FOV 256 × 256 مم، 64 × 64 المصفوفة، حجم فوكسل 1 × 1 × 1 ملم).
  4. ترك هذا الموضوع يعرف أن الفحص سيبدأ ثم تبدأ القياس.
  5. إجراء التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي.
    1. فتح تسلسل برنامج التحصين الموسع على الكمبيوتر الماسح الضوئي ومواءمة مجال الرؤية لتغطية المخ بأكمله. المعلمات EPI: 33 شرائح، شريحة سمك 3 مم، FOV 200 × 200 مم، 64 × 64 المصفوفة، الساعة التكرار 2،000 ميللي ثانية، صدى الوقت 30 ميللي ثانية، وزاوية الوجه 79 درجة.
    2. تشغيل واحد اختبار قياس مستوى الصوت. تأكد من أن كل (أو بقدر الإمكان) من الدماغ هذا الموضوع غير الواردة ضمن مجال الرؤية.
      ملاحظة: المواضيع ومختلفة الأشكال والأحجام من رؤساء (والعقول). ومن ثم، ضع على النحو الأمثل مجالعرض لكل موضوع.
    3. نسخ تسلسل الرنين المغناطيسي الوظيفي بحيث مجال ضعا نظر لا يزال هو نفسه لقياس المقبل. أدخل عدد من وحدات التخزين المطلوبة للقياس، 304 في هذه الحالة.
    4. تأكد من البرنامج تقديم نموذج ينتظر الزناد من الماسح الضوئي. سوف يتم تشغيل النموذج دون الزناد من الماسح الضوئي بحيث يمكن تحميلها ووضع الانتظار.
    5. إبلاغ هذا الموضوع أن التجربة على وشك أن تبدأ. بدء القياس.
    6. تحقق من أن البرنامج تقديم نموذج يبدأ في الوقت المناسب (أي التي يتم تشغيلها من قبل الماسح الضوئي).
    7. تنفيذ ثلاث إصدارات مهمة غريب الاطوار. السلبي، عدد، والاستجابة.
    8. التحدث إلى هذا الموضوع في بين أشواط لتوفير الطمأنينة. ضمان راحتهم. أسأل إذا سمح تخضع لمواصلة الدراسة. تعليمات موضوع المهمة المقبلة.
    9. أولا تشغيل ج السلبيondition لضمان عرض السلبي صحيح دون معرفة أن المثيرات المستهدفة وتستهدف في الواقع المحفزات. موازنة ترتيب الفرز والاستجابة الظروف عبر موضوعات لمنع آثار النظام.

5. نهاية التجربة

  1. إبلاغ هذا الموضوع أن التجربة الانتهاء دخول غرفة الماسح الضوئي.
  2. حرك الموضوع من الماسح الضوئي.
  3. إزالة لفائف الرأس والوسائد.
  4. وطرح هذا الموضوع على الجلوس ببطء. مرة واحدة كانت مريحة، يمكن أن موضوع الوقوف ومغادرة غرفة الماسح الضوئي.
  5. إدارة أي استبيانات / الأوراق التي تحتاج إلى أن تكتمل بعد التجربة
  6. استخلاص المعلومات هذا الموضوع: تقديم الموضوع مع شرحا حول أهداف والغرض من هذه الدراسة إذا كان هذا غير ممكن تماما قبل التجربة وتتيح الفرصة لطرح الأسئلة

تحليل البيانات 6.

  1. استخدام حزمة البرامج التي هي مناسبة لanalyziالبيانات نانوغرام الرنين المغناطيسي الوظيفي. إجراء أول تحليل البيانات على مستوى لكل موضوع ولكل حالة على حدة.
    ملاحظة: استخدام مكتبة برامج FMRIB (FSL) لتحليل البيانات الرنين المغناطيسي الوظيفي.
  2. تطبيق الخطوات تجهيزها القياسية لإعداد البيانات لمزيد من التحليل.
    ملاحظة: تطبيق الخطوات التالية: تصحيح الحركة، شريحة توقيت التصحيح، coregistration البيانات الهيكلية وظيفة، وتمهيد المكانية، الزمانية تصفية وباس، تطبيع الفرد في القياسية (على سبيل المثال، MNI) الفضاء. العثور على ملخص لهذه الخطوات في الرنين المغناطيسي الوظيفي الكتب المدرسية Huettel وآخرون، (2008) 9 وJezzard وآخرون، (2001) 11. معلومات محددة عن كيفية تنفيذ خطوات تجهيزها متاح على موقع والوثائق الداعمة لكل حزمة البرامج الفردية.
  3. التحليل الإحصائي لتحديد الأوقات وبداية فترات من كافة الأحداث. وتسمى هذه المتغيرات التفسيرية (السيارات الكهربائية)، أو regressors.
  4. انشاء التناقضات لتحديدالتي تتم مقارنة المركبات الكهربائية. للتعرف على تفعيل BOLD محددة لكشف من المحفزات الهدف إعداد النقيض التالية: المحفزات الهدف> غير المستهدفة.
    ملاحظة: اختياريا استخدام تناقضات أخرى: المثيرات المستهدفة ضد خط الأساس؛ المثيرات غير المستهدفة ضد خط الأساس؛ المحفزات الهدف> المحفزات غير المستهدفة؛ المثيرات غير المستهدفة> المحفزات الهدف
  5. إجراء أول تحليل إحصائي مستوى لكل موضوع ولكل حالة على حدة. الناتج من التحليل يظهر مناطق المخ النشطة لكل من النقيض منها.
  6. المقارنة بين الشروط الثلاثة باستخدام المستوى الثاني، أو مستوى المجموعة والتحليلات. استخدام الناتج من تحليل المستوى الأول كمدخل لتحليل مستوى المجموعة.
    ملاحظة: في الورقة الأصلية 7 الاختلافات بين الظروف على الهدف> على النقيض المتكرر باستخدام ثلاثة أضعاف تصميم الفرق اثنين من المجموعة التي تنطوي على تناقضات التالية: الاستجابة> السلبي، عد> السلبي، والاستجابة> العد.هذه التناقضات تكشف عن نشاط الدماغ المرتبطة التباين في العمليات المعرفية عبر طرائق استجابة الثلاثة.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

أثارت طريقة التحفيز والتحليل بالتنشيط جريئة في مناطق الدماغ المرتبطة مهمة غريب الاطوار البصرية. الهدف> كشف النقيض غير المستهدفة لا يوجد تفعيل للحالة السلبية ولكن لم تكشف التنشيط في كل من عدد والاستجابة (الشكل 3). البيانات المعروضة في الشكل 3 هي المقارنة النوعية من عدد وتستجيب الشروط ويظهر كيف أن أنماط التنشيط ستبحث إذا تم تنفيذ كل إصدار من هذه المهمة في عزلة.

كانت المقارنات الرئيسية التي تهم تلك بين الظروف. لذلك، في مناطق الدماغ التي يقوم تنشيط المتعلقة الكشف عن الهدف تختلف عندما يتم تغيير المطالب المهمة؟ الشكل 4 يوضح أن هناك اختلافات بين هذه الشروط. على النقيض من التقييم النوعي للخلافات بين عدد والاستجابة حالة وصف أعلاه، ويتم استخدام هذه المقارنة تي الاختبارات على بيانات الدماغ كله، showinز المناطق التي التفعيل يختلف بشكل كبير بين الظروف.

البيانات من الدراسة الأصلية 7 تظهر الاختلافات في تفعيل BOLD بين العد وتستجيب إصدارات غريب الاطوار البصرية. سيكون لو لم يكن هناك بيانات من كلا الشرطين للمقارنة أن يعزى إلى تفعيل "كشف المستهدفة في كل الظروف. ومع ذلك، لوحظ التنشيط في التلفيف الجبهي الوسطى (مبدعين) خلال الاستجابة ولكن ليس شرط العد. حقيقة أن تفعيل مبدعين لم يكن لوحظ في حالة عد يدل على أنه يرتبط في إعداد المحركات و / أو الاستجابة الحركية المرتبطة اضغط على زر في حالة الاستجابة وليس لمجرد عمليات الكشف عن الهدف. في غياب هذه المهمة عد للمقارنة فمن المرجح أن هذا التنشيط مبدعين قد نسبت إلى العمليات المعرفية المرتبطة بمهمة بدلا من تنفيذ العمل. وبالمثل، وتفعيل في يذكره التكميليأو لوحظ منطقة (SMA) خلال حالة الفرز فضلا عن حالة الاستجابة. لا توجد ردود المحرز في حالة الفرز، لذلك فمن غير المرجح أن تفعيل SMA يرتبط بإعداد السيارات، مما يوحي بأن SMA يلعب دورا في الجوانب الأخرى المهمة مثل الانتباه إلى المنبهات، والكشف عن المثيرات المستهدفة، والبت سواء لجعل الاستجابة وإذا كان الأمر كذلك استجابة لجعل. فمن المرجح أن تفعيل SMA قد تم تأويله على تورطهم في إعداد السيارات إذا لم يكن هناك سوى نسخة الاستجابة للمهمة، وهذا يعني أن دور SMA في العمليات المهمة الأخرى ذات الصلة قد تم تجاهلها. هذا يسلط الضوء على بعض المزالق المحتملة عند تفسير البيانات الرنين المغناطيسي الوظيفي. على الرغم من المهمة المستخدمة هنا كونها بسيطة نسبيا أنها تنطوي على العديد من العمليات الإدراكية والمعرفية. يمكن أن يكون من الصعب تمييز هذه العمليات المعرفية والعصبية ركائز الأساسية الخاصة بهم. تصميم هذه الدراسة، مما يسمح للداخل تفحص س تقييمو كشف النقيض الهدف تليها مقارنة بين المسح الشروط هو تصميم قوي، لكنه غير قادر على التفريق بين الأدوار المحتملة للSMA أبعد من تأسيس انه يساهم في عمليات أخرى من العمليات الحركية. هذا يسلط الضوء على الحاجة إلى تصميم التجارب وتحليل دقيق في دراسات الرنين المغناطيسي الوظيفي.

الشكل 1
الشكل 1. نموذج غريب الاطوار وينطوي عرض سلسلة من المحفزات (في هذه الحالة الدوائر)، 80٪ منها من نوع واحد، "متكررة"، و 20٪ هي من نوع 'الهدف' مختلفة. المنبهات الهدف تثير هدفا استجابة الكشف نظرا لندرة هذا النوع من التحفيز. في هذه الورقة، تم تنفيذ 3 نسخ من هذه المهمة. الأول هو السلبية التي ينطوي عرض السلبي للمنبهات (لا صجعل esponse). والثاني هو العد، وهذا ينطوي على حساب عدد من المحفزات الهدف والإبلاغ الإجمالي في نهاية التجربة. والثالث هو الاستجابة، وهذا ينطوي الضغط على زر في كل مرة يتم عرض الحوافز الهدف.

الشكل 2
الرقم 2. استجابة الدورة الدموية هو إيصال الدم إلى الأنسجة النشطة العصبي. الرد الدورة الدموية في الدماغ ترتفع ببطء (بالمقارنة مع النشاط العصبي) وقمم حوالي 5 ثانية بعد التحفيز. استجابة ثم يأخذ عدد من ثانية (15-20) للعودة إلى خط الأساس. يوضح الشكل وظيفة الدورة الدموية استجابة الكنسي. هذا هو إشارة افتراضية ردا على احد، قصيرة "الصفر مدة" التحفيز، مع الإشارة تعود إلى خط الأساس إلا إذا كان التحفيز لم يعد قائما.

الرقم 3
الرقم 3. تفعيل BOLD للهدف> النقيض المتكرر لفرز والاستجابة الظروف. (المستوى الثاني آثار مختلطة اللهب. N = 16، لتصحيح العنقودية عتبة Z = 2.3، P = 0.05). تم تعديل هذا الرقم وعنوان من وربريك وآخرون 2013 7.

الرقم 4
ويبين الشكل 4. الجزء الأيسر من الرقم تفعيل BOLD لحالة الفرز ضد حالة سلبية. الجزء الأيمن من الشكل يبين حالة الاستجابة ضد حالة سلبية. تمثل جميع البيانات الهدف> المتكرر أقل النقيض من مستوى. الجزء ألف يسلط الضوء التنشيط في مجال السيارات التكميلية (SMA). الجزء باءيبين المتوسط ​​التلفيف الجبهي (مبدعين) تفعيل لحالة الاستجابة فقط. (المستوى الثاني آثار مختلطة اللهب. N = 16، لتصحيح العنقودية عتبة Z = 2.3، P = 0.05) وشرح هذا الرقم قد تم تعديلها من وربريك وآخرون 2013 7.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

وتبين لنا أن التلاعب مهمة يطالب في نتائج مهمة غريب الاطوار البصرية في أنماط مختلفة من التنشيط جريئة في العد والاستجابة الظروف. كانت الأدوار الوظيفية لبعض المناطق المتورطين في كل حالة أن تم تعيينها بشكل غير لائق البيانات من الإصدارات الثلاثة المهمة لم تكن متاحة للمقارنة. هذا الغموض في تفسير البيانات ان لم تكن بالضرورة في مجال EEG P300 حيث المهمة لها أصلها، وتسليط الضوء على ضرورة اعتبار خاص عند نقل النماذج التجريبية من واحدة إلى أخرى طريقة التصوير. على سبيل المثال، تسهم العديد من العمليات المعرفية (مثل الانتباه والذاكرة العاملة) لتوليد المكون P300 لكن هذه هي التي تمثل علامة الكهربية واحدة، على النقيض من تفعيل ينظر على نطاق واسع في الاستجابة الرنين المغناطيسي الوظيفي BOLD. وعلاوة على ذلك لا يتأثر P300 من استجابة المحرك بنفس الطريقة كما وبيانات التصوير بالرنين المغناطيسي. القرار الزمني للبيانات EEG يسمح المعرفية والحركية الردود على أن يفصل في الوقت المناسب. طبيعة التدبير BOLD الرنين المغناطيسي الوظيفي تعني أن العديد من مناطق الدماغ وجدت لتكون نشطة في نفس الوقت في مهمة معينة. تحديد وظائف هذه المناطق من التفعيل جدا يعتمد كثيرا على تصميم وتحليل المهمة. لذا فمن المستحسن أن تصميم دراسة الرنين المغناطيسي الوظيفي هو طيار اختبار سلوكيا لإنشاء آثار الفائدة ومن ثم طيار اختبار في بيئة الرنين المغناطيسي الوظيفي المناسب لضمان تصميم وتنفيذ وتحليل للآثار الفائدة.

بالإضافة إلى توجيه تفسير البيانات من المهام غريب الاطوار التي تنطوي على استجابة المحرك النتائج المستخلصة من الدراسة الأصلية 7 تظهر أنه من الممكن لتصميم الدراسات التي تستخدم غريب الاطوار مهمة للتركيز على جوانب محددة من الكشف عن الهدف. على سبيل المثال التحقيق في دمج المدخلات الحسية لإنتاج الاستجابة الحركية الصحيحة يمكن القيام بهشمال شرق باستخدام إصدار الاستجابة للمهمة. ان النسخة الفرز المهمة من ناحية أخرى أن يكون أكثر ملاءمة لعمليات صنع القرار المرتبطة بالتحقيق، وتحديدا عندما لا تكون هناك حاجة إلى استجابة المحرك. في بعض السكان، على سبيل المثال، الشيخوخة أو المرضى الذين يعانون من اضطرابات الحركة، قد تتأثر إنتاج استجابة المحرك بعوامل غير المهمة ذات الصلة، في هذه الحالات قد يكون الإصدار الفرز المهمة غريب الاطوار الأنسب.

البيانات لا توفر سوى دليل على كيف تختلف أنماط نشاط المخ عبر الإصدارات المهمة غريب الاطوار، فإنها توضح أيضا أن النظر في عناصر المهام السلوكية / المعرفية المستخدمة في التجارب الرنين المغناطيسي الوظيفي أمر بالغ الأهمية إذا كانت البيانات إلى أن تفسر بشكل مناسب. هذا مهم بشكل خاص في النماذج حيث أنه من الممكن استخدام استجابة علنية أو سرية. بما في ذلك استجابة المحرك يغير مطالب مهمة وتفعيل تسببها مأذني استجابة يمكن أن تؤثر على تفسير تفعيل مهمة تتعلق آخرين. قضايا مثل هذه يجب أخذها في الاعتبار عند التكيف نموذجا عبر طرائق التصوير المختلفة.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Magnetom Tim Trio 3 T MRI scanner Siemens Medical Solutions, Erlangen, Germany 
Presentation version 14.8 Neurobehavioural system, Albany, CA, USA
Lumitouch device Photon Control Inc, Burnaby, BC, Canada This device is no longer produced by the manufacturer. Alternative MR compatible response devices are available.
TFT display Apple, Cupertino, CA, USA 30 inch cinema display The screen was custom modified in-house to be MR compatible. However, a number of MR compatible screens are available on the market.
Optseq surfer.nmr.mgh.harvard.edu/optseq program for determining optimal stimulus timing for rapid event related designs
FMRIB software library (FSL) FMRIB, Oxford http://fsl.fmrib.ox.ac.uk/fsl/fslwiki/ Other software tools are available for analyzing fMRI data, for example SPM, AFNI and Brain Voyager.

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Squires, N. K., Squires, K. C., Hillyard, S. A. Two varieties of long-latency positive waves evoked by unpredictable auditory stimuli in man. Electroencephalography and clinical neurophysiology. 38, 387-401 (1975).
  2. Polich, J., Criado, J. R. Neuropsychology and neuropharmacology of P3a and P3b. International journal of psychophysiology : official journal of the International Organization of Psychophysiology. 60, 172-185 (2006).
  3. Turetsky, B. I., et al. Neurophysiological endophenotypes of schizophrenia: the viability of selected candidate measures. Schizophrenia bulletin. 33, 69-94 (2007).
  4. Mobascher, A., et al. The P300 event-related potential and smoking--a population-based case-control study. International journal of psychophysiology : official journal of the International Organization of Psychophysiology. 77, 166-175 (2010).
  5. Li, L., Gratton, C., Fabiani, M., Knight, R. T. Age-related frontoparietal changes during the control of bottom-up and top-down attention: an ERP study. Neurobiology of aging. 34, 477-488 (2013).
  6. Kirino, E., Belger, A., Goldman-Rakic, P., McCarthy, G. Prefrontal activation evoked by infrequent target and novel stimuli in a visual target detection task: An event-related functional magnetic resonance imaging study. Journal of Neuroscience. 20, 6612-6618 (2000).
  7. Warbrick, T., Reske, M., Shah, N. J. Do EEG paradigms work in fMRI? Varying task demands in the visual oddball paradigm: Implications for task design and results interpretation. Neuroimage. 77, 177-185 (2013).
  8. Warbrick, T., Arrubla, J., Boers, F., Neuner, I., Shah, N. J. Attention to Detail: Why Considering Task Demands Is Essential for Single-Trial Analysis of BOLD Correlates of the Visual P1 and N1. J Cogn Neurosci. 26, 529-542 (2014).
  9. Huettel, S. A., Song, A. W., McCarthy, G. Functional magnetic resonance imaging. 2nd, Sinauer Associates. (2008).
  10. Miezin, F. M., Maccotta, L., Ollinger, J. M., Petersen, S. E., Buckner, R. L. Characterizing the hemodynamic response: effects of presentation rate, sampling procedure, and the possibility of ordering brain activity based on relative timing. Neuroimage. 11, 735-759 (2000).
  11. Jezzard, P., Matthews, P. M., Smith, S. Functional Magnetic Resonance Imaging: An Introduction to Methods. Oxford University Press. (2001).
نقل المهام المعرفية بين الدماغ التصوير الطرائق: الآثار المترتبة على تصميم العمل ونتائج التفسير في دراسات الرنين المغناطيسي الوظيفي
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Warbrick, T., Reske, M., Shah, N. J. Transferring Cognitive Tasks Between Brain Imaging Modalities: Implications for Task Design and Results Interpretation in fMRI Studies. J. Vis. Exp. (91), e51793, doi:10.3791/51793 (2014).More

Warbrick, T., Reske, M., Shah, N. J. Transferring Cognitive Tasks Between Brain Imaging Modalities: Implications for Task Design and Results Interpretation in fMRI Studies. J. Vis. Exp. (91), e51793, doi:10.3791/51793 (2014).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter