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Behavior

Transfert de tâches cognitives entre le cerveau modalités d'imagerie: Implications pour la conception des tâches et l'interprétation des résultats dans les études IRMf

doi: 10.3791/51793 Published: September 22, 2014

Introduction

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Comme les méthodes des neurosciences cognitives se développent, les tâches expérimentales établies sont utilisés avec nouvelles modalités d'imagerie cérébrale. Il s'agit d'une progression logique puisque la plupart des concepts neuropsychologiques (par exemple, la mémoire distinct sous-composants) ont été étudiés dans le domaine du comportement et des tâches expérimentales appropriées pour sonder fonctions spécifiques ont été développés et testés. Comme la nouvelle technologie émerge preuves pour les fondements neuronaux de ces observations comportementales est recherché avec les nouvelles méthodes d'imagerie cérébrale. Bien qu'il puisse être tentant de tirer simplement sur des tâches comportementales bien étudiés pour les études d'imagerie, plusieurs mises en garde importantes doivent être prises en compte. Cruciale, mais souvent négligée, compte est l'utilisation de la technique d'imagerie la plus appropriée pour explorer davantage la preuve de comportement. En termes de neuroscience cognitive et la psychologie, il existe de nombreuses méthodes d'imagerie cérébrale disponibles pour améliorer notre compréhension de l'activ neuroneslité qui sous-tend les concepts d'intérêt; par exemple l'électroencéphalographie (EEG), la magnétoencéphalographie (MEG), la stimulation magnétique transcrânienne (TMS), l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) et la tomographie par émission de positons (TEP). Toutes ces méthodes ont leurs avantages, les inconvénients et les applications appropriées. Voici le transfert d'un paradigme avec une longue histoire d'expériences comportementales et électroencéphalographiques à une expérience IRMf est considéré. EEG a été utilisé pendant des décennies pour étudier les réponses des neurones associés aux processus perceptifs et cognitifs. En tant que tel, de nombreux paradigmes ont été développés pour être utilisés avec cette méthode et ont évolué au fil du temps. L'IRM fonctionnelle est une technique qui a émergé plus récemment en neurosciences cognitives, ce qui a conduit à certains paradigmes développés dans la recherche EEG utilisées dans l'IRMf. Pour construire sur la base de connaissances à partir d'expériences EEG avec les nouvelles techniques est une étape logique mais néanmoins quelques points importants peuvent être négligés dans le transfert. L'techniques unere très différente et les tâches doivent être conçus en conséquence. Cela suppose une connaissance de la façon dont la méthode fonctionne et, en particulier, la façon dont les modulations possibles du paradigme utilisé influenceront les mesures prises. Pour plus d'informations sur la conception des expériences IRMf le lecteur intéressé est dirigé vers le lien suivant http://imaging.mrc-cbu.cam.ac.uk/imaging/DesignEfficiency . conception des tâches sera considérée dans le contexte de transfert d'un paradigme développé pour la recherche EEG à l'environnement IRMf. Les objectifs de cette étude sont les suivants: i) de décrire brièvement l'IRMf et lorsque son utilisation est appropriée dans les neurosciences cognitives; ii) pour illustrer la façon dont la conception de la tâche peut influencer les résultats d'une expérience d'IRMf, en particulier lorsque cette tâche est emprunté à une autre modalité d'imagerie; et iii) d'expliquer les aspects pratiques de la réalisation d'une expérience IRMf.

L'IRM fonctionnelle est maintenant largement disponible technique et en tant que telle est une méthode couramment utilisée en neurosciences cognitives. Afin de prendre une décision quant à savoir si la technique est appropriée pour une expérience notamment les avantages et les inconvénients de l'IRMf doivent être considérés par rapport aux autres techniques disponibles. Un inconvénient de la méthode est qu'elle n'est pas une mesure directe de l'activité neuronale, il s'agit plutôt d'une corrélation de l'activité neuronale en ce que la réponse métabolique (besoin en oxygène) convoluée avec la réponse hémodynamique. Ainsi, la résolution temporelle est faible par rapport à l'électrophysiologie, par exemple, où le signal électrique mesuré est plus proche de l'activité neurale sous-jacente plutôt que d'une réponse métabolique. EEG présente une résolution temporelle de l'ordre de quelques millisecondes par rapport à une résolution de l'ordre de quelques secondes à IRMf. Cependant, le principal avantage de l'IRMf est que la résolution spatiale de la technique est excellente. En outre, il est non invasive et donc sujets n'ont pas à ingérer des substances telles que la coopérationagents ntrast ou être exposés à des rayonnements comme ce serait le cas en tomographie par émission de positons (TEP). Par conséquent, l'IRMf est une technique appropriée pour les expériences de l'enquête que les régions du cerveau sont impliquées dans la perception, la cognition et le comportement.

Dans ce document, le paradigme excentrique visuel est considéré comme un exemple pour le transfert d'un EEG-tâche bien établie à l'IRMf (voir la figure 1 pour plus de détails). Il convient de noter que les questions discutées pourraient également influer sur les résultats et l'interprétation des données lorsque d'autres paradigmes sont utilisés et doivent être techniquement considérées dans la conception de toutes les expériences IRMf. Le paradigme excentrique est fréquemment utilisée en psychologie et en neurosciences cognitives pour évaluer l'attention et de cibler les performances de détection. Le paradigme a été développé dans la recherche EEG, spécifiquement liés à un événement potentiels (ERP), pour étudier la composante dite P300 1. Le P300 représente la détection de la cible et est provoquée lors de la reconnaissance d'un stimulus cible rare 1. Le P300 est utilisé dans les études sur un certain nombre de domaines cognitifs et cliniques 2 par exemple, les patients atteints de schizophrénie et leurs parents 3, 4 gros fumeurs et le vieillissement de la population 5. Étant donné que le paradigme excentrique (et le P300 induite par le paradigme) est robuste et est également modulée par différents états pathologiques, son transfert à travers différentes modalités d'imagerie était inévitable.

L'activation généralisée vu dans le cerveau lors d'une mesure IRMf excentrique est connu pour être le résultat de plusieurs fonctions cognitives, comme le montrent les nombreuses études IRMf sondage d'autres concepts cognitifs. Ce caractère généralisé du modèle d'activation, il est difficile de déterminer quelles régions du cerveau sont plus (ou moins) actif en raison des manipulations de tâches spécifiques ou des différences entre les groupes que l'expérimentateur qui l'intéresse. Plus précisément, il n'est pas certain que les différences observées dans les activation sont liés à la détection de cibles lui-même, pour les processus d'attention liés, ou si elles sont liées à d'autres exigences de la tâche telles que les processus en cours de mémoire de travail ou les processus liés à la production d'une réponse motrice. Le processus de la fonction attribuer à l'activité mesurée est plus facile dans le domaine EEG où la composante cognitive de l'intérêt (détection de la cible) est mesurée en réponse cérébrale clairement à la tâche excentrique (P300). Néanmoins, les neuroscientifiques ont tendance à interpréter leurs résultats en faveur de leur propre hypothèse et l'expérience, plutôt que de mettre dans l'effort pour écarter d'autres explications. La plupart des expériences, cependant, ne seront pas en mesure de résoudre ces questions importantes en soi - le temps de cycle est coûteux - ce qui explique pourquoi nous plaidons pour une planification minutieuse et des essais pilotes de paradigmes.

Outre cette difficulté à établir un lien direct entre les régions du cerveau et des composantes cognitives, la nature du paradigme excentrique aussiprésente d'autres questions méthodologiques possibles lors de son transbordement d'IRMf. Par exemple, la détection d'un stimulus cible est généralement indiqué en appuyant sur un bouton de réponse. Cela permet à l'expérimentateur d'enregistrer la précision et la rapidité des réponses, mais cette réponse peut également avoir une incidence sur la réponse IRMf BOLD à des stimuli cibles. L'action du moteur nécessaire pour les impacts bouton de presse sur l'activation IRMf stimulus verrouillage étant donné qu'il se trouve à quelques centaines de millisecondes après la présentation du stimulus cible. Cela peut également influer sur l'interprétation de cette activation, par exemple les régions du cerveau impliquées dans la préparation de la réponse du moteur pourraient à tort supposé être impliqué dans la détection du stimulus cible, et vice versa. Cela a conduit à des modifications méthodologiques lequel des mesures indirectes de détection de cible, pas en s'appuyant sur les réponses motrices, sont prises. Par exemple, compter stimuli cibles a été proposé 6 comme un moyen de s'assurer que les sujets maintiennent attentisur la tâche; le nombre d'essais raté peut indiquer comment inattentif un sujet était. Indiquant le nombre de stimuli comptés à la fin de la tâche signifie également que l'expérimentateur peut vérifier si le sujet a effectué la tâche correctement. Une troisième solution consiste à utiliser une conception de la tâche entièrement passive où le sujet est donné aucune instruction sur la façon de répondre et la nouveauté d'un stimulus cible est supposée provoquer en soi une réponse de détection comme cible. En dépit de ces versions de la tâche en utilisant le même type de stimuli et de la conception de base, le modèle d'activation résultant de chaque variation de la tâche sera différente parce que les exigences cognitives et motrices des tâches sont différentes 7,8. Par exemple, il y aura de travail des processus de mémoire impliqués dans le comptage des stimuli cibles par exemple, en maintenant le nombre actuel de stimuli cibles à l'esprit, qui ne seront pas nécessaires pendant le visionnement passif. Voici ces 3 versions de la tâche excentrique, passifs, compter, une répondre sont utilisés pour montrer comment la conception et la mise en œuvre de la tâche minutieuse peut tenir compte de ces changements dans les exigences de la tâche et permettre une interprétation appropriée des résultats.

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Protocol

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REMARQUE: Le protocole de l'étude a été approuvée par les sujets humains locaux du Conseil d'examen à l'université RWTH Aachen et a été réalisée en conformité avec la Déclaration d'Helsinki.

1 Groupe de Conception

  1. Choisissez une tâche appropriée pour enquêter sur la construction cognitive / psychologique d'intérêt. Utilisez la tâche excentrique visuelle (Figure 1) pour mesurer les réponses de détection de cibles et les effets de l'attention sur la détection de cible. Cela permet d'observer l'influence des manipulations de travail sur les données d'IRMf.
  2. Utilisez trois versions de la tâche excentrique.
    1. Version passive: Demandez au sujet d'observer des stimuli visuels. Ne pas détecter toute réponse.
    2. Version muette de comptage: Demandez au sujet de compter les stimuli cibles. Cette tâche exige de diriger l'attention vers ces stimuli et un processus sélectif.
    3. Répondre Version: Demandez au sujet de pousser un bouton de réponse en voyant un tastimulus rget. Cette tâche exige une attention, les processus de discrimination, et la sélection / production d'une réponse à des stimuli cibles.
  3. Le nombre approprié d'essais requis pour une réponse robuste. Le rapport signal sur bruit dans les mesures IRMf est relativement faible et nécessite un certain nombre de réponses à la moyenne afin d'étudier les effets d'intérêt 9. Cela dépend de la tâche et relance modalité utilisée. 200 essais sont utilisés dans cette tâche, dont 40 sont des essais de cibles suffisamment pour provoquer une réponse robuste.
  4. Déterminer les horaires pour la séquence de stimuli. Le calendrier de stimuli est crucial dans une étude IRMf pour l'examen des taux de présentation 10. Considérons la réponse hémodynamique à retard entre le début du stimulus et la réponse mesurée du cerveau (figure 2).
    1. Maintenir un équilibre entre délivrant des stimuli suffisants dans un laps de temps raisonnable et permettre un échantillonnage suffisant de la res hémodynamiquesponse à chaque stimulus, y compris le retour à l'état initial. Télécharger, installer et exécuter le logiciel de optseq. Optseq courir à distribuer de façon optimale les essais à travers l'expérience en fonction du nombre d'essais, la durée de relance et les paramètres de numérisation (temps de répétition et le nombre de volumes).
  5. Mettre en œuvre l'ordre de stimuli (préalablement déterminée) dans un programme approprié pour présenter le paradigme du sujet.
    1. Indiquez toutes les informations pertinentes pour le paradigme en termes de type de stimuli, le calendrier et les réponses.
      NOTE: Programmation détails ne sont pas présentées ici parce que chaque paradigme aura des exigences différentes que différents logiciels de volonté.
  6. Mettre en place le programme qui fournira le paradigme expérimental de sorte qu'il va commencer avec un déclencheur à partir du scanner. Ceci permet une synchronisation des données acquises et la séquence de stimuli présentés.

2. installation expérimentale de l'environnement

  1. Prepare la salle du scanner. Connectez la partie inférieure de la bobine de la tête correcte à la vitre du scanner. Placez les capots de protection propres sur la vitre du scanner et coussins.
  2. Utiliser un dispositif d'affichage pour présenter le paradigme expérimental de l'objet et enregistrer les réponses à l'aide d'un dispositif tenu à la main. Mettez le dispositif d'affichage et un dispositif tenu à la main "sur".
  3. Démarrez le logiciel que prononcera le paradigme expérimental et fournir un nom pour le fichier journal. Le fichier journal contient des informations sur le calendrier des stimuli et des réponses apportées par le sujet. Utilisez ces informations pour analyser les données.
  4. Créer l'objet dans la base de données du scanner IRM. Enregistrer les données en utilisant un numéro d'identification unique. Ne pas stocker le nom de l'objet avec les données afin de garantir la vie privée.
  5. Assurez-vous que les séquences d'IRM à exécuter sont mis en place et prêt. Utilisez les séquences suivantes: un alignement de scanner pour obtenir la position des sujets de la tête à l'intérieur de la bobine, une séquence EPI pour le fuimagerie nctional et MPRAGE pour une analyse structurelle haute résolution.

3 Sous réserve Arrivée et entrée au scanner

  1. Examiner l'objet de contre-indications avec l'IRM avant l'expérience (par exemple, lors de la procédure de recrutement).
    1. Fournir des instructions de sécurité MR avant la numérisation. Effectuer le dépistage des sujets (par du personnel qualifié). Assurer la sécurité des sujets. Assurez-vous qu'ils n'ont pas de métal dans leur corps, ne pas avoir des dispositifs tels que les stimulateurs cardiaques et ne répond pas à tous les autres critères d'exclusion.
  2. À l'arrivée de sujets vérifier le questionnaire de dépistage et de confirmer leur compatibilité avant de poursuivre.
  3. Expliquer la procédure expérimentale pour le sujet et offrir la possibilité de poser des questions. Demandez au sujet de signer les formulaires de consentement et la protection des données.
  4. Si l'expérience implique des tâches complexes nécessitant une formation, il est recommandé que le sujet effectue une pratique de fonctionner avant going dans le scanner.
  5. Assurez-vous que le sujet est sans métal, sans pièces de monnaie, ceinture, montre et bijoux. Une fois confirmé, que le sujet dans la chambre d'exposition.
  6. Demandez au sujet de s'asseoir sur le lit du scanner de porter des bouchons d'oreilles. Les bouchons d'oreille utilisées ici offrent une protection contre le bruit du scanner lors de la numérisation et permettent également à l'enquêteur de communiquer directement avec le sujet de la salle de contrôle. Dans certains établissements écouteurs sont utilisés pour la communication avec le sujet.
  7. Demandez au sujet de s'allonger sur la vitre du scanner. Offrez l'objet d'un coussin d'aller sous les genoux pour réduire les maux de dos. Le confort de l'objet est important pour leur bien-être et la qualité des données. Mouvement résultant de l'inconfort aura un impact négatif sur les données d'imagerie et la distraction causée par l'inconfort va influencer la performance de la tâche.
  8. Placez la partie supérieure de la bobine de la tête sur la tête du sujet et de brancher les connecteurs. Placez le sujet217; s la tête de manière appropriée dans la bobine de la tête. Alignez le petit marqueur sur la bobine de la tête le long des sourcils des sujets. S'assurer que le sujet est couché droite et confortable. La surface de la batterie ne doit pas toucher le visage (par exemple, en appuyant sur ​​le nez).
  9. Fixer la tête du sujet avec coussinets pour réduire au minimum les mouvements de tête pendant le balayage. Mouvements de tête ont un impact négatif sur la qualité des données.
  10. Placez un miroir au-dessus de la bobine de la tête pour le sujet pour voir le paradigme expérimental affichée sur l'écran derrière. Assurer le sujet peut voir tout l'écran. Déplacer le miroir monté selon la position de l'objet. Sujets avec des lunettes doivent porter des lunettes compatibles MR. La plupart des installations de recherche IRM ont des lentilles ou des lunettes compatibles. Dans ce cas, les objectifs à monture compatibles IRM sur le cadre qui tient le miroir. Détermination du titre de la lentille avant que le sujet approprié entre dans la chambre d'exposition.
  11. Distribuez l'objet d'un bouton d'appel d'urgence to arrêter la numérisation si nécessaire. Assurez-vous que le sujet sait où le bouton est et qu'ils peuvent facilement atteindre.
  12. Déplacer l'objet à l'entrée de l'alésage du scanner. Demandez au sujet de fermer les yeux pendant cette procédure. Aligner la lumière avec les petites marques sur la bobine de la tête pour établir la position correcte.
  13. Déplacez le sujet dans l'alésage du scanner jusqu'à ce que l'écran affiche «0 mm». Cela signifie que la tête de l'objet est à l'isocentre du scanneur.
  14. Distribuez le sujet le dispositif de réponse.

4 Procédure expérimentale

  1. Vérifiez si le sujet peut entendre l'expérimentateur via l'interphone et que le sujet est à l'aise et prêt à commencer.
  2. Effectuer une analyse d'alignement de piste pour obtenir la position de la tête de l'objet dans le scanner. Utiliser ce pour positionner le champ de vision de toutes les mesures restantes afin de déterminer les parties du cerveau à mesurer.
  3. Première pperformance des services d'une analyse structurelle haute résolution. Ouvrez le MPRAGE séquence / programme et positionner le champ de vision. Assurez-vous la tête de l'ensemble du sujet se trouve dans le champ de vision. Paramètres MP-RAGE: TR / TE = 2250 / 3,03 ms, angle de bascule = 9 °, 176 tranches sagittales, FOV 256 x 256 mm, 64 x 64 matrice, la taille de voxel de 1 x 1 x 1 mm).
  4. Que le sujet sait que l'analyse va commencer et ensuite commencer la mesure.
  5. Effectuer une analyse de l'IRM fonctionnelle.
    1. Ouvrez la séquence EPI sur l'ordinateur de scanner et d'aligner le champ de vision afin de couvrir l'ensemble du cerveau. Paramètres du PEV: 33 tranches, épaisseur de coupe de 3 mm, champ de vision de 200 x 200 mm, 64 x 64 matrice, temps de répétition de 2000 ms, temps d'écho 30 ms, angle de bascule 79 °.
    2. Exécuter une mesure de test en un seul volume. Assurez-vous que l'ensemble (ou autant que possible) de cerveau de l'objet est contenu dans le champ de vision.
      REMARQUE: Les sujets ont différentes formes et tailles de têtes (et le cerveau). Ainsi, de manière optimale positionner le domaine de lavoir pour chaque sujet.
    3. Copiez la séquence IRMf sorte que le champ positionné de vue reste le même pour la mesure suivante. Entrez le nombre de volumes requis pour la mesure, 304 dans ce cas.
    4. Assurez-vous que le logiciel présente le paradigme est en attente d'un déclenchement du scanner. Le paradigme ne démarre pas sans un élément déclencheur du scanner de sorte qu'il peut être chargé et d'attendre.
    5. Informer la personne que l'expérience est sur le point de commencer. Lancer la mesure.
    6. Vérifiez que le logiciel présente le paradigme commence au moment opportun (c'est à dire qu'il est déclenché par le scanner).
    7. Effectuer trois versions de la tâche excentrique. Passif, le comte et de répondre.
    8. Parlez-en à l'objet entre les cycles de rassurer. Assurer leur confort. Demandez si le sujet le permet de poursuivre l'étude. Demandez au sujet de la tâche à venir.
    9. D'abord exécuter le c passiveRéglage usine pour assurer une véritable vision passive sans savoir que les stimuli cibles sont en effet des stimuli cibles. Contrebalancer l'ordre du comte et de répondre aux différentes matières conditions pour éviter les effets d'ordre.

5 Fin de l'expérience

  1. Informer la personne que l'expérience est terminée entrer dans la salle du scanner.
  2. Faites glisser l'objet de scanner.
  3. Retirer la bobine de la tête et des coussins.
  4. Demandez au sujet de s'asseoir lentement. Une fois qu'ils sont à l'aise, le sujet peut se lever et quitter la salle du scanner.
  5. Administrer un questionnaire / paperasse qui doit être achevé après l'expérience
  6. Compte rendu de l'objet: fournir à la personne avec une explication sur les buts et objectifs de l'étude si ce n'était pas tout à fait possible avant l'expérience et offrir la possibilité de poser des questions

Analyse 6. données

  1. Utilisez un logiciel qui est approprié pour analyzing données IRMf. Effectuer une première analyse des données de niveau pour chaque sujet et chaque condition séparément.
    REMARQUE: Utilisez la bibliothèque de logiciels FMRIB (FSL) pour l'analyse des données IRMf.
  2. Appliquer des mesures de pré-traitement standard pour préparer les données pour une analyse ultérieure.
    REMARQUE: Appliquer les étapes suivantes: correction de mouvement, correction de la tranche de synchronisation, coregistration des données structurelles et fonctionnelles, lissage spatial, filtrage temporel passe-haut, la normalisation de l'individu dans l'espace norme (par exemple, INM). Trouver un résumé de ces étapes dans l'IRMf manuels Huettel et al, (2008) 9 et Jezzard et al, (2001) 11. Des informations spécifiques sur la façon d'effectuer les étapes de prétraitement est disponible sur le site Web et dans la documentation à l'appui pour chaque logiciel individuel.
  3. Pour l'analyse statistique, précise les périodes d'apparition et la durée de tous les événements. Celles-ci sont appelées variables explicatives (SVE), ou les variables explicatives.
  4. Mettre en place des contrastes de déterminerqui les VE sont comparés. Pour identifier l'activation BOLD spécifique à la détection des stimuli cibles mis en place le contraste suivant: stimuli cible> non-cibles.
    REMARQUE: utiliser éventuellement d'autres contrastes: des stimuli cibles contre référence; stimuli non-cibles contre référence; stimuli cibles> stimuli non-cibles; stimuli non-cibles> stimuli cibles
  5. Effectuez la première analyse statistique de niveau pour chaque sujet et chaque condition séparément. Le résultat de l'analyse montre les régions du cerveau actives pour chacun des contraste respective.
  6. Comparer les trois conditions à l'aide d'un second niveau, ou niveau du groupe, les analyses. Utilisez le résultat de la première analyse de niveau que l'entrée pour l'analyse au niveau du groupe.
    NOTE: Dans le document original 7 les différences entre les conditions sur la cible> contraste fréquent en utilisant une conception de la différence de deux Groupe triplé impliquant les contrastes suivants: répondre> passive, compter> passive, répondre> count.Ces contrastes révèlent l'activité cérébrale associée à la variation dans les processus cognitifs dans les trois modalités de réponse.

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Representative Results

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La méthode de stimulation et d'analyse a suscité activation BOLD dans les régions du cerveau associées à une tâche visuelle excentrique. La cible> contraste non-cible n'a révélé aucune activation de l'état passif, mais fait apparaître activation à la fois le nombre et répondre (Figure 3). Les données présentées dans la figure 3 est une comparaison qualitative du comte et répondent conditions et montre comment les modèles d'activation seraient regarder si chaque version de la tâche a été effectuée dans l'isolement.

Les principales comparaisons d'intérêt sont ceux entre les conditions. Alors, dans quelles régions du cerveau ne détection de cible activation liées diffèrent lorsque les exigences du travail sont modifiées? Figure 4 montre qu'il existe des différences entre les conditions. Contrairement à l'analyse qualitative des différences entre le nombre et répondre état décrire ci-dessus, cette comparaison se fait en utilisant des tests t sur les données de cerveau entier, showing les régions où l'activation diffère considérablement entre les conditions.

Les données de l'étude 7 montrent des différences d'origine de l'activation BOLD entre le comte et répondent versions de l'excentrique visuelle. S'il n'y avait pas les données des deux conditions pour la comparaison de l'activation serait imputable à une «détection de cible" dans les deux conditions. Cependant, l'activation a été observée dans le gyrus frontal moyen (MFG), mais au cours de la répondent pas à la condition de comptage. Le fait que l'activation n'a pas été observé MFG à l'état de comptage indique qu'il est lié à la préparation de moteur et / ou de la réponse du moteur associé au bouton-poussoir à l'état de réagir plutôt que purement à des procédés de détection de cibles. En l'absence de la tâche de comptage à titre de comparaison, il est probable que cette activation de MFG aurait été attribuée à des processus cognitifs associés à la tâche plutôt que l'exécution de l'action. De même, l'activation dans le mot supplémentaireou zone (SMA) a été observée au cours de l'état de comptage ainsi que la condition de répondre. Il n'y a pas de réponses apportées à l'état de comptage, de sorte qu'il est peu probable que l'activation SMA est liée à la préparation de moteur, ce qui suggère que le SMA joue un rôle dans d'autres aspects de la tâche, comme l'attention sur les stimuli, la détection de stimuli cibles, en décidant si pour faire une réponse et si oui, laquelle réponse à faire. Il est probable que l'activation SMA aurait été interprété comme étant impliqués dans la préparation du moteur si il n'y avait qu'une version répondre de la tâche, ce qui signifie que le rôle de la SMA dans d'autres processus de travail liés aurait été négligé. Cela met en lumière certains pièges potentiels lors de l'interprétation des données d'IRMf. Malgré la tâche utilisée ici est relativement simple, il implique de nombreux processus perceptifs et cognitifs. Il peut être difficile de différencier ces processus cognitifs et leurs substrats neuronaux sous-jacents. La conception de cette étude, ce qui permet l'évaluation à l'intérieur de balayage of le contraste de détection de cible suivie par comparaison entre analyse des conditions est d'une conception robuste, mais il n'est pas en mesure de différencier les rôles possibles du SMA pas à établir qu'il contribue à des procédés autres que les procédés de moteur. Cela souligne la nécessité pour la conception expérimentale et une analyse des études IRMf.

Figure 1
Figure 1: Le paradigme excentrique implique l'affichage d'une série de stimuli (dans ce cas les cercles), 80% sont de même type, 'souvent', et 20% sont de type «cible» différente. Les stimuli cibles provoquent une cible réaction de détection en raison de la rareté de ce type de stimulus. Dans cet article, trois versions de la tâche ont été réalisées. Le premier est passif qui implique la visualisation passive des stimuli (pas de ré ponse faite). Le second est le nombre, il s'agit de compter le nombre de stimuli cibles et le rapport total à la fin de l'expérience. Le troisième est de répondre, cela implique appuyant sur ​​un bouton à chaque fois un stimulus cible est affichée.

Figure 2
Figure 2: La réponse hémodynamique est la fourniture de sang à des tissus actifs neuronale. La réponse hémodynamique dans le cerveau augmente lentement (par rapport à l'activité neuronale) et des pics à environ 5 s après un stimulus. La réponse prend alors un certain nombre de secondes (15-20) pour revenir à l'état initial. La figure représente la fonction de réponse hémodynamique canonique; c'est un signal hypothétique en réponse à une seule courte «durée zéro 'stimulus, le signal de retour aux valeurs de base que si le stimulus ne persiste plus.

Figure 3
Figure 3 activation BOLD pour la cible> contraste fréquent pour les conditions de comptage et d'intervention. (Deuxième niveau à effets mixtes FLAMME. N = 16, Cluster corrigée seuil Z = 2,3, p = 0,05). Ce chiffre et la légende ont été modifiées par Warbrick et al, 2013 7.

Figure 4
Figure 4 La partie gauche de la figure montre l'activation BOLD de l'état de compte contre l'état passif. La partie droite de la figure montre la condition de répondre contre l'état passif. Toutes les données représentent la cible> fréquente de faibles amplitudes de niveau. Partie A met en évidence une activation dans la zone motrice supplémentaire (SMA). Partie Bmontre l'activation gyrus frontal médian (MFG) pour la condition de répondre uniquement. (Deuxième niveau à effets mixtes FLAMME. N = 16, Cluster corrigée seuil Z = 2,3, p = 0,05) Ce chiffre et la légende ont été modifiés de Warbrick et al, 2013 7.

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Discussion

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Nous montrons que la manipulation de la tâche exige dans les résultats de la tâche excentriques visuels dans différents schémas d'activation BOLD dans le comptage et répondre conditions. Les rôles fonctionnels de certaines des régions impliquées dans chaque condition aurait été inappropriée affectés avaient données des trois versions de la tâche pas été disponibles pour la comparaison. Cette ambiguïté dans l'interprétation des données n'aurait pas nécessairement été le cas dans le domaine de l'EEG P300 où la tâche a son origine, soulignant la nécessité d'une attention particulière lors du transfert de paradigmes expérimentaux d'une modalité d'imagerie à l'autre. Par exemple, de nombreux processus cognitifs (tels que l'attention et la mémoire de travail), contribuent à la génération de la composante de P300, mais ceux-ci sont représentés par un seul marqueur électrophysiologique, contrairement à l'activation généralisé vu dans la réponse BOLD IRMf. En outre, le P300 n'est pas influencée par la réponse du moteur de la même manière que fDonnées de l'IRM. La résolution temporelle des données EEG permet des réponses motrices et cognitives à être séparés dans le temps. La nature de la mesure IRMf BOLD signifie que de nombreuses régions du cerveau se trouvent à être actives en même temps dans une tâche particulière. Déterminer les fonctions de ces domaines d'activation est très dépendante de la conception et de l'analyse tâche. Il est donc recommandé que la conception d'une étude IRMf est mis à l'essai comportemental pour établir les effets d'intérêt, puis mis à l'essai dans l'environnement IRMf pour assurer approprié conception, mise en œuvre et l'analyse des effets de l'intérêt.

En plus de guider l'interprétation des données des tâches bizarres impliquant une réponse motrice les conclusions de l'étude originale 7 montrent qu'il est possible de concevoir des études utilisant la tâche excentrique de se concentrer sur des aspects spécifiques de détection de cible. Par exemple enquêter sur l'intégration des données sensorielles pour produire la réponse correcte du moteur pourrait être fairene en utilisant la version de répondre de la tâche. La version de comptage de la tâche d'autre part serait plus approprié pour les processus associés à la prise de décision de l'enquête, en particulier lorsqu'une réponse du moteur n'est pas nécessaire. Dans certaines populations, par exemple, le vieillissement ou les patients atteints de troubles du mouvement, la production d'une réponse motrice peut être affectée par des facteurs non liés à la tâche, dans ces cas, la version de comptage de la tâche excentrique pourrait être la plus appropriée.

Les données ne fournissent pas seulement des preuves de la façon dont les modèles d'activation du cerveau diffèrent selon les versions de la tâche excentrique, ils montrent aussi que compte tenu des éléments de tâches cognitifs / comportementaux utilisés dans les expériences IRMf est crucial si les données doivent être interprétées de manière appropriée. Ceci est particulièrement important dans les paradigmes où il est possible d'utiliser une réponse ouverte ou cachée. Y compris une réponse motrice modifie les exigences de la tâche et l'activation induites par la mOtor réponse peut influencer l'interprétation de l'autre activation de la tâche liée. Des questions telles que cela devrait être considéré lors de l'adaptation d'un paradigme à travers différentes modalités d'imagerie.

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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.

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References

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Transfert de tâches cognitives entre le cerveau modalités d'imagerie: Implications pour la conception des tâches et l'interprétation des résultats dans les études IRMf
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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).

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