Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

Behavior

העברת משימות קוגניטיביות בין שיטות הדמיה מוחית: השלכות על המשימה עיצוב ותוצאות פרשנות בfMRI לימודים

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

כשיטות מדעי מוח הקוגניטיביים לפתח, משימות ניסיוניות שהוקמו משמשות עם שיטות הדמיה המוח מתפתחות. זוהי התקדמות הגיונית מכיוון שרוב המושגים נוירופסיכולוגיים (למשל, תת רכיבי זיכרון שונה) נחקרו בתחום ההתנהגותי ומשימות ניסוי מתאימות לבדיקת פונקציות ספציפיות פותחו ונבדקו. ככל שטכנולוגיה חדשה עולה ראיות ליסודות העצביים של תצפיות התנהגותיות אלה הוא ביקש עם שיטות ההדמיה של המוח החדשות. למרות שזה עשוי להיות מפתה פשוט לצייר על משימות התנהגותיות למדו היטב לבדיקות הדמיה, כמה אזהרות חשובות צריכה להילקח בחשבון. אחת מכריע, אם כי מוזנח לעתים קרובות, השיקול הוא השימוש בטכניקת ההדמיה המתאימה ביותר לחקור את הראיות התנהגותיות נוסף. במונחים של מדעי מוח ופסיכולוגיה קוגניטיבית יש שיטות הדמיה מוחית רבות זמינות כדי לשפר את ההבנה של Activ העצבי שלנוity בסיס מושגים של עניין; למשל electroencephalography (EEG), מגנט (MEG), גירוי מגנטי transcranial (TMS), הדמיית תהודה מגנטית תפקודית (fMRI) וטומוגרפיה של פליטת פוזיטרונים (PET). כל השיטות האלה יש את היתרונות שלהם, חסרונות ויישומים מתאימים. הנה העברת הפרדיגמה עם היסטוריה של ניסויים התנהגותיים וEEG ארוך לניסוי fMRI נחשבת. EEG היה בשימוש כבר עשרות שנים כדי לחקור תגובות עצביות הקשורים בתהליכים תפיסתיים וקוגניטיבית. ככזה, פרדיגמות רבות פותחו לשימוש בשיטה זו והתפתחו לאורך זמן. MRI התפקודי הוא טכניקה שיצאה לאחרונה גם במדעי המוח הקוגניטיביים וזה הוביל לכמה פרדיגמות שפותחו במחקר EEG בשימוש בfMRI. לבנות על בסיס הידע מניסויי EEG עם הטכניקות החדשות הוא צעד הגיוני, אבל בכל זאת כמה נקודות חשובות עלולות להיות מוזנחות בהעברה. הטכניקותמחדש שונה מאוד ומשימות צריכים להיות מתוכננות בהתאם. זה דורש ידע של איך השיטה עובדת, ובפרט, כיצד אפנון פוטנציאל של הפרדיגמה משמש ישפיע על הצעדים שננקטו. למידע נוסף על העיצוב של ניסויי fMRI הקורא המעוניין מופנה לקישור הבא http://imaging.mrc-cbu.cam.ac.uk/imaging/DesignEfficiency. עיצוב משימה ייחשב בהקשר של העברת פרדיגמה שפותחה עבור מחקר EEG לסביבת fMRI. מטרותיו של מאמר זה הן: א) כדי לתאר בקצרה fMRI וכאשר השימוש בו הוא מתאים במדעי המוח הקוגניטיביים; ii) כדי להמחיש כיצד עיצוב משימה יכול להשפיע על התוצאות של ניסוי fMRI, במיוחד כאשר המשימה שהושאלה משיטת הדמיה אחרת; וiii) כדי להסביר את ההיבטים המעשיים של ביצוע ניסוי fMRI.

MRI התפקודי הוא עכשיו techn זמין באופן נרחבique וכגון הוא שיטה נפוצה בשימוש במדעי המוח הקוגניטיביים. על מנת לקבל החלטה באשר לשאלה האם הטכניקה מתאימה לניסוי מסוים את היתרונות וחסרונות של fMRI יש לקחת בחשבון ביחס לטכניקות זמינות אחרות. חסרון של השיטה הוא שזה לא מדד ישיר של פעילות עצבית, אלא הוא לתאם פעילות עצבית שבתגובה המטבולית (דרישת חמצן) ומפותל עם תגובת haemodynamic. כך ההחלטה הזמנית שלה היא עניה בהשוואה לאלקטרופיזיולוגיה, למשל, שבו האות החשמלית שנמדדה היא קרובה יותר לפעילות העצבית הבסיסית ולא תגובה המטבולית. יש EEG רזולוציה זמנית בצו של אלפיות השניה בהשוואה להחלטה בצו של שניות בfMRI. עם זאת, היתרון העיקרי של fMRI הוא שהרזולוציה מרחבית של הטכניקה היא מצוינת. יתר על כן, זה לא פולשנית, ולכן נושאים לא צריך לבלוע חומרים כמו שיתוףסוכנים או ntrast להיות חשופים לקרינה כיהיה המקרה בטומוגרפיה של פליטת פוזיטרונים (PET). לכן, fMRI הוא טכניקה מתאימה לניסוי חקירה שאזורים במוח מעורבים בתפיסה, קוגניציה, והתנהגות.

במאמר זה את הפרדיגמה המוזרה החזותית נלקחה כדוגמא להעברת EEG-משימה מבוססת היטב לfMRI (ראה איור 1 לפרטים נוספים). יש לציין כי הנושאים שנדונו גם יכולים להשפיע על תוצאות ונתונים לפרשנות כאשר פרדיגמות אחרות משמשות וצריכים מבחינה טכנית להיחשב בעיצוב של כל ניסויי fMRI. הפרדיגמה המוזרה משמשת לעתים קרובות בפסיכולוגיה ומדעי מוח הקוגניטיביים להעריך את תשומת לב ולמקד את ביצועי זיהוי. הפרדיגמה פותחה במחקר EEG, במיוחד פוטנציאלי אירוע קשור (ERPs), לחקירת רכיב P300 שנקרא 1. P300 מייצג איתור היעד, והוא הושר בעת ההכרה שליעד נדיר גירוי 1. P300 משמש במחקרים על פני מספר תחומים קוגניטיביים וקליניים 2 לדוגמא, חולים עם סכיזופרניה וקרוביהם 3, מעשנים כבדים 4 והזדקנות האוכלוסייה 5. בהתחשב בכך שהפרדיגמה המוזרה (וP300 שהושרו על ידי הפרדיגמה) הוא חזקה וגם הוא מווסתת על ידי מצבי מחלה שונים, העברתו על פני שיטות הדמיה שונות הייתה בלתי נמנעת.

ההפעלה הנרחבת ראתה במוח בזמן מדידת fMRI מוזר ידועה להיות התוצאה של תפקודים קוגניטיביים מרובים, כפי שמוצג על ידי מחקרי fMRI רבים חיטוט מושגים קוגניטיביים אחרים. טבע נרחב זה של דפוס ההפעלה עושה את זה קשה לקבוע איזה אזורים במוח יותר (או פחות) פעילים בשל מניפולציות משימה הספציפיות או הבדלים בין קבוצות שהנסיין הוא מעוניין. באופן ספציפי, זה לא בטוח שהבדלים שנצפו בactivation קשורים לגילוי המטרה עצמה, לתהליכי תשומת לב בנושא, או אם הם קשורים לדרישות משימה אחרות כגון תהליכים מתמשכים עובדים זיכרון או תהליכים הקשורים לייצור של תגובה מוטורית. התהליך של הקצאת פונקציה לפעילות הנמדדת הוא קל יותר בתחום שבו EEG המרכיב הקוגניטיבי של עניין (גילוי מטרה) נמדד בתגובה מוחית ברורה למשימה המוזרה (P300). עם זאת, מדעני מוח נוטים לפרש את הממצאים שלהם לטובת ההשערה שלהם ולהתנסות, ולא לשים במאמץ כדי לשלול הסברים חלופיים. רוב הניסויים, עם זאת, לא יוכלו לפתור את השאלות חשובות אלה מטבעם - זמן סריקה הוא יקר - וזו הסיבה שאנו טוענים לתכנון יסודי ובדיקות פיילוט של פרדיגמות.

חוץ מזה קושי זה בהקמת קשר ישיר בין אזורים במוח ומרכיבים קוגניטיביים, הטבע של הפרדיגמה המוזרה גםמציג בעיות מתודולוגיות אפשריות אחרות, כאשר מועבר לfMRI. לדוגמא, זיהוי של גירוי יעד מצויינים בדרך כלל על ידי לחיצה על כפתור תגובה. זה מאפשר הניסוי כדי להקליט את הדיוק ומהירות של תגובות אבל התגובה הזאת עשויה גם להשפיע על תגובת BOLD fMRI למקד גירויים. פעולת המנוע נדרשת להשפעות לחצו על לחצן הפעלה בfMRI-נעול גירוי נתון שזה קורה רק כמה מאה אלפיות שנייה אחרי הצגת גירוי המטרה. זה יכול גם להשפיע על פרשנות של הפעלה ש, לאזורי דוגמא המוח המעורבים בהכנה לתגובה המוטורית עשויים שלא בצדק להניח להיות מעורבים בזיהוי של גירוי המטרה, ולהפך. זה הוביל לשינויים מתודולוגיים לפי אמצעים עקיפים של גילוי המטרה, לא להסתמך על תגובות מנוע, נלקחים. לדוגמא, ספירת גירויי היעד הוצעה 6 כדרך להפוך את נושאים בטוחים לשמור attentiבמשימה; מספר הניסויים שלא נענו יכול לציין כיצד קשוב נושא היה. דיווח מספר הגירויים נספרו בסוף המשימה גם אומר שהנסיין יכול לבדוק אם הנושא ביצע את המשימה בצורה נכונה. חלופה שלישית היא להשתמש בעיצוב משימה פסיבי באופן מלא שבו הנושא הוא לא ניתנו הוראות על איך להגיב ואת החידוש של גירוי מטרת הנחה הוא לעורר תגובה כמו זיהוי יעד מיסודו. למרות גרסאות של המשימה תוך שימוש באותו הסוג של גירויים ועיצוב בסיסי אלה, דפוס ההפעלה כתוצאה מכל וריאציה של המשימה יהיה שונה בגלל הדרישות קוגניטיביות ומוטוריות של המשימות שונות 7,8. לדוגמא, לא יהיו עובדים תהליכי זיכרון מעורבים בספירת גירויי יעד למשל, מחזיק את המספר הנוכחי של גירויי יעד במוח, שלא יידרשו בזמן צפייה פסיבית. הנה אלה 3 גרסאות של המשימה המוזרה, פסיביות, לספור,nd להגיב משמש כדי להראות עד כמה זהיר עיצוב משימה ויישום יכול להסביר את השינויים הללו בדרישות משימה ולאפשר פרשנות ראויה של התוצאות.

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

הערה: פרוטוקול המחקר אושר על ידי בני אדם, המקומיים מועצה לביקורת באוניברסיטה אאכן RWTH ובוצע בהתאם להצהרת הלסינקי.

1 משימה עיצוב

  1. בחר משימה מתאימה כדי לחקור את המבנה הקוגניטיבי / הפסיכולוגי של עניין. השתמש במשימה החזותית המוזרה (איור 1) כדי למדוד את תגובות גילוי מטרה ואת ההשפעות של תשומת לב על גילוי המטרה. זה מאפשר חקירה של ההשפעה של מניפולציות משימה על נתוני fMRI.
  2. השתמש בשלוש גרסאות של המשימה המוזרה.
    1. גרסה פסיבית: שאל את הנושא כדי לבחון גירויים חזותיים. אל תזהה את כל תגובה.
    2. גרסת ספירה שקטה: שאל את הנושא לספור את גירויי היעד. משימה זו דורשת הפניית תשומת לב לכיוון גירויים אלה, ותהליך מפלה.
    3. להגיב גרסה: שאל את הנושא ללחוץ על כפתור תגובה בראות taגירוי r קבל. משימה זו דורשת תשומת לב, תהליכי אפליה, ובחירה / ייצור של תגובה למקד גירויים.
  3. קחו למשל את המספר המתאים של ניסויים הנדרשים לתגובה חזקה. יחס האות לרעש במדידות fMRI היא נמוכה יחסית ודורשת מספר התגובות לממוצע כדי לחקור את ההשפעות של עניין 9. זה תלוי בשיטת המשימה וגירוי בשימוש. 200 ניסויים משמשים במשימה זו, מהם 40 ניסויי יעד מספיק כדי לעורר תגובה חזקה.
  4. לקבוע את התזמונים לרצף של גירויים. התזמון של גירויים הוא חיוני במחקר fMRI תמורה לסך של שיעור מצגת 10. קחו למשל את המודינמית תגובת העיכוב בין הופעת גירוי והתגובה הנמדדת המוח (איור 2).
    1. לשמור על איזון בין גירויים מספיקים ומספקים בזמן סביר ולאפשר דגימה מספקת של מיל המודינמיתponse לכל גירוי, ובכלל זה חזרה לנקודת התחלה. הורדה, להתקין ולהפעיל את תוכנת optseq. optseq לרוץ להפצה בצורה אופטימלית הניסויים על פני הניסוי המבוסס על מספר המחקרים, משך גירוי ופרמטרי סריקה (זמן החזרה ומספר הכרכים).
  5. ליישם את סדר הגירויים (נקבע בעבר) בתכנית מתאימה להצגת פרדיגמה לנושא.
    1. ציין את כל המידע הרלוונטי לפרדיגמה במונחים של סוג של גירויים, תזמון ותגובות.
      הערה: פרטי תכנות אינם מוצגים כאן, מכיוון שכל פרדיגמה תהיה דרישות שונות כחבילות תוכנה שונות כרצונו.
  6. הגדיר את התכנית שתספק פרדיגמה הניסויית, כך שהוא יתחיל עם הדק מהסורק. זה מאפשר סנכרון של הנתונים שנרכשו ואת הרצף של גירויים שהוצג.

.2 הגדרה ניסויית סביבה

  1. Prepare חדר הסורק. חבר את החלק התחתון של סליל ראש נכון למיטת הסורק. הנח כיסויי מגן נקיים על מיטת הסורק וכריות.
  2. השתמש בהתקן תצוגה להציג פרדיגמה הניסויית לנושא ולהקליט את התגובות באמצעות מכשיר החזיק את יד. תפעיל את מכשיר התצוגה ומכשיר כף יד "על".
  3. הפעל את התוכנה שתספק פרדיגמה הניסויית ולספק שם עבור קובץ היומן. קובץ היומן מכיל מידע על התזמון של הגירויים ושל התגובות שנעשו על ידי הנושא. השתמש במידע זה לניתוח נתונים.
  4. הירשם הנושא באתר סורק MR. הנתונים רשומות באמצעות מספר זיהוי ייחודי. אל תאחסן את שמו של הנושא עם נתונים כדי להבטיח פרטיות.
  5. ודא כי רצפי MR שיופעלו הם מותקנים ומוכנים. השתמש ברצפים הבאים: Localizer לסרוק לקבל את עמדת הראש של הנבדקים בתוך הסליל, רצף EPI עבור פוההדמיה nctional וMPRAGE לסריקה מבנית ברזולוציה גבוהה.

.3 הגעה נושא וכניסה לסורק

  1. מסך הנושא להתוויות נגד עם MRI לפני הניסוי (למשל, במהלך הליך הגיוס).
    1. לספק הוראות בטיחות MR לפני הסריקה. בצע סינון של נבדקים (על ידי צוות מיומן). להבטיח את הבטיחות של נבדקים. ודא שיש להם שום מתכת בגוף שלהם, אין לי מכשירים כגון קוצבי לב ואינו עומד בכל קריטריוני הדרה אחרים.
  2. עם ההגעה של הנבדקים לבדוק את שאלון הסינון ולאשר התאימות שלהם לפני שתמשיך.
  3. הסבר את ההליך ניסיוני לנושא ומציע את ההזדמנות לשאול שאלות. שאל את הנושא לחתום על טפסי ההסכמה והגנה על נתונים.
  4. אם הניסוי כרוך במשימות מורכבות הדורשות אימון מומלץ שהנושא מבצע בפועל לרוץ לפני going בסורק.
  5. ודא כי הנושא הוא חופשי מתכת, ללא כל מטבעות, החגורה, שעון ותכשיטים. ברגע שאשר, תן את הנושא בחדר הסורק.
  6. שאל את הנושא לשבת על מיטת הסורק לובשת אטמי אוזניים. אטמי האוזניים משמשות כאן לספק הגנה מפני הרעש מהסורק במהלך סריקה וגם לאפשר לחוקר לתקשר ישירות עם הנושא מחדר הבקרה. בחלק ממתקני אוזניות משמשות לתקשורת עם הנושא.
  7. שאל את הנושא לשכב על מיטת הסורק. להציע הנושא כרית ללכת מתחת לברכיים כדי להפחית כאבי גב. הנוחות של הנושא חשובה לרווחת ואיכות הנתונים שלהם. תנועה כתוצאה מחוסר הנוחות תהיה השפעה שלילית על נתוני ההדמיה והסחת הדעת שנגרמו על ידי חוסר נוחות ישפיע על הביצועים של המשימה.
  8. הנח את החלק העליון של סליל הראש מעל לראשו של הנושא ולחבר את המחברים. מקם את הנושא217; ראש של כראוי בסליל הראש. יישר את הסמן הקטן על סליל הראש לאורך הגבות של הנבדקים. להבטיח את הנושא שוכב ישר ונוח. משטח הסליל לא צריך לגעת בפנים (לדוגמא, לחיצה על האף).
  9. Secure ראשו של הנושא עם כריות קטנות כדי למזער את תנועות ראש במהלך סריקה. יש לי תנועות ראש השפעה שלילית על איכות הנתונים.
  10. להציב מראה על גבי סליל הראש לנושא כדי לראות את פרדיגמה הניסויית המוצגת על המסך מאחור. להבטיח את הנושא יכול לראות את כל המסך. הזז את המראה שהותקן על פי עמדתו של הנושא. נושאים עם משקפיים חייבים ללבוש משקפי תואמים MR. רוב מתקני מחקר MRI עדשות או משקפי תואמים. במקרה זה, הר עדשות תואמות MR על המסגרת שמחזיקה את המראה. לקבוע את עוצמת העדשה המתאימה לפני הנושא נכנס לחדר הסורק.
  11. למסור את הנושא t שיחת חירוםo לעצור את הסריקה במידת הצורך. ודא את הנושא יודע איפה הכפתור הוא ושהם יכולים בקלות להגיע אליו.
  12. להעביר את הנושא לכניסה לשעמם של הסורק. שאל את הנושא לעצום את עיניהם במהלך הליך זה. יישר את האור עם הסימנים הקטנים על סליל הראש כדי לקבוע את המיקום הנכון.
  13. להעביר את הנושא לנישא של הסורק עד שהתצוגה קוראת '0 מ"מ'. משמעות דבר היא כי הראש של הנושא הוא בisocenter של הסורק.
  14. למסור את הנושא מכשיר התגובה.

.4 נוהל ניסיון

  1. בדוק אם הנושא יכול לשמוע את הניסוי באמצעות האינטרקום וכי הנושא הוא נוח ומוכן להתחיל.
  2. לבצע סריקת Localizer כדי לקבל את עמדתו של ראשו של הנושא בסורק. השתמש באפשרות זו כדי למקם את שדה הראייה של כל המדידות שנותרו כדי לקבוע את החלקים של המוח כדי להימדד.
  3. עמ 'הראשוןerform סריקה מבנית ברזולוציה גבוהה. פתח את הרצף / תכנית MPRAGE ולמקם את שדה הראייה. ודא הראש כולו הנושא הוא בתוך שדה הראייה. פרמטרים MP-RAGE: TR / TE = 2,250 / 3.03 אלפיות שני, זווית להעיף = 9 °, 176 פרוסות sagittal, FOV 256 x 256 מ"מ, 64 x 64 מטריצה, גודל voxel 1 x 1 x 1 מ"מ).
  4. בואו הנושא יודע שהסריקה תתחיל ולאחר מכן להתחיל את המדידה.
  5. בצע סריקת MRI תפקודית.
    1. פתח את רצף EPI במחשב של הסורק ויישר את שדה ראיה כדי לכסות את כל המוח. פרמטרים EPI: 33 פרוסות, עובי פרוס 3 מ"מ, FOV 200 x 200 מ"מ, 64 x 64 מטריצה, זמן החזרה 2,000 אלפיות שנייה, זמן 30 msec הד, זווית להעיף 79 °.
    2. הפעל מדידת מבחן כרך אחד. ודא שכל (או עד כמה שניתן) של המוח של הנבדק הכלול בתוך שדה הראייה.
      הערה: יש לי נושאים צורות וגדלים של ראשים (ומוח) שונות. מכאן, בצורה אופטימלית למקם את השדה שללהציג לכל נושא.
    3. העתק את רצף fMRI כך ששדה מיקומו של נוף נשאר אותו הדבר למדידה הבאה. הזן את מספר הכרכים הנדרשים למדידה, 304 במקרה זה.
    4. ודא שהתוכנה מציגה את הפרדיגמה, מחכה לטריגר מהסורק. הפרדיגמה לא תתחיל בלי הדק מהסורק כך ניתן לטעון ולהגדיר לחכות אותו.
    5. ליידע את הנושא שהניסוי עומד להתחיל. התחל את המדידה.
    6. בדוק שהתוכנה מציגה את הפרדיגמה מתחילה בזמן המתאים (כלומר שהוא מופעל על ידי הסורק).
    7. בצע שלוש גרסאות של המשימה המוזרה. פסיביים, רוזן, ולהגיב.
    8. דבר אל הנושא שבבין ריצות כדי לספק ביטחון. להבטיח את רווחתם. לשאול אם היתרי הנושא להמשיך עם המחקר. הדריכו את הנושא של המשימה הקרובה.
    9. ראשון להפעיל את ג הפסיביondition כדי להבטיח צפייה פסיבית אמיתית ללא ידיעה שגירויי היעד אכן יעד גירויים. לאזן את סדר הספירה ולהגיב תנאים על פני נושאים כדי למנוע השפעות סדר.

.5 סוף הניסוי

  1. ליידע את הנושא שהניסוי יסתיים להיכנס לחדר הסורק.
  2. חלק את הנושא מחוץ לסורק.
  3. הסר סליל ראש וכריות.
  4. שאל את הנושא לשבת לאט. ברגע שהם מרגישים בנוח, הנושא יכול לקום ולעזוב את חדר הסורק.
  5. לנהל כל שאלונים / ניירת שצריכה להסתיים לאחר הניסוי
  6. לתחקר את הנושא: לספק את הנושא עם הסבר על המטרות ומטרת המחקר, אם זה לא היה אפשרי באופן מלא לפני הניסוי ולהציע את ההזדמנות לשאול שאלות

ניתוח .6 נתונים

  1. השתמש בתוכנת חבילה שמתאימה לanalyziנתונים ng fMRI. לבצע ניתוח נתונים ברמה ראשון לכל נושא ובכל מצב בנפרד.
    הערה: השתמש בספריית FMRIB התוכנה (FSL) לניתוח נתונים fMRI.
  2. החל צעדי עיבוד מקדימים סטנדרטיים כדי להכין את הנתונים לצורך ניתוח נוסף.
    הערה: החל מהשלבים הבאים: תיקון תנועה, תיקון פרוסה תזמון, coregistration של נתונים מבניים ותפקוד, החלקה המרחבי, סינון זמני highpass, נורמליזציה של אדם לחלל סטנדרטי (לדוגמא, משרד לתשתיות לאומית). מצא את הסיכום של השלבים הבאים בfMRI ספרי לימוד Huettel et al, (2008) 9 וJezzard et al, (2001) 11. מידע ספציפי על אופן ביצוע פעולות עיבוד מקדים הוא זמין באתר האינטרנט ובתיעוד התומך עבור כל חבילת תוכנה בודדת.
  3. לניתוח הסטטיסטי לציין את הזמנים ומשכי זמן הופעה של כל האירועים. אלה מכונים משתני מסבירים (EVS), או regressors.
  4. הגדר את הניגודים כדי לקבועשכלי רכב החשמליים הם בהשוואה. כדי לזהות את הפעלת BOLD הספציפית לזיהוי של גירויי היעד להגדיר את הניגוד הבא: גירויי היעד> יעד הלא.
    הערה: לחלופין להשתמש בניגודים אחרים: גירויי יעד נגד בסיס; גירויים שאינו יעד נגד בסיס; גירויי יעד> גירויים שאינם יעד; גירויים שאינו יעד> גירויי יעד
  5. בצע ניתוח הסטטיסטי הראשון ברמה לכל נושא ובכל מצב בנפרד. הפלט של הניתוח מראה את אזורי המוח הפעילים בכל אחת מניגוד בהתאמה.
  6. שקלו את שלושת תנאי שימוש ברמה שנייה, או ברמת קבוצה, מנתח. השתמש בפלט של הניתוח ברמה הראשון כקלט לניתוח ברמת קבוצה.
    הערה: במאמר המקורי 7 ההבדלים בין תנאים ביעד> ניגוד תכוף באמצעות עיצוב שלש שתי קבוצת הבדל מעורב הניגודים הבאים: יגיב> פסיבי, לספור> פסיבית, להגיב> ספירה.ניגודים אלה לחשוף את פעילות מוח הקשורים לשונות בתהליכים קוגניטיביים על פני שלושה אופנים התגובה.

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

שיטת הגירוי והניתוח שהושרו על הפעלת BOLD באזורי מוח הקשורים למשימה מוזרה חזותית. היעד> ניגוד אינו יעד עולה כי אין הפעלה למצב הפסיבי אבל עשה לחשוף הפעלה בשתי הספירה ולהגיב (איור 3). הנתונים מוצגים באיור 3 הוא השוואה איכותית של הספירה ולהגיב תנאים ומראה כיצד דפוסי ההפעלה היו נראים אם כל גרסה של המשימה בוצעה בבידוד.

ההשוואות העיקריות של עניין שבין התנאים היו. אז, שבו אזורים במוח עושים הפעלה הקשורות לגילוי מטרות שונות כאשר דרישות המשימה משתנות? איור 4 מראה כי קיימים הבדלים בין התנאים. בניגוד להערכה האיכותית של ההבדלים בין הספירה ולהגיב מצב לתאר לעיל, השוואה זו נעשה באמצעות מבחני t בנתוני מוח כולו, היית מראהגרם האזורים שבם הפעלה שונה באופן משמעותי בין תנאים.

נתונים מההפרשים המקוריים מחקר 7 מופע בהפעלת BOLD בין הספירה ולהגיב גרסאות של הכלי יוצא הדופן החזותית. אם לא היו נתונים משני התנאים להשוואת ההפעלה הייתה לייחס ל'גילוי המטרה 'בשני התנאים. עם זאת, הפעלה נצפתה ברכס האמצע הקדמי (MFG) במהלך להגיב אבל לא מצב הספירה. העובדה שהפעלת MFG לא נצפתה במצב הספירה מצביעה על כך שזה קשור להכנה המוטורית ו / או התגובה מוטורית הקשורים ללחץ על לחצן במצב להגיב ולא אך ורק לתהליכי איתור היעד. בהיעדר משימת הספירה להשוואה סביר להניח כי הפעלת MFG זה היה מיוחס לתהליכים קוגניטיביים הקשורים למשימה ולא ביצוע פעולה. באופן דומה, הפעלה בmot משליםאו באזור (SMA) נצפה במהלך מצב הספירה, כמו גם את המצב להגיב. אין תגובות שנעשו במצב הספירה, לכן אין זה סביר שהפעלת SMA קשורה להכנה מוטורית, המצביע על כך SMA משחק תפקיד בהיבטים אחרים של המשימה כגון תשומת לב לגירויים, זיהוי של גירויי יעד, מחליט אם לעשות תשובה, ואם כן שתגובה לעשות. סביר להניח כי הפעלת SMA הייתה מתפרשת כמי שמעורב בהכנה מוטורית אם יש רק גרסה להגיב של המשימה, מה שאומר שהתפקיד של SMA בתהליכי משימה אחרים הקשורים להיה להתעלם. זה מדגיש כמה בעיות פוטנציאליות כאשר לפרש נתונים fMRI. למרות המשימה משמשת כאן להיות פשוט יחסית זה כרוך הרבה תהליכים תפיסתיים וקוגניטיבית. זה יכול להיות קשה להבדיל תהליכים קוגניטיביים אלה והמצעים העצביים הבסיסיים שלהם. התכנון של מחקר זה, המאפשר בתוך o הערכת סריקהf לעומת זאת גילוי המטרה ואחריו בין השוואת סריקה של התנאים היא עיצוב חזק, אבל זה לא מסוגל להבדיל התפקידים האפשריים של SMA יותר מאשר ההקמה שהוא תורם לתהליכים אחרים מאשר תהליכים מוטוריים. זה מדגיש את הצורך בתכנון זהיר ניסיוני וניתוח במחקרי fMRI.

איור 1
איור 1 הפרדיגמה המוזרה כרוך צפייה בסדרה של גירויים (במקרה זה חוגים), 80% מהם מהסוג אחד, "תכופים", ו20% הם של 'יעד' שונה סוג. גירויי היעד לעורר יעד תגובת זיהוי בשל הנדירות של סוג זה של גירוי. במאמר זה, 3 גרסאות של המשימה בוצעו. הראשון הוא פסיבי הכולל צפייה פסיבית של הגירויים (לא rעשה esponse). השני הוא לספור, זה כרוך בספירת מספר גירויי היעד ודיווח הכולל בסוף הניסוי. השלישי הוא להגיב, זה כרוך בלחיצה על כפתור בכל פעם שגירוי יעד מוצג.

איור 2
איור 2 התגובה המודינמית הוא המשלוח של דם לרקמות עצביות פעילה. התגובה המודינמית במוח עולה לאט (בהשוואה לפעילות עצבית) ופסגות כ 5 שניות לאחר גירוי. התגובה לאחר מכן הוא לוקח מספר שניות (15-20) כדי לחזור לנקודת התחלה. איור מציג את פונקצית התגובה המודינמית הקנונית; זו היא אות היפותטיים בתגובה לגירוי אחד, 'אפס משך' קצר, עם האות חוזרת לנקודת ההתחלה רק אם הגירוי כבר לא נמשך.

איור 3
איור 3 הפעלת BOLD ליעד> ניגוד תכוף לתנאי ספירה ותגובה. (שני ברמת FLAME מעורב לוואי. N = 16, Z סף מתוקן אשכול = 2.3, p = 0.05). דמות וכיתוב זו שונו מWarbrick et al, 2013 7.

איור 4
איור 4 החלק השמאלי של איור מציג הפעלת BOLD למצב הספירה נגד המצב הפסיבי. החלק הימני של איור מציג את המצב להגיב נגד המצב הפסיבי. כל הנתונים מייצגים את היעד> ניגוד רמה נמוך יותר תכוף. החלק מדגיש הפעלה באזור המשלים מנוע (SMA). חלק ב 'מראה את הפעלת gyrus הקדמי באמצע (MFG) למצב להגיב רק. (FLAME ברמה השנייה מעורב הלוואי. N = 16, Z סף מתוקן אשכול = 2.3, p = 0.05) דמות וכיתוב זה שונו מWarbrick et al, 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

אנו מראים כי המניפולציה של המשימה דורשת בתוצאות חזותיות המוזרה המשימה בדפוסי הפעלת BOLD שונים בספירה ולהגיב תנאים. היו לי התפקידים הפונקציונליים של חלק מהאזורים מעורבים בכל מצב היה שהוקצו באופן בלתי הולם נתונים משלוש הגרסאות של המשימה לא היו זמינות להשוואה. עמימות בפרשנות הנתונים זה לא בהכרח הייתה המקרה בתחום EEG P300 שבו משימת מקורו, המדגיש את הצורך בהתייחסות מיוחדת בעת העברת פרדיגמות ניסיוניות משיטת הדמיה אחד למשנהו. לדוגמא, רבים תהליכים קוגניטיביים (כגון תשומת לב וזיכרון עבודה) תורמים לדור של רכיב P300 אבל אלה מיוצגים על ידי סמן אלקטרו יחיד, בניגוד להפעלה הנרחבת ראתה בתגובת BOLD fMRI. יתר על כן P300 אינו מושפע מהתגובה המוטורית באותו אופן כמו fנתוני MRI. ההחלטה הזמנית של נתונים EEG מאפשרת תגובות קוגניטיביות והמוטוריות להיות מופרדות בזמן. טבעו של אמצעי BOLD fMRI משמעות הדבר היא כי אזורי מוח רבים הם מצאו להיות פעילים באותו הזמן במשימה מסוימת. קביעת הפונקציות של האזורים של הפעלה אלה תלויים במידה רבה בעיצוב משימה וניתוח. לכן, מומלץ שהעיצוב של מחקר fMRI הוא הטייס נבדק התנהגותית להקים את ההשפעות של ריבית ולאחר מכן טייס נבדק בסביבת fMRI כדי להבטיח עיצוב מתאים, יישום וניתוח להשפעות של עניין.

בנוסף למנחים בפרשנות של נתונים ממשימות מוזרים מעורבות תגובה מוטורית הממצאים מהמחקר המקורי 7 להראות שזה אפשרי לעצב את הלימודים באמצעות המשימה המוזרה להתמקד בהיבטים ספציפיים של גילוי המטרה. לדוגמא חוקרת את האינטגרציה של קלט חושי כדי לייצר את התגובה המוטורית הנכונה ניתן לעשותne משתמש בגרסה להגיב של המשימה. גרסת הספירה של המשימה ומצד שני תהיה מתאימה יותר לחקירת תהליכים הקשורים לקבלת החלטות, במיוחד כאשר תגובה מוטורית אינה נדרשה. בחלק מהאוכלוסיות, למשל, הזדקנות או חולים עם הפרעות תנועה, הייצור של תגובה מוטורית עשוי להיות מושפע מגורמים שאינן קשור משימה, במקרים אלה את גרסת הספירה של המשימה המוזרה עשויה להיות המתאימה ביותר.

הנתונים מספקים ראיות לכיצד דפוסי פעילות מוחי שונים על פני גרסאות של המשימה המוזרה לא רק, הם גם להמחיש כי בהתחשב באלמנטים של משימות התנהגותיות / קוגניטיבי המשמשות בניסויי fMRI הוא קריטי אם הנתונים יש לפרש באופן הולם. הדבר חשוב במיוחד בפרדיגמות שבו אפשר להשתמש בתגובה גלויה או סמויה. כולל תגובה מוטורית משנה את הדרישות של המשימה וההפעלה שהושרו על ידי מ 'otor תגובה יכולה להשפיע על הפרשנות של הפעלת משימה אחרת הקשורים ל. נושאים כגון זה יש לשקול בעת התאמת הפרדיגמה על פני שיטות הדמיה שונות.

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).
העברת משימות קוגניטיביות בין שיטות הדמיה מוחית: השלכות על המשימה עיצוב ותוצאות פרשנות בfMRI לימודים
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