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Behavior

Transferência de tarefas cognitivas entre o cérebro métodos de imagem: Implicações para o Projeto Tarefa e interpretação dos resultados em estudos de fMRI

doi: 10.3791/51793 Published: September 22, 2014

Introduction

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Como métodos de neurociência cognitiva desenvolver tarefas experimentais estabelecidas são usados ​​com métodos de imagem cerebral emergentes. Esta é uma progressão lógica, pois a maioria dos conceitos neuropsicológicos (por exemplo, a memória distinta-componentes sub) foram investigados no domínio comportamental e tarefas experimentais apropriados para sondagem funções específicas foram desenvolvidas e testadas. Como nova tecnologia surge evidência para as bases neurais destas observações comportamentais é procurado com os novos métodos de imagem cerebral. Embora possa ser tentador simplesmente desenhar em tarefas comportamentais bem estudadas para estudos de imagem, algumas ressalvas importantes devem ser levados em conta. Uma importante, embora frequentemente negligenciado, a consideração é a utilização da técnica de imagem mais adequado para investigar ainda mais a evidência comportamental. Em termos de neurociência cognitiva e psicologia, existem muitos métodos de imagem cerebral disponíveis para melhorar a nossa compreensão da activ neuraldade subjacente conceitos de interesse; por exemplo, a eletroencefalografia (EEG), magnetoencephalography (MEG), a estimulação magnética transcraniana (TMS), a ressonância magnética funcional (fMRI) e tomografia por emissão de pósitrons (PET). Todos esses métodos têm suas vantagens, desvantagens e aplicações apropriadas. Aqui a transferência de um paradigma com uma longa história de experimentos comportamentais e de EEG para um experimento fMRI é considerada. EEG tem sido usada há décadas para investigar respostas neurais associados com processos perceptivos e cognitivos. Como tal, muitos paradigmas foram desenvolvidos para utilização com este método e têm evoluído ao longo do tempo. A ressonância magnética funcional é uma técnica que surgiu mais recentemente em neurociência cognitiva e isso levou a alguns paradigmas desenvolvidos em pesquisa EEG sendo utilizados em fMRI. Para construir sobre a base de conhecimento a partir de experiências de EEG com as novas técnicas é um passo lógico, mas ainda assim alguns pontos importantes podem ser negligenciados na transferência. As técnicas are muito diferente e as tarefas precisam ser projetados em conformidade. Isto requer o conhecimento do funcionamento do método e, em particular, como potenciais modulações do paradigma utilizado irá influenciar as medidas tomadas. Para mais informações sobre o projeto de experimentos de fMRI o leitor interessado é direcionado para o seguinte link http://imaging.mrc-cbu.cam.ac.uk/imaging/DesignEfficiency . Desenho tarefa será considerada no contexto de um paradigma transferência desenvolvida para a pesquisa de EEG para o ambiente de ressonância magnética. Os objetivos deste trabalho são: i) descrever brevemente fMRI e quando seu uso é apropriado em neurociência cognitiva; ii) para ilustrar como o design tarefa pode influenciar os resultados de um experimento fMRI, particularmente quando essa tarefa é emprestado de outra modalidade de imagem; e iii) para explicar os aspectos práticos da realização de um experimento fMRI.

A ressonância magnética funcional é agora um tecnol amplamente disponíveisique e, como tal, é um método comum utilizado em neurociência cognitiva. A fim de tomar uma decisão sobre se a técnica é apropriada para um experimento em particular as vantagens e desvantagens de fMRI deve ser considerado em relação a outras técnicas disponíveis. Uma desvantagem do método é que ele não é uma medida directa da actividade neural, pelo contrário, é um correlato da actividade neuronal em que a resposta metabólica (consumo de oxigénio) convolvido com a resposta hemodinâmica. Assim, a sua resolução temporal é fraca em comparação com a electrofisiologia, por exemplo, em que o sinal eléctrico de medição é mais próxima da actividade neural subjacente em vez de uma resposta metabólica. EEG tem uma resolução temporal na ordem de milésimos de segundo em relação a uma resolução da ordem dos segundos em ressonância magnética. No entanto, a principal vantagem de ressonância magnética é que a resolução espacial da técnica é excelente. Além disso, não é invasivo e, assim, indivíduos que não têm a ingerir substâncias, tais como o coagentes ntrast ou ser exposto a radiação, como seria o caso da tomografia por emissão de pósitrons (PET). Portanto, fMRI é uma técnica adequada para experimentos investigando quais regiões cerebrais estão envolvidas na percepção, cognição e comportamento.

Neste trabalho o paradigma excêntrico visual é tomado como um exemplo para a transferência de um EEG-tarefa bem estabelecida a fMRI (veja a Figura 1 para detalhes). Note-se que as questões discutidas também pode influenciar os resultados e interpretação dos dados quando outros paradigmas são utilizados e devem ser tecnicamente considerado no projeto de todos os experimentos de fMRI. O paradigma excêntrico é freqüentemente usada em psicologia e neurociência cognitiva para avaliar a atenção e direcionar o desempenho de detecção. O paradigma foi desenvolvido em pesquisa EEG, especificamente relacionados a eventos potenciais (ERPs), para investigar o chamado componente P300 1. O P300 representa a detecção do alvo e é induzida pelo reconhecimento daum alvo pouco frequente estímulo 1. O P300 é utilizado em estudos em vários domínios cognitivos e clínicos 2 por exemplo, pacientes com esquizofrenia e seus familiares 3, fumantes pesados ​​4 e envelhecimento da população 5. Tendo em conta que o paradigma excêntrico (e do P300 provocou pelo paradigma) é robusto e também é modulada por diferentes estados de doença, a sua transferência através de diferentes modalidades de imagem era inevitável.

A activação generalizada visto no cérebro durante uma medição de ressonância magnética excêntrico é conhecido por ser o resultado de várias funções cognitivas, como mostrado por numerosos estudos RMf sondagem outros conceitos cognitivos. Esta natureza generalizada do padrão de ativação torna difícil determinar quais regiões do cérebro são mais (ou menos) ativa devido às manipulações de tarefas específicas ou diferenças entre os grupos que o pesquisador está interessado em. Especificamente, não é certo se as diferenças observadas em activação estão relacionados para direcionar-se a detecção, a processos de atenção relacionado, ou se eles estão relacionados a outras demandas de tarefas, tais como os processos de memória em curso que trabalham ou processos relacionados com a produção de uma resposta motora. O processo de atribuição de função para a actividade medida é mais fácil no domínio do EEG, onde o componente cognitiva de interesse (detecção do alvo) é medido em resposta cerebral claro para a tarefa excêntrico (P300). No entanto, os neurocientistas tendem a interpretar suas descobertas em favor de sua própria hipótese e experimento, ao invés de colocar no esforço para descartar explicações alternativas. A maioria dos experimentos, no entanto, não será capaz de resolver essas questões importantes inerentemente - tempo de varredura é caro - é por isso que defendemos um planejamento completo e teste piloto de paradigmas.

Além dessa dificuldade em estabelecer uma relação directa entre as regiões do cérebro e componentes cognitivos, a natureza do paradigma excêntrico tambémapresenta outras questões metodológicas possíveis ao ser transferido para fMRI. Por exemplo, a detecção de um estímulo alvo é geralmente indicada por pressionando um botão de resposta. Isso permite que o experimentador para registrar a precisão e velocidade de respostas, mas esta resposta pode também ter impacto sobre a resposta BOLD fMRI para direcionar estímulos. A ação motora necessária para os impactos botão de imprensa sobre bloqueada estímulo ativação fMRI vez que isso acontece apenas algumas centenas de milissegundos após a apresentação do estímulo alvo. Isso também pode influenciar a interpretação de que a ativação, por exemplo regiões do cérebro envolvidas na preparação da resposta motora pode ser erroneamente assumido a ser envolvido na detecção do estímulo alvo, e vice-versa. Isto levou a modificações metodológicas segundo o qual, são tomadas medidas indiretas de detecção de alvos, não dependem de respostas motoras. Por exemplo, contar os estímulos-alvo tem sido proposto 6 como uma forma de garantir que os indivíduos mantêm attentisobre a tarefa; o número de tentativas perdidas pode indicar como desatento um assunto era. Reportando o número de estímulos contados no fim da tarefa, também significa que o experimentador pode verificar se o objecto a tarefa executada correctamente. Uma terceira alternativa é usar um design tarefa totalmente passiva em que o sujeito é dada nenhuma instrução sobre como responder e a novidade de um estímulo alvo é assumido para provocar inerentemente uma resposta de detecção de como alvo. Apesar destas versões da tarefa usando o mesmo tipo de estímulos e projeto básico, o padrão de ativação resultante de cada variação da tarefa será diferente porque as demandas cognitivas e motoras das tarefas são diferentes 7,8. Por exemplo, haverá trabalhando processos de memória envolvidos na contagem alvo estímulos por exemplo, mantendo o número atual de estímulos alvo em mente, que não serão necessárias durante a visualização passiva. Aqui esses três versões da tarefa excêntrico, passivos, contagem, umnd respondem são usados ​​para mostrar como o design de tarefas e implementação cuidadosa pode levar em conta essas alterações nas exigências da tarefa e permitir a interpretação adequada dos resultados.

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Protocol

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NOTA: O protocolo do estudo foi aprovado pelos Seres Humanos locais revisão do Conselho de Administração da RWTH Aachen University e foi realizado em conformidade com a Declaração de Helsinki.

1. tarefa de design

  1. Escolha uma tarefa apropriada para investigar a construção cognitiva / psicológica de interesse. Use a tarefa excêntrico visual (Figura 1) para medir as respostas de detecção de alvo e os efeitos da atenção na detecção de alvos. Isto permite a investigação da influência de manipulações de tarefas em dados de ressonância magnética funcional.
  2. Use três versões da tarefa excêntrico.
    1. Versão passiva: Peça ao indivíduo para observar os estímulos visuais. Não detectar qualquer resposta.
    2. Versão contagem silenciosa: Peça ao indivíduo para contar os estímulos-alvo. Esta tarefa exige dirigir a atenção em relação a esses estímulos e um processo exigente.
    3. Responda versão: Peça ao indivíduo para empurrar um botão de resposta ao ver um taestímulo rget. Esta tarefa requer atenção, processos de discriminação e seleção / produção de uma resposta a estímulos alvo.
  3. Considere o número apropriado de ensaios necessários para uma resposta vigorosa. A relação sinal-ruído nas medições de fMRI é relativamente baixo e requer um número de respostas para a média, a fim de investigar os efeitos de juros de 9. Isso depende da modalidade de tarefas e estímulo utilizado. 200 ensaios são usados ​​nesta tarefa, dos quais 40 são ensaios alvo são suficientes para induzir uma resposta robusta.
  4. Determinar os prazos para a seqüência de estímulos. O momento de estímulos é fundamental em um estudo de fMRI para apreciação de taxa de apresentação de 10. Considere a resposta de atraso hemodinâmica entre o início do estímulo e da resposta do cérebro medido (Figura 2).
    1. Manter o equilíbrio entre a obtenção de estímulos suficientes em uma quantidade razoável de tempo e permitir a amostragem suficiente dos res hemodinâmicosponse para cada estímulo, incluindo o retorno à linha de base. Baixe, instale e execute software optseq. Execute optseq para distribuir de forma otimizada as provas em todo o experimento com base no número de tentativas, duração do estímulo e parâmetros de verificação (tempo de repetição e número de volumes).
  5. Implementar o fim dos estímulos (previamente determinado) em um programa adequado para apresentar o paradigma para o tema.
    1. Especifique todas as informações relevantes para o paradigma em termos de tipo de estímulos, o calendário e as respostas.
      OBSERVAÇÃO: A programação detalhes não são apresentados aqui, porque cada paradigma terá requisitos diferentes como diferentes pacotes de software vontade.
  6. Configure o programa que vai entregar o paradigma experimental de modo que ele vai começar com um gatilho do scanner. Isso permite a sincronização dos dados adquiridos e a seqüência de estímulos apresentados.

2 Configuração Experimental Ambiente

  1. Prepare sala de scanner. Conecte a parte inferior da bobina de cabeça correta para o scanner. Coloque as tampas de protecção limpos na mesa do scanner e almofadas.
  2. Use um dispositivo de exibição para apresentar o paradigma experimental para o assunto e registrar as respostas usando um dispositivo de mão. Desligue o dispositivo de exibição e um dispositivo de mão "on".
  3. Inicie o software que vai entregar o paradigma experimental e fornecer um nome para o arquivo de log. O arquivo de log contém informações sobre o calendário dos estímulos e das respostas dadas pelo sujeito. Use essas informações para analisar os dados.
  4. Registre o assunto no banco de dados do scanner MR. Gravar dados utilizando um número de identificação único. Não guarde o nome do sujeito com os dados para garantir a privacidade.
  5. Certifique-se de que as seqüências de RM para serem executados são configurado e pronto. Use as seguintes sequências: um localizador digitalizar para obter a posição da cabeça dos sujeitos no interior da bobina, uma seqüência de EPI para o fuimaging nctional e MPRAGE para uma varredura estrutural alta resolução.

3. Assunto de chegada e entrada para Scanner

  1. Tela o assunto para contra-indicações com ressonância magnética antes do experimento (por exemplo, durante o processo de recrutamento).
    1. Fornecer instruções de segurança MR antes da digitalização. Realizar a triagem de indivíduos (por pessoal qualificado). Garantir a segurança dos sujeitos. Certifique-se de que eles não têm metal em seu corpo, não têm dispositivos como marca-passos e não atender a quaisquer outros critérios de exclusão.
  2. Após a chegada dos sujeitos verificar o questionário de triagem e confirme a compatibilidade antes de prosseguir.
  3. Explique o procedimento experimental para o assunto e oferecer a oportunidade de fazer perguntas. Peça ao sujeito para assinar os formulários de consentimento e de protecção de dados.
  4. Se o experimento envolve tarefas complexas que exigem uma formação recomenda-se que o sujeito realiza uma prática executada antes de going no scanner.
  5. Certifique-se de que o tema é livre de metal, sem qualquer moedas, cinto, relógio e jóias. Uma vez confirmada, deixar o assunto em sala de scanner.
  6. Peça à pessoa para sentar-se na mesa do scanner usando protetores de ouvido. Os tampões utilizados aqui fornecer proteção contra o ruído do scanner durante a digitalização e também permitir que o investigador se comunicar diretamente com o tema da sala de controle. Em algumas instalações de fones de ouvido são usados ​​para a comunicação com o assunto.
  7. Peça ao indivíduo para se deitar na mesa do scanner. Ofereça o assunto uma almofada para ir sob os joelhos para reduzir a dor nas costas. O conforto do assunto é importante para o seu bem-estar e qualidade de dados. Movimento resultante de desconforto vai ter um impacto negativo sobre os dados de imagem e distração causada pelo desconforto vai influenciar o desempenho da tarefa.
  8. Coloque a parte superior da bobina de cabeça por cima da cabeça do sujeito e conecte os conectores. Posicione o motivo217; s cabeça apropriadamente na cabeça da bobina. Alinhe o pequeno marcador na bobina de cabeça ao longo sobrancelhas dos sujeitos. Verifique se o objeto está deitado em linha reta e confortável. A superfície da bobina não deve tocar na face (por exemplo, pressionando sobre o nariz).
  9. Proteja a cabeça do sujeito com pequenas almofadas para minimizar os movimentos da cabeça durante a digitalização. Os movimentos da cabeça têm impacto negativo sobre a qualidade dos dados.
  10. Colocar um espelho em cima da bobina de cabeça para o assunto ver o paradigma experimental apresentado no ecrã atrás. Verifique se o objeto pode ver a tela inteira. Mova o espelho montado de acordo com a posição do sujeito. Indivíduos com óculos devem usar óculos compatíveis MR. A maioria dos centros de pesquisa de ressonância magnética têm lentes ou óculos compatíveis. Neste caso, a montagem de lentes compatíveis MR sobre a armação que sustenta o espelho. Determine a força lente apropriada antes do sujeito entra na sala do scanner.
  11. Distribua o assunto um botão de chamada de emergência to interromper a verificação, se necessário. Certifique-se que o sujeito sabe onde o botão é eo que eles podem facilmente alcançá-lo.
  12. Mover o objecto para a entrada do orifício do scanner. Peça à pessoa para fechar os olhos durante este procedimento. Alinhar a luz com as pequenas marcas na bobina de cabeça para definir a posição correcta.
  13. Mova o objeto para dentro do furo do scanner até que o visor "0 mm». Isto significa que a cabeça do sujeito está no isocentro do scanner.
  14. Distribua o tema do dispositivo de resposta.

4 Procedimento Experimental

  1. Verifique se o objeto pode ouvir o experimentador através do intercomunicador e que o assunto é confortável e pronto para começar.
  2. Execute uma varredura localizador para obter a posição da cabeça do sujeito no scanner. Utilizar esta a posição do campo de vista de todas as medições para determinar as restantes partes do cérebro a ser medido.
  3. Primeira perform uma verificação estrutural de alta resolução. Abra o MPRAGE seqüência / programa e posicionar o campo de visão. Certifique-se de cabeça de todo o assunto está dentro do campo de visão. Parâmetros MP-Rage: TR / TE = 2,250 / 3,03 ms, ângulo de inclinação = 9 °, 176 fatias sagital, FOV 256 x 256 mm, matriz de 64 x 64, tamanho voxel 1 x 1 x 1 mm).
  4. Deixe o assunto sabe que a digitalização vai começar e, em seguida, começar a medição.
  5. Realizar exame de ressonância magnética funcional.
    1. Abra a sequência EPI no computador do scanner e alinhar o campo de visão para cobrir todo o cérebro. Parâmetros PAV: 33 fatias, espessura de corte 3 mm, FOV 200 x 200 mm, 64 x 64 matriz, tempo de repetição 2.000 ms, tempo de eco 30 ms, flip angle 79 °.
    2. Execute uma medição único teste volume. Certifique-se de que o conjunto (ou tanto quanto possível) de cérebro do sujeito está contido dentro do campo de visão.
      NOTA: Os indivíduos têm diferentes formatos e tamanhos de cabeças (e cérebros). Assim, de forma óptima a posição da área devisualizar para cada sujeito.
    3. Copiar a sequência de ressonância magnética de modo que o campo de visão mantém-se posicionado ao mesmo para a próxima medição. Digite o número de volumes necessários para a medição, 304 nesse caso.
    4. Verifique se o software apresentar o paradigma está à espera de um gatilho do scanner. O paradigma não vai começar sem um gatilho a partir do scanner para que possa ser carregado e configurado para esperar.
    5. Informe o assunto que o experimento está prestes a começar. Inicie a medição.
    6. Verificar que o software apresentando o paradigma se inicia no momento apropriado (ou seja, que possa ser desencadeada pelo scanner).
    7. Realize três versões da tarefa excêntrico. Passiva, Contagem e responder.
    8. Fale com o assunto entre corridas para tranquilizar as populações. Garantir o seu conforto. Pergunte se permitir o seu tema para continuar com o estudo. Instrua o tema da próxima tarefa.
    9. Primeiro execute o c passivaondition para garantir a verdadeira visualização passiva, sem conhecimento de que os estímulos-alvo são, de facto alvo estímulos. Contrabalançar o fim da contagem e responder condições entre os indivíduos para evitar efeitos de ordem.

5. final do experimento

  1. Informe o assunto que o experimento está acabado entrar na sala de scanner.
  2. Deslize o assunto fora do scanner.
  3. Remover bobina de cabeça e almofadas.
  4. Peça à pessoa para sentar-se lentamente. Uma vez que eles são confortáveis, o sujeito pode se levantar e sair da sala de scanner.
  5. Administrar qualquer questionários / papelada que precisa ser concluída após o experimento
  6. Discuta o assunto: proporcionar o assunto com uma explicação sobre os objetivos e finalidades do estudo, se este não era plenamente possível antes do experimento e oferecer a oportunidade de fazer perguntas

Análise de Dados 6.

  1. Use um pacote de software que é adequado para analyzing dados de fMRI. Realizar análise de primeiro nível de dados para cada tema e cada condição separadamente.
    NOTA: Use o Software Library FMRIB (FSL) para análise de dados de fMRI.
  2. Aplique as etapas de pré-processamento padrão para preparar os dados para análise posterior.
    NOTA: Aplicar os seguintes passos: correção de movimento, fatia de timing de correção, coregistration de dados estruturais e funcionais, de alisamento espacial, filtro temporal passa alta, de normalização do indivíduo no espaço padrão (por exemplo, MNI). Encontre um resumo dessas etapas fMRI livros didáticos Huettel et al, (2008) 9 e Jezzard et al, (2001) 11. Informações específicas sobre como realizar as etapas de pré-processamento está disponível no site e na documentação de apoio para cada pacote de software individual.
  3. Para a análise estatística especificar os horários de início e duração de todos os eventos. Estes são denominados variáveis ​​explicativas (SVE), ou regressores.
  4. Configure contrastes para determinarque EVs são comparados. Para identificar a ativação BOLD específico para detecção de estímulos alvo configurar o seguinte contraste: estímulos target> não-alvo.
    NOTA: Opcionalmente usar outros contrastes: estímulos-alvo contra a linha de base; estímulos não-alvo contra a linha de base; alvo estímulos> estímulos não-alvo; estímulos não-alvo> estímulos alvo
  5. Execute o primeiro nível de análise estatística para cada indivíduo e cada condição separadamente. A saída da análise mostra as regiões do cérebro activos para cada um dos respectivos contraste.
  6. Compare as três condições, utilizando um segundo nível, ou nível de grupo, analisa. Utilize a saída do primeiro nível de análise como a entrada para a análise de nível de grupo.
    NOTA: No artigo original 7 as diferenças entre as condições no target> contraste freqüente usando um design Diferença Duas Grupo Tripled envolvendo os seguintes contrastes: responder> passiva, conte> passiva, responder> contagem.Esses contrastes revelam a atividade cerebral associada com a variação nos processos cognitivos nas três modalidades de resposta.

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Representative Results

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O método de estimulação e análise provocou ativação BOLD em regiões do cérebro associadas com uma tarefa excêntrico visual. O alvo> contraste não-alvo não revelou ativação para a condição passiva, mas fez revelar ativação tanto na contagem e responder (Figura 3). Os dados apresentados na Figura 3 é uma comparação qualitativa da contagem e responder condições e mostra como os padrões de activação seria se cada versão da tarefa foi realizada de forma isolada.

As principais comparações de interesse foram aqueles entre as condições. Assim, em que regiões do cérebro faz diferir ativação relacionada a detecção do alvo quando as demandas da tarefa são alteradas? Figura 4 mostra que existem diferenças entre as condições. Em contraste com a avaliação qualitativa das diferenças entre a contagem e responder condição descrever acima, esta comparação é feita usando testes t de dados inteiras do cérebro, showing as regiões onde a ativação difere significativamente entre as condições.

Os dados dos originais estudo 7 mostram diferenças na activação BOLD entre a contagem e responder versões do excêntrico visual. Se não havia dados de ambas as condições para a comparação a ativação seria atribuído a "detecção do alvo" em ambas as condições. No entanto, a activação foi observada no giro frontal médio (MFG) durante a reagir, mas não o estado de contagem. O facto de que a activação de MFG não foi observada na condição de contagem indica que ele está relacionado com a preparação do motor e / ou a resposta do motor associado com o botão de pressão na condição em vez de meramente respondem aos processos de detecção de alvo. Na ausência de contagem para a tarefa de comparação, é provável que esta activação MFG teria sido atribuído a processos cognitivos associados com a tarefa de, em vez de execução acção. Da mesma forma, a ativação no mot suplementarou área (SMA), foi observada durante o estado de contagem, bem como o estado respondem. Não há respostas feitas no estado de contagem, de modo que é pouco provável que a activação da SMA está relacionada com a preparação do motor, o que sugere que a SMA desempenha um papel em outros aspectos da tarefa como a atenção para os estímulos, detecção de estímulos alvo, decidir se a dar uma resposta e, se sim qual a resposta para fazer. É provável que a ativação SMA teria sido interpretada como tendo participado na preparação do motor se houvesse apenas uma versão respondem da tarefa, o que significa que o papel da SMA em outros processos relacionados à tarefa teria sido esquecido. Isso destaca algumas possíveis armadilhas na interpretação dos dados de fMRI. Apesar da tarefa usados ​​aqui são relativamente simples que envolve muitos processos perceptivos e cognitivos. Pode ser difícil diferenciar esses processos cognitivos e seus substratos neurais subjacentes. O projeto deste estudo, permitindo dentro de varredura de avaliação of o contraste de detecção de alvo seguido de comparação entre verificação das condições é um design robusto, mas não é capaz de diferenciar os possíveis papéis da SMA mais do que estabelecer que contribui para que não sejam processos motores processos. Isso destaca a necessidade de planejamento experimental e análise cuidadosa em estudos de fMRI.

Figura 1
Figura 1 O paradigma excêntrico envolve a visualização de uma série de estímulos (neste caso, círculos), dos quais 80% são de um tipo, 'frequente', e 20% são de um 'target' tipo diferente. Os estímulos alvo provocar uma meta resposta de detecção, devido à raridade deste tipo de estímulo. Neste trabalho, foram realizadas três versões da tarefa. O primeiro é passiva que envolve visualização passiva dos estímulos (não resposta feito). A segunda é a contar, isto envolve a contagem do número de estímulos alvo e relatar o total no final da experiência. A terceira é responder, isso envolve pressionando um botão cada vez que um estímulo alvo é exibido.

Figura 2
Figura 2 A resposta hemodinâmica é a entrega de sangue aos tecidos neurally ativos. Resposta hemodinâmica no cérebro aumenta lentamente (em comparação com a atividade neural) e os picos de aproximadamente 5 segundos após o estímulo. A resposta, em seguida, recebe um número de segundos (15-20) para retornar à linha de base. A figura mostra a função de resposta hemodinâmica canônica; este é um sinal hipotético em resposta a uma única curta "duração zero" estímulo, com o sinal de retorno à linha de base apenas se o estímulo não persiste.

Figura 3
Figura 3 activação BOLD para o target> contraste freqüente para as condições de contagem e de resposta. (Segundo nível de efeitos mistos chama. N = 16, com correção de Cluster limiar Z = 2,3, p = 0,05). Esta figura ea legenda foram modificados a partir Warbrick et al, 2013 7.

Figura 4
Figura 4 A parte esquerda da figura mostra a activação NEGRITO para o estado de contagem contra a condição passiva. A parte direita da figura mostra o estado respondem contra a condição passiva. Todos os dados representam o alvo> freqüente contraste menor nível. Parte A ativação destaca na área motora suplementar (SMA). Parte Bmostra a ativação do giro frontal médio (MFG) por apenas a condição de responder. (Segundo nível de efeitos mistos chama. N = 16, com correção de Cluster limiar Z = 2,3, p = 0,05) Esta figura ea legenda foram modificados a partir Warbrick et al, 2013 7.

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Discussion

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Mostramos que a manipulação da tarefa exige nos resultados da tarefa excêntricos visuais em diferentes padrões de ativação BOLD na contagem e responder condições. Os papéis funcionais de algumas das regiões implicadas em cada condição teria sido indevidamente atribuídos tinha os dados dos três versões da tarefa não foi disponíveis para comparação. Essa ambigüidade na interpretação dos dados não seria necessariamente ter sido o caso no campo EEG P300 onde a tarefa tem a sua origem, destacando a necessidade de uma atenção especial quando a transferência de paradigmas experimentais de uma modalidade de imagem para outro. Por exemplo, muitos processos cognitivos (tais como a atenção e memória de trabalho) contribuir para a geração do componente P300, mas estes são representados por um único marcador electrofisiológico, em contraste com a activação generalizada presente na resposta NEGRITO RMf. Além disso, o P300 não é influenciada pela resposta do motor, da mesma forma como fDados de MRI. A resolução temporal de dados de EEG permite respostas cognitivas e motoras que ser separados no tempo. A natureza da medida BOLD fMRI significa que muitas regiões do cérebro são encontrados para estar ativos ao mesmo tempo em uma tarefa particular. Determinar as funções dessas áreas de ativação é muito dependente projeto tarefa e análise. Portanto, é recomendável que o projeto de um estudo de fMRI é um teste piloto comportamentalmente para estabelecer os efeitos de juros e, em seguida, um teste piloto no ambiente de fMRI para garantir projeto apropriado, implementação e análise dos efeitos de interesse.

Além de orientar a interpretação dos dados de tarefas bizarras envolvendo uma resposta motora os resultados do estudo original 7 mostram que é possível desenvolver estudos utilizando a tarefa excêntrico de se concentrar em aspectos específicos de detecção de alvos. Por exemplo, investigar a integração de entrada sensorial para produzir a resposta correcta do motor poderia ser fazerne usando a versão respondem da tarefa. A versão contagem da tarefa, por outro lado seria mais apropriado para os processos associados à tomada de decisão investigando, especificamente quando uma resposta do motor não é necessária. Em algumas populações, como por exemplo, o envelhecimento ou pacientes com distúrbios do movimento, a produção de uma resposta motora pode ser afetada por fatores não-tarefa relacionada, nestes casos, a versão contagem da tarefa excêntrico pode ser o mais adequado.

Os dados não só fornecem evidências de como os padrões de ativação cerebral diferem em versões da tarefa de aves raras, eles também mostram que, considerando os elementos de tarefas cognitivas / comportamentais utilizados em experimentos de fMRI é crucial se os dados devem ser interpretados de forma adequada. Isto é particularmente importante em paradigmas em que é possível utilizar uma resposta franca ou dissimulada. Incluindo uma resposta motora altera as exigências da tarefa e ativação suscitados pela motor resposta pode influenciar a interpretação de outra ativação relacionado com a tarefa. Questões como esta deve ser considerada quando a adaptação de um paradigma em diferentes modalidades de imagem.

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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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Transferência de tarefas cognitivas entre o cérebro métodos de imagem: Implicações para o Projeto Tarefa e interpretação dos resultados em estudos de fMRI
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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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