Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

Behavior

Beyin Görüntüleme Yöntemlerinin Arasında Bilişsel Görevler aktarma: fMRI Çalışmaları Görev Tasarım Etkileri ve Sonuçları Yorumlama

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

Bilişsel Sinirbilim yöntemleri geliştirmek gibi, kurulan deneysel görevler gelişmekte olan beyin görüntüleme yöntemleri ile kullanılır. (Örneğin, farklı hafıza alt-bileşenler) davranışsal etki ve belirli Tarama işlevleri için uygun deneysel görevler araştırılmıştır en nöropsikolojik kavramlar geliştirilmiş ve test edilmiştir beri bu mantıklı bir ilerlemedir. Yeni teknoloji bu davranışsal gözlemler nöral temelleri kanıt ortaya çıktığı gibi yeni beyin görüntüleme yöntemleri ile aranır. Basitçe görüntüleme çalışmaları için iyi çalışılmış davranışsal görevleri çizmek için cazip olsa da, birçok önemli uyarılar dikkate alınmalıdır. Bir önemli, sık sık ihmal olsa da, göz başka davranışsal kanıt soruşturma için en uygun görüntüleme tekniğinin kullanılmasıdır. Bilişsel nörobilim ve psikoloji açısından nöral activ anlayışımızı geliştirmek için pek çok beyin görüntüleme yöntemleri vardırSığ ilgi kavramları altında yatan; örnek elektroensefalografi (EEG), manyetoensefalografi (MEG), transkranial manyetik stimülasyon (TMS), fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme (fMRI) ve pozitron emisyon tomografisi (PET). Tüm bu yöntemlerin avantajları, dezavantajları ve uygun uygulamalar var. İşte bir fMRI deneyi davranışsal ve EEG deneylerinde uzun bir geçmişi olan bir paradigma transfer olarak kabul edilir. EEG algısal ve bilişsel süreçleri ile ilişkili sinir yanıtları araştırmak için yıllardır kullanılmaktadır. Gibi birçok paradigmalar bu yöntem ile kullanılmak için geliştirilmiş olan ve zamanla gelişmiştir. Fonksiyonel MR bilişsel nörobilim daha son zamanlarda ortaya bir tekniktir ve bu fMRI kullanılan EEG araştırma içinde geliştirilen bazı paradigmalar yol açmıştır. Yeni teknikler EEG deneylerden bilgi tabanı üzerine inşa etmek mantıklı bir adım ama yine de bazı önemli noktalar transferi ihmal edilebilir. Tekniklerçok farklı re ve görevleri buna göre dizayn edilmesi gerekir. Bu yöntem özellikle, nasıl çalıştığını ve bilgi gerektirir, paradigmanın potansiyel modülasyonlarının alınan tedbirleri etkileyecektir kullanılır nasıl. FMRI deney tasarımı hakkında daha fazla bilgi için, ilgilenen okuyucu aşağıdaki linke yönlendirilir http://imaging.mrc-cbu.cam.ac.uk/imaging/DesignEfficiency . Görev tasarım fMRI çevreye EEG araştırma için geliştirilen bir paradigma aktarılması bağlamında ele alınacaktır. Bu yazının amaçları şunlardır: i) kısaca fMRI tanımlamak ve kullanımı bilişsel nörobilim uygun olduğunda etmek; ii) görev tasarım bu görevi başka bir görüntüleme yöntemi ödünç özellikle bir fMRI deneyi, sonuçlarını etkileyebilir nasıl göstermek için; ve iii) fMRI deney gerçekleştirme pratik yönlerini açıklamak.

Fonksiyonel MR artık yaygın olarak kullanılabilir teknigi olduğunuique ve gibi bilişsel nörobilim kullanılan yaygın bir yöntemdir. Tekniği fMRI avantajları ve dezavantajları mevcut diğer tekniklere göre düşünülmesi gereken belirli bir deney için uygun olup olmadığı konusunda bir karar için. Yöntemin bir dezavantajı, bunun yerine hemodinamik yanıtın konvolüsyon bu metabolik yanıt (oksijen gereksinimi) nöral aktivitenin bir bağıntısı olduğunu gösterdi, bu nöral aktivitenin doğrudan bir ölçüsüdür olmadığıdır. Böylece zamansal çözünürlüğü ölçülen elektrik sinyali altta yatan nöronal aktivitenin yerine bir metabolik yanıtın daha yakın olan, örneğin, elektrofizyoloji kıyasla zayıftır. EEG fMRI saniye için bir çözünürlüğe göre milisaniye için bir zamansal çözünürlüğe sahip. Bununla birlikte, fonksiyonel MR ana avantajı tekniğin uzaysal çözünürlüğü çok iyi olmasıdır. Ayrıca, invaziv olmayan ve bu nedenle konular gibi eş gibi maddeler yutmayın gerekmezntrast maddeleri veya pozitron emisyon tomografisi (PET) durumda olurdu gibi radyasyona maruz kalmak. Bu nedenle, beyin bölgelerinde FMRI algılama, biliş ve davranışı ile ilgili olan araştıran deneyler için uygun bir yöntemdir.

Bu yazıda görsel acayip paradigma fMRI (ayrıntılar için bakınız Şekil 1) için köklü bir EEG-görevin transferi için bir örnek olarak alınır. Bu sorunlar için diğer paradigmaları kullanıldığında aynı zamanda sonuç ve veri yorumlama etkileyebilir tartışılan ve teknik olarak, tüm fonksiyonel manyetik rezonans deney tasarımında dikkat edilmesi gerektiği not edilmelidir. Tuhaf paradigma sık sık dikkat değerlendirmek ve algılama performansı hedef psikoloji ve bilişsel nörobilim kullanılır. Paradigma, özellikle, EEG araştırma geliştirilen olaya ilişkin potansiyeller (ERP), sözde P300 bileşeni 1 araştırılması için. P300 hedef tespiti temsil ve tanınması üzerine ortaya çıkarmasanadir bir hedef 1 uyaran. P300 şizofreni ve akrabaları 3, ağır sigara içenlerde 4 ve yaşlanan nüfus 5 ile bilişsel ve klinik etki 2, örneğin hasta bir dizi genelinde çalışmalarda kullanılmaktadır. Acayip paradigma (ve paradigma tarafından ortaya P300) sağlam ve farklı hastalık devletler tarafından modüle olduğu göz önüne alındığında, farklı görüntüleme yöntemleri karşısında onun transferi kaçınılmaz oldu.

Diğer bilişsel kavramları çok sayıda tarama FMRI araştırmanın gösterdiği gibi tuhaf bir fonksiyonel manyetik rezonans ölçümü sırasında beyin görülen yaygın aktivasyonu, çok kognitif fonksiyonların sonucu olduğu bilinmektedir. Aktivasyon desen Bu yaygın doğası zor beyin bölgeleri deneyci ilgi olmasından dolayı belirli bir görev manipülasyonlar veya grup farklılıklarına fazla aktif (veya daha az) hangi belirlemek için yapar. Özellikle, bu AÇTI gözlemlenen farklılıkların olup olmadığı belli değilaktifleştirilmiş ara dikkat ilgili işlemlere, algılama kendisini hedef ile ilgili olup olmadığı veya bu tür bir motor yan üretimine ilişkin devam eden çalışma hafıza işlemleri veya işlemler gibi diğer görev talep ilişkilidir. Ölçülen etkinlik için fonksiyon verme işlemi ilgi (hedef tespiti) bilişsel bileşeni tuhaf görev (P300) açık serebral tepki olarak ölçülür EEG etki daha kolaydır. Bununla birlikte, sinirbilimciler yerine alternatif açıklamalar ekarte etmek için çaba koyarak daha, kendi hipotez ve deney lehine bulgularını yorumlama eğiliminde. Çoğu deneyler, ancak, doğal olarak bu önemli soruları çözmek mümkün olmayacaktır - tarama zamanı pahalı - biz ayrıntılı planlama ve paradigmaların pilot testleri için iddia neden olduğu.

Beyin bölgeleri ve bilişsel bileşenleri arasında doğrudan bir bağlantı, aynı zamanda tuhaf paradigmanın doğasını kurarak, bu zorluğunun yanı sırafMRI aktarılıyor olası diğer metodolojik konular sunuyor. Örneğin, bir hedef uyaranın tespiti, genellikle bir yanıt tuşu ile gösterilir. Bu deneyci yanıtların doğruluğunu ve hızını kaydetmek için ancak bu uyaranlara yanıt da hedef FMRI KALIN yanıtı etkileyebilir sağlar. Uyarıcı-kilitli fMRI aktivasyon üzerindeki düğmeye basın etkileri için gerekli motor aksiyon sadece birkaç yüz milisaniye hedef uyaranın sunumunda sonra olur olduğunu verilmiştir. Bu örnek, aynı şekilde beyin ve motor tepkilerine hazırlanmasında yer alan bölgelerde yanlış hedef uyaran saptanmasında etkili olduğu varsayılan olabilir için, aktif hale getirme yorumlanması etkileyebilir ve benzeri. Bu motor yanıtların güvenerek değil, hedef tespiti dolaylı önlemler, alınır, bu sayede metodolojik değişiklikler yol açmıştır. Örneğin, hedef sayım uyarıcılar emin denekler Attenti korumak için bir yol olarak 6 önerilmiştirgörev üzerinde; çalışmaların sayısı bir konu nasıl dikkatsiz gösterebilir kaçırdı. Görevin sonunda sayılmıştır uyaranların sayısını Raporlama de deneyci özne doğru görevi yerine kontrol anlamına gelir. Üçüncü bir alternatif konusu doğal hedef tespit benzeri bir yanıt ortaya çıkarmak için kabul edilir tepki ile ilgili bir talimat ve bir hedef uyaran yenilik verilen bir tam pasif görev tasarım kullanmaktır. Görevlerin bilişsel ve motor talepler 7,8 farklı olduğundan uyaranlara ve temel tasarım aynı türünü kullanarak görevin bu sürümler rağmen, görevin her varyasyon sonucunda aktivasyon paterni farklı olacaktır. Örneğin, pasif görüntüleme sırasında gerekli olmayacak akılda hedef uyarana geçerli sayısını tutan, örneğin hedef uyaranlara sayma katılan bellek süreçlerini, çalışma olacak. Pasif tuhaf görevin İşte bu 3 sürümleri, saymak, birnd yanıt görev gereksinimleri bu değişiklikler için hesap ve sonuçların uygun yorumlanmasına izin nasıl dikkatli görev tasarım ve uygulama göstermek için kullanılır.

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

NOT: Çalışma protokolü RWTH Aachen Üniversitesi'nde yerel İnsan Deneklerin Değerlendirme Kurulu tarafından onaylandı ve Helsinki Bildirisi'ne uygun olarak yürütülmüştür.

1. Görev Tasarım

  1. Ilgi bilişsel / psikolojik yapısını araştırmak için uygun bir görev seçin. Hedef saptama yanıtları ve hedef tespiti konusunda dikkat etkilerini ölçmek için görsel acayip görev (Şekil 1) kullanın. Bu fMRI veri görev manipülasyon etkisi soruşturma sağlar.
  2. Tuhaf görevin üç sürümlerini kullanın.
    1. Pasif sürümü: görsel uyaranlara gözlemlemek için konuyu isteyin. Herhangi bir tepki tespit etmeyin.
    2. Sessiz sayısı sürümü: Hedef uyaranlara saymak için konuyu isteyin. Bu görev ve bu uyaranlara bir ayrışımı doğru yöneltmektedir gerektirir.
    3. Sürümü Yanıt: Bir ta görünce bir tepki düğmeye basmak konuyu sorrYer uyarıcı. Bu görev dikkat, ayrımcılık süreçleri ve seçimi / hedef uyaranla bir tepki üretimini gerektirir.
  3. Sağlam bir yanıt için gereken çalışmaların uygun sayıda düşünün. FMRI ölçümlerde gürültü oranı sinyal nispeten düşüktür ve yanıtlar sayıda ilgi 9 etkilerini araştırmak amacıyla, ortalama gerektirir. Bu, kullanılan görev ve uyaran modalitesi bağlıdır. 200 denemeleri güçlü bir tepki ortaya çıkarmak için yeterli bir hedef deneylerdir 40 içerir, bu görev kullanılır.
  4. Uyarıcının dizisi için zamanlamaları belirler. Uyaranların zamanlaması sunum hızı 10 değerlendirilmek üzere bir fMRI çalışmasında önemlidir. Uyaranın başlangıcından ve ölçülen beyin yanıtı (Şekil 2) arasındaki hemodinamik yanıt-gecikme düşünün.
    1. Zaman makul bir miktarda teslim yeterli uyaranlar arasında bir dengeyi korumak ve hemodinamik res yeterli örnekleme izinbaşlangıca dönüş de dahil olmak üzere, her uyarana Ponse. İndirme, yükleme ve optseq yazılımı çalıştırmak. Run optseq optimal çalışmalarda, uyarıcı süresi ve tarama parametreleri (tekrarlama zamanı ve hacimleri sayısı) sayısına dayalı deney boyunca denemeler dağıtmak.
  5. Konuya paradigma sunulması için uygun bir programa uyaranlara (önceden belirlenmiş) sırasını uygular.
    1. Uyaranlar, zamanlama ve yanıtları türü açısından paradigma ile ilgili tüm bilgileri belirtin.
      NOT: Her paradigma irade farklı yazılım paketleri gibi farklı gereksinimleri vardır çünkü Programlama detaylar burada sunulmamıştır.
  6. O tarayıcıdan bir tetikleyici ile başlayacak, böylece deneysel paradigma teslim edecek programı kurmak. Bu, elde edilen verilerde ve sunulan uyaranların dizisinin senkronizasyonu sağlar.

2. Kurulum Deneysel Çevre

  1. PrTarayıcı odası epare. Tarayıcı yatağa doğru kafa bobini alt kısmını bağlayın. Tarayıcı yatak ve yastıkları temiz koruyucu kapakları yerleştirin.
  2. Bir elle tutulan cihaz kullanarak yanıtları konuya deneysel paradigma sunmak ve kaydetmek için bir görüntüleme aygıtı kullanın. Görüntü aygıtı ve "" elle tutulan bir cihazı kapatın.
  3. Deneysel paradigma teslim ve günlük dosyası için bir ad sağlayacaktır yazılımını başlatın. Günlük dosyası uyaranların zamanlaması hakkında ve konuya tarafından yapılan tepkilerin bilgileri içerir. Verileri analiz etmek için bu bilgileri kullanın.
  4. MR tarayıcı veritabanında konuyu kaydedin. Benzersiz bir kimlik numarasını kullanarak verileri kaydedecek. Gizlilik garanti veri ile öznenin adını tutmayın.
  5. MR sekansları hazır ve ayarlanır çalıştırmak için emin olun. Aşağıdaki dizileri kullanın: yerelleştirici bobin, fu için bir EPI sekansı içinde deneklerin baş pozisyonu elde etmek için taramayüksek çözünürlüklü yapısal tarama için nctional görüntüleme ve MPRAGE.

3. Konu Geliş ve giriş tarayıcıya

  1. (Işe alma prosedürü sırasında, örneğin) deney öncesinde MRG ile kontrendikasyonlar için konuyu Ekran.
    1. Taramadan önce MR güvenlik talimatlarını sağlayın. (Eğitimli personel tarafından) konularda tarama gerçekleştirin. Deneklerin güvenliğini sağlamak. Onlar kalp pili gibi cihazlar yok, kendi vücudunda hiçbir metal ve diğer herhangi bir dışlama kriterlerine uymayan emin olun.
  2. Deneklerin Girişte tarama anketi kontrol ve geçmeden önce onların uyumluluğu doğrulamak.
  3. Konuya deneysel prosedürü açıklamak ve soru sorma fırsatı sunuyoruz. Rıza ve veri koruma formlarını imzalamak için konuyu isteyin.
  4. Deneme eğitim gerektiren karmaşık görevleri kapsar Eğer konu çalıştırmak bir uygulama gerçekleştirir önerilir g öncetarayıcıya meler.
  5. Konu herhangi bir bozuk para, kemer, saat ve takı olmadan, ücretsiz metal olduğundan emin olun. Onaylandıktan sonra, tarayıcı odasında konuyu edelim.
  6. Kulaklıklar giyen tarayıcı yatağına oturup konuyu isteyin. Burada kullanılan kulaklıklar tarama sırasında tarayıcıdan gürültüye karşı koruma sağlar ve aynı zamanda araştırmacı kontrol odasından konu ile doğrudan iletişim kurmalarını sağlar. Bazı tesislerde kulaklıklar konu ile iletişim için kullanılır.
  7. Tarayıcı yatakta yatmak konuyu isteyin. Konuyu sırt ağrısını azaltmak için dizlerinizin altına gitmek için bir yastık sunuyoruz. Konunun konfor onların refahı ve veri kalitesi açısından önemlidir. Rahatsızlık sonucu Hareket görevin performansını etkileyecektir rahatsızlık nedeniyle görüntüleme verileri ve oyalama üzerinde olumsuz bir etkiye sahip olacaktır.
  8. Kişinin başının üzerinde kafa bobinin üst kısmını yerleştirin ve konnektörleri takın. Hedefi217; uygun bir kafa bobin kafası. Deneklerin kaş boyunca kafa bobin üzerinde küçük işaretleyici hizalayın. Konu düz ve rahat yalan olduğundan emin olun. Bobin yüzeyi (burun basarak, örneğin) yüze temas etmemelidir.
  9. Tarama sırasında baş hareketleri en aza indirmek için küçük yastıklar ile deneğin kafasını sabitleyin. Baş hareketleri verilerin kalitesi üzerinde olumsuz etkiye sahip.
  10. Konu arkasındaki ekranda görüntülenen deneysel paradigma görmek için kafa bobin üstüne bir ayna yerleştirin. Tüm ekranı görebilirsiniz konuyu emin olun. Öznenin konumuna göre monte edilen ayna taşıyın. Gözlük ile konular MR uyumlu gözlük takmalıdır. En MR araştırma tesisleri uyumlu lensler veya gözlük var. Bu durumda, ayna tutan çerçeve üzerinde MR uyumlu lensleri. Konu tarayıcı odaya girmeden önce uygun bir lens gücünü belirler.
  11. Konuyu acil çağrı butonu t verGerekirse o taramayı durdurmak. Konu düğme nerede olduğunu bilen ve onlar kolayca ulaşabilirsiniz emin olun.
  12. Tarayıcının deliğinin girişinde konuyu taşıyın. Bu işlem sırasında gözlerini kapatmak için konuyu isteyin. Doğru pozisyon kurmaya kafa bobin üzerinde küçük işaretleri ile ışık hizalayın.
  13. Display '0 mm' okur kadar tarayıcının deliğinin içine konuyu taşıyın. Bu konunun baş tarayıcının İzomerkez olduğu anlamına gelir.
  14. Konuyu yanıtlama aygıtı uzat.

4. Deney Prosedürü

  1. Konu interkom üzerinden ve konu konforlu ve başlamak için hazır olduğunu deneyci duyabiliyorum olmadığını kontrol edin.
  2. Tarayıcıya konu kafa pozisyonunu elde etmek için bir yerelleştirici tarama gerçekleştirin. Beyin bölümlerinde ölçümler yapılabilir belirlemek için geri kalan bütün ölçümlerin görüş alanını konumlandırmak için kullanın.
  3. Ilk pyüksek çözünürlüklü yapısal tarama ERFORM. MPRAGE dizisi / programı açın ve görüş alanını yerleştirin. Tüm öznenin baş görüş alanı içinde olduğundan emin olun. MP-RAGE parametreleri: TR / TE = 2,250 / 3.03 msn, sapma açısı = 9 °, 176 sagittal kesitler, FOV 256 x 256 mm, 64 x 64 matris, Voksel boyutu 1 x 1 x 1 mm).
  4. Konu tarama başlatmak ve daha sonra ölçüm başlayacak bildirin.
  5. Fonksiyonel MRI tarama gerçekleştirin.
    1. Tarayıcı bilgisayarda EPI dizisini açın ve tüm beyni kapsayacak şekilde görüş alanını hizalayın. EPI parametreleri: 33 dilim, dilim kalınlığı 3 mm, FOV 200 x 200 mm, 64 x 64 matrix, tekrarlama zamanı 2.000 msn, eko süresi 30 msn, sapma açısı 79 °.
    2. Tek bir hacim test ölçümü çalıştırın. Deneğin beyninin bütün (veya mümkün olduğunda çok) görüş alanı içinde yer alan olduğundan emin olun.
      NOT: Konular farklı şekiller ve kafaları (ve beyinleri) boyutları var. Bu nedenle, optimal olarak en alan konumlandırmakher konu için görüntüleyin.
    3. Görüş alanında yerleştirilmiş bir sonraki ölçüm için aynı kalacak şekilde FMRI sekansı kopyalar. Bu durumda, ölçüm, 304 için gerekli miktarda sayısını girin.
    4. Paradigma sunan yazılım, tarayıcıdan bir tetikleyici bekliyor emin olun. Yüklenir ve beklemek ayarlanabilir böylece paradigma tarayıcıdan bir tetikleyici olmadan başlamaz.
    5. Deney başlamak üzere olduğunu konu bilgilendirin. Ölçümü başlatmak.
    6. Paradigma sunan yazılım (bu tarayıcı tarafından tetiklenir yani) uygun zamanda başladığını kontrol edin.
    7. Pasif. Tuhaf görevin üç versiyonu gerçekleştirin Kont ve cevap.
    8. Çalışır güvencesini sağlamak için arasında konuya konuşun. Kendi konfor sağlamak. Konu izinleri çalışma ile devam etmek isteyin. Yaklaşan görevin konusunu öğretin.
    9. İlk pasif c çalıştırmakondition hedef uyaranlar gerçekten hedef uyaranla edilir bilgisi olmadan gerçek pasif görüntüleme sağlamak. Sayım sırasını dengeliyor ve sipariş etkilerini önlemek için denekler genelinde koşullara cevap.

Deney 5. sonu

  1. Deney tarayıcı odaya girmek bitmiş olduğunu konuyu bilgilendirin.
  2. Tarayıcı üzerinden konusunu kaydırın.
  3. Kafa bobini ve yastıkları kaldırın.
  4. Yavaş yavaş oturup konuyu isteyin. Onlar rahat olduğunuzda, konu ayağa ve tarayıcı odayı terk edebilirsiniz.
  5. Deneyden sonra tamamlanması gereken herhangi bir anket / evrak yönetmek
  6. Konuyu toparlayın: Bu deney öncesinde tam olarak mümkün değilse çalışmanın amaç ve amacı hakkında bir açıklama ile konuyu sunmak ve soru sorma fırsatı sunuyoruz

6. Veri Analizi

  1. Analyzi için uygun bir yazılım paketi kullanınng fMRI verileri. Her konu ve ayrı ayrı her durum için ilk seviye veri analizi yapın.
    NOT: fMRI veri analizi için FMRIB Yazılım Kütüphanesi (FEF) kullanın.
  2. Daha fazla analiz için verileri hazırlamak için standart ön işlem adımları uygulayın.
    NOT: Hareket düzeltme, dilim zamanlama düzeltme, yapısal ve fonksiyon bilgisi, uzaysal düzgünleştirme, üstgeçer zamansal filtreleme coregistration, standart (örneğin, MNI) uzaya bireyin normalleşme: aşağıdaki adımları uygulayın. FMRI bu adımların bir özetini bulacaksınız Huettel vd, (2008) 9 ve Jezzard vd, (2001) 11 ders kitapları. Ön işlem adımları gerçekleştirmek için nasıl ilgili özel bilgiler web sitesinde ve her yazılım paketi için destekleyici belgelerde mevcuttur.
  3. İstatistiksel analiz için tüm olayların başlangıcı sürelerini ve sürelerini belirtmek. Bu açıklayıcı değişkenler (AGH), ya da önsavının denir.
  4. Belirlemek için kontrastlar ayarlayınhangi AGH karşılaştırılmıştır. Hedef> hedef olmayan uyaranlara: Aşağıdaki kontrastını ayarlamak hedef uyarana tespiti özgü BOLD aktivasyonunun belirlenmesi.
    NOT: İsteğe bağlı olarak diğer zıtlıkları kullanın: Başlangıçta karşı hedef uyaranlara; temel karşı hedef olmayan uyaranlar; hedef uyaranlara> hedef olmayan uyaranlar; hedef olmayan uyaranlara> hedef uyaranlar
  5. Her konu ve ayrı ayrı her durum için ilk düzeyde istatistiksel analiz gerçekleştirin. Analiz çıktısı, ilgili kontrast her biri için aktif beyin bölgelerini göstermektedir.
  6. Üç ikinci bir seviyede kullanarak koşulları veya grup düzeyi karşılaştırın, analiz eder. Grup düzeyinde analizi için girdi olarak ilk seviye analiz çıkışını kullanın.
    NOT: Orijinal kağıdın 7 hedef koşulları arasındaki farklar ise> aşağıdaki karşıtlıkları içeren üçe katlanması İki Grup Farkı tasarım kullanılarak sık kontrast: sayımı> cevap, pasif>, pasif> cevap sayısı.Bu zıtlıklar üç farklı yanıt modalitelerde bilişsel süreçlerinde farklılık ile ilişkili beyin aktivitesini ortaya koymaktadır.

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

Uyarımı yapılabilmesi ve analiz yöntemi görsel tuhaf görevi ile ilişkili beyin bölgelerinde KALIN aktivasyonu ortaya çıkarmıştır. Hedef> hedef olmayan kontrast pasif durum için aktivasyonunu ortaya ama sayımı ve yanıt (Şekil 3) hem de aktivasyon ortaya yaptı. Şekil 3'te sunulan veriler, sayısı niteliksel bir karşılaştırma ve koşullara cevap ve görevin her versiyonu tek başına gerçekleştirildi takdirde etkinleştirme desenler nasıl görüneceğini gösterir.

Ilgi ana karşılaştırmalar koşullar arasında edilenlerdir. Yani, hangi beyin bölgelerinin görev talepleri değiştiğinde hedef algılama ile ilgili aktivasyon farklılık yapar? 4 koşulları arasında farklar olduğunu göstermektedir. Durum sayısı arasındaki farkın niteliksel değerlendirme aksine ve yanıt showin, bu karşılaştırma tüm beyin veri t-testi kullanılarak yapılır, yukarıda tarifg aktivasyon önemli koşulları arasındaki farklılık bölgeleri.

Sayısı arasındaki BOLD aktivasyonuna orijinal çalışma 7 göster farklarından verileri ve görsel Oddball sürümlerini cevap. Karşılaştırma için her iki şart veri olmasaydı aktivasyon hem koşullarda 'hedef tespiti' atfedilen olacaktır. Bununla birlikte, aktivasyon cevap değil sayısı koşulu sırasında orta frontal girus (MFG) gözlenmiştir. MFG aktivasyon sayısı durumda gözlenmedi olması nedeniyle, bu durum tepki yerine sadece hedef tespit süreçlerinde bir düğme ile bağlantılı motor hazırlanması ve / veya motor yanıt ile ilişkili olduğunu gösterir. Karşılaştırma için bir sayım görev yokluğunda bu MFG aktivasyonu görevi yerine hareket yürütülmesi ile ilgili bilişsel süreçlerle atfedilmiştir olasıdır. Ek mot Benzer şekilde, aktivasyonya da alanı (SMA) sayısı koşulu olarak cevap durumu gözlenmiştir. Orada sayısı durumda yapılan hiçbir yanıt, bu yüzden, SMA bu uyaranlara dikkat, hedef uyarana algılama karar gibi görev diğer yönleri, bir rol oynadığını düşündürmektedir SMA aktivasyon motorun hazırlanmasına ilişkindir olası değildir bir yanıt yapmak isteyip ve yapmak için hangi yanıt eğer öyleyse. Bu SMA aktivasyon görevin yalnızca bir yanıt sürümü varsa diğer görev ile ilgili işlemlerde SMA rolü gözardı olurdu anlamına motor hazırlık dahil olarak yorumlanır olurdu olasıdır. FMRI veriler yorumlanırken Bu, bazı olası tehlikelere dikkat çekmektedir. Nispeten basit olan burada kullanılan görevin rağmen birçok algısal ve bilişsel süreçleri içerir. Bu bilişsel süreçleri ve bunların altında yatan nöral substratlar ayırt etmek zor olabilir. Tarama değerlendirme o dahilinde izin Bu çalışmanın tasarımı,tarama koşullarının karşılaştırılması sağlam bir tasarım, ancak ayrıca, motorun işlemlere göre daha başka işlemlere de katkıda bulunduğu oluşturmama, SMA olası roller ayrıştıramamaktadır arasındaki ardından hedef saptama aksine, f. Bu fMRI çalışmalarında dikkatli deney tasarımı ve analizi için gerekliliğini vurgulamaktadır.

Şekil 1
Şekil 1. tuhaf paradigması, tek tip 'sık sık'% 80 olan (bu durumda çevrelerinde) uyaranların bir dizi, görüntüleme içerir ve% 20 farklı tip 'hedef' vardır. Hedef uyaranlar hedef ortaya uyaran bu tür seyrek nedeniyle algılama yanıtı. Bu yazıda, görevin 3 versiyonları yapıldı. İlk uyaranların pasif görüntüleme (hayır r içerir hangi pasifesponse) yapılmıştır. İkincisi ise, bununla hedef uyarana sayısını sayarak ve deney sonunda toplam haberleri içeren, sayısıdır. Üçüncü, bu bir düğmeye bir hedef uyaran görüntülenir her zaman basarak içerir, cevap olduğunu.

Şekil 2
Şekil 2. hemodinamik yanıtı kan nöral aktif dokular teslim olduğunu. Beyinde hemodinamik yanıtı yaklaşık 5 sn uyaran sonra zirveleri (nöral aktiviteye göre) yavaş yavaş yükselir. Cevabı, daha sonra taban değere dönmelerine saniye sayısı (15-20) alır. Şekil kanonik hemodinamik tepki fonksiyonunu; Bu sinyal sadece uyarıcı herhangi bir uzun sürerse, taban dönen, bir tek, kısa bir 'sıfır süre uyarıya yanıt olarak varsayımsal bir sinyaldir.

Şekil 3,
Hedef için Şekil 3. BOLD aktivasyon> sayımı ve tepki koşulları için sık sık kontrast. (Ikinci düzey karma etkiler ALEV. N = 16, Küme-düzeltilmiş eşik Z = 2.3, p = 0.05). Bu rakam ve başlık Warbrick ark, 2013 7 den modifiye edilmiştir.

Şekil 4
Şeklin sol tarafında 4. Şekil pasif duruma karşı sayım durumu için BOLD aktivasyon gösterir. Şeklin sağ bölümü pasif duruma karşı tepki durumunu gösterir. Tüm veriler hedef> sık sık alt düzey kontrast temsil eder. Bölüm A ek motor alan (SMA) aktivasyon vurgulamaktadır. Bölüm BSadece yanıt durumu için orta frontal girus (MFG) aktivasyonunu gösterir. (Ikinci düzey karma etkiler ALEV. N = 16, Küme-düzeltilmiş eşik Z = 2.3, p = 0.05) bu rakam ve başlık Warbrick ark 2013 7'den modifiye edilmiştir.

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

Biz görevi manipüle sayımı BOLD aktivasyon farklı desen görsel acayip görev sonuçlarında talep ve koşullara cevap olduğunu göstermektedir. Uygunsuz atanmış olurdu her durumda sorumlu bölgelerin bazı fonksiyonel rolleri karşılaştırma için mevcut olmamıştır görevin üç sürümleri veri vardı. Veri yorumlama Bu belirsizlik mutlaka görevin başka bir görüntüleme yöntemi deneysel paradigmalar aktarırken özel olarak değerlendirilmesi için gereğinin altını, kökeni vardır EEG P300 alanında durum olmazdı. Örneğin, (örneğin, dikkat devamlılığı ve çalışan hafıza gibi) birçok bilişsel işlemler P300 bileşeninin oluşmasına katkıda ancak bu FMRI KALIN tepki olarak görülen yaygın aktivasyonu tersine, tek bir elektrofizyolojik işaretleyici ile temsil edilmektedir. Ayrıca P300 f ile aynı şekilde motor yan etkilenmemektedirMR veri. EEG veri zamansal çözünürlüğü bilişsel ve motor cevaplar zaman içinde ayrılan sağlar. FMRI KALIN tedbirin doğası pek çok beyin bölgenin belirli bir görev, aynı zamanda, aktif olduğu bulundu anlamına gelir. Aktivasyonu bu alanların fonksiyonlarının belirlenmesi görevi tasarımı ve analizi çok bağlıdır. Bu nedenle fMRI araştırmanın tasarımı Pilot davranışsal test ilgilenilen olan etkilerini ve daha sonra, pilot ilgi etkilerini uygun tasarım, uygulama ve analiz sağlamak için FMRI ortamında test önerilir.

Motor yanıtı özgün çalışma 7'den bulgularını içeren tuhaf görevlerden verilerin yorumlanmasını rehberlik ilave olarak hedef tespiti belirli yönlerine odaklanmak tuhaf görevini kullanarak çalışmalarını tasarlamak mümkün olduğunu göstermektedir. Doğru motor yanıt üretmek için duyusal girdi entegrasyonunu araştıran Örneğin yapmak olabilirne görev yanıt sürümünü kullanarak. Öte yandan görevin sayısı versiyonu motor cevap gerekli değildir, özellikle zaman, karar alma ile ilgili süreçleri araştırmak için daha uygun olacaktır. Bazı toplumlarda, örneğin, yaşlanma ya da hareket bozuklukları olan hastalar, motor yanıta üretimi olmayan görev ile ilgili faktörler tarafından etkilenebilecek bu durumlarda tuhaf görevin sayısı versiyonu en uygun olabilir.

Veri sadece beyin aktivasyon desenler tuhaf görevin sürümleri arasında farklılık nasıl kanıt, onlar da veriler uygun yorumlanması gerekir eğer fMRI deneylerde kullanılan bilişsel / davranışsal görevleri unsurları göz önüne önemli olduğunu göstermektedir. Bu durum, bir açık veya kapalı yanıt kullanmak mümkündür paradigmasında özellikle önemlidir. Motor yanıt dahil m tarafından ortaya görev ve aktivasyon taleplerini değiştirirotor tepkisi başka görev ile ilgili aktivasyon yorumunu etkileyebilir. Farklı görüntüleme yöntemleri karşısında bir paradigma uyarlarken bu gibi konular dikkate alınmalıdır.

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).
Beyin Görüntüleme Yöntemlerinin Arasında Bilişsel Görevler aktarma: fMRI Çalışmaları Görev Tasarım Etkileri ve Sonuçları Yorumlama
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