Imagerie fonctionnelle avec des renforts, Eyetracking, et en surveillance physiologique

Summary

Cette présentation illustre l'utilisation de l'IRMf pour étudier les circuits neuronaux qui sous-tendent la prise de décision. Simple tâches perceptives sont combinés avec des renforts appétitive et aversifs pour enquêter sur la manière dont les résultats influent sur les processus de décision.

Abstract

Nous utilisons l'imagerie cérébrale fonctionnelle (IRMf) pour étudier les circuits neuronaux qui sous-tendent la prise de décision. Pour comprendre comment les résultats influent sur les processus de décision, simples tâches perceptives sont combinés avec le renforcement appétitive et l'aversion. Cependant, l'utilisation de renforçateurs tels que le jus et airpuffs peut créer des défis pour l'IRMf. Renforçateur de livraison peuvent causer des mouvements de la tête, ce qui crée des artefacts dans le signal IRMf. Renforcement peuvent également conduire à des changements de la fréquence cardiaque et la respiration qui sont médiés par voies végétatives. Les changements de la fréquence cardiaque et la respiration peuvent affecter directement l'IRMf (BOLD) du signal dans le cerveau et peut être confondu avec les modifications du signal qui sont dues à l'activité neuronale. Dans cette présentation, nous démontrons méthodes d'administration des renforcements d'une manière contrôlée, pour la stabilisation de la tête, et pour mesurer le pouls et la respiration.

Protocol

Installation du matériel

La première étape de la course et l'expérience IRMf est mise en place et vérifier le matériel. Ces étapes peuvent être faites dans n'importe quel ordre.

Conditionnement du signal - Le scanner se trouve dans une pièce électriquement et magnétiquement blindées. Tous les signaux électriques allant de la salle de contrôle pour la salle du scanner passer à travers un panneau de filtre pour éliminer toutes les fréquences qui pourraient créer un artefact dans l'image IRM.

Souffle d'air - Le dispositif de souffle d'air offre une bouffée contrôlée de pression fixe et la durée. Lorsqu'elles sont dirigées vers l'œil, ce n'est aversifs mais non traumatique. Le régulateur de pression (WPI pneumatique PicoPump) à une source d'air comprimé, ce qui pourrait être un réservoir d'air, mais nous utilisons air de la maison. La pression est ajustée à 30 psi. Le timing est réglé pour offrir une bouffée 50 ms. L'électrovanne est commandée par un signal informatique. La sortie du régulateur de pression est livré à ce sujet à travers un tube en plastique pouces 1/6ème (Tygon). Il est important que le tube ne pas être trop long ou il y aura un délai entre l'ouverture des électrovannes et le temps que l'air comprimé arrive à l'extrémité du tube. Pour cette raison, le régulateur de pression est assis dans la salle du scanner et les signaux de commande sont alimentés par un panneau de filtre pour s'assurer qu'il n'y a pas d'artefacts d'imagerie.

Juice - Le distributeur de jus de contrôler la taille et le nombre de gouttes de jus livré à la bouche par un tube en plastique. Le distributeur de jus se compose d'un réservoir, d'une électrovanne commandée par ordinateur, et un long tube qui fournit le jus pour le sujet. Tous les composants électroniques sont en dehors de la salle du scanner et donc pas introduire d'artefacts dans le signal MR. Le distributeur de jus (Instruments Crist) est rincé deux fois par remplissage du réservoir et l'ouverture de l'électrovanne. Puis il est rempli de la boisson préférée des sujets. Le système est testé avant la numérisation en exécutant un programme qui fait l'ordinateur pour générer un flux d'impulsions de test que les résultats de plusieurs gouttes de jus livré à ce sujet. Le sujet vérifie que le jus coule.

Bite bar - mouvement de la tête crée plusieurs artefacts dans l'image IRM. Dans cette expérience, les sujets reçoivent airpuffs qui peut provoquer des mouvements réflexes, et le jus qui nécessite d'avaler. Afin de minimiser les mouvements de la tête, un bitebar est utilisé pour stabiliser la tête. Le bitebar est attachée à la bobine de la tête HF. Chaque sujet a un embout sur mesure montés en matériau thermoplastique.

Oxymètre de pouls - l'oxygénation du sang IRMF mesures (BOLD). L'oxygénation du sang dans le cerveau peut être affectée par l'activité neuronale, mais elle peut également être affectée par le battement de coeur. Pour mesurer l'évolution de l'oxygénation liés au cycle cardiaque, nous utilisons un oxymètre de pouls pour mesurer l'oxygénation du sang dans le doigt à l'aide d'un capteur infrarouge. L'oxymètre de pouls est compatible IRM et de son signal de sortie est alimentée par un panneau de filtre à la salle de contrôle où il est numérisée et stockée sur l'ordinateur.

Détecteur de gaz respiratoires - l'oxygénation du sang peut également être affectée par la respiration. Nous mesurons la respiration avec un moniteur de gaz respiratoires que les mesures des niveaux de CO2 expiré. Le RGM est compatible IRM et de son signal de sortie est alimentée par un panneau de filtre à la salle de contrôle où il est numérisée et stockée sur l'ordinateur.

La stimulation visuelle - Un panneau rétro-projection est située à une extrémité du scanner portait près de l'endroit la tête du sujet. Sujets regarder l'écran de projection arrière à travers un miroir monté sur le dessus de la bobine de la tête. Les images sont projetées sur l'écran de projection arrière par un projecteur LCD situé à l'extérieur de la salle du scanner. Le faisceau lumineux du projecteur est dirigée à l'intérieur la salle du scanner par un tuyau RF blindé.

Eye Tracking - Il est important de savoir où le sujet est à la recherche pour plusieurs raisons. Les mouvements oculaires affectent la position des stimuli visuels de la rétine, ce qui affecte les réponses visuelles dans le cerveau. Les mouvements des yeux peuvent également être utilisés comme un moyen d'avoir le sujet indiquent une réponse comportementale. Nous utilisons une méthode appelée "oculographie vidéo infrarouge" pour suivre des yeux. Dans cette méthode, une caméra infrarouge est utilisé pour suivre l'élève. L'émetteur infrarouge et la caméra sont intégrés dans une paire de lunettes spécialement conçues. Ce sont les mêmes qui fournissent des lunettes de stimulation visuelle. Les données de l'lunettes sont traitées par un ordinateur dédié qui convertit les images de l'œil en signaux analogiques pour la position des yeux horizontaux et verticaux.

Préparation Sujet

Documentation et consentement & ndash; Avant la numérisation, chaque sujet doit remplir plusieurs formulaires concernant la sécurité et le consentement.

Fiche Plan expérimental - La feuille de plan spécifie le protocole expérimental et les séquences d'impulsions et de l'ordre dans lequel ils sont exécutés.

Préparation physique - Lorsque le sujet est prêt à être numérisé, l'une des premières choses qu'ils font est de mettre en bouchons d'oreille pour protéger leur audition par le bruit du scanner de fréquence haut et élevé. Ils ont également mis sur MR-compatibles casque à la fois de communiquer avec les sujets dans le scanner et à donner des instructions et des commentaires lors de la session de numérisation.

Le sujet met à leur porte-parole, qui comprend 1 / 16 ^ème lignes pouces pour la livraison de jus et de surveillance des gaz respiratoires.

Le sujet met et ajuster les lunettes compatible IRM utilisées pour la stimulation visuelle et le suivi des mouvements oculaires.

Le sujet se trouve sur la vitre du scanner et de la bobine RF est placé sur leur tête. L'embout buccal (bitebar) est fixé à la bobine RF pour empêcher les mouvements de tête.

Le tube souffle d'air (Tygon 1 / 6 pouce) est positionné à proximité d'un oeil en utilisant des tubes flexibles (Loc-Line).

Le clip de doigt d'impulsion oxymètre est attaché à un doigt et sécurisé avec du ruban adhésif.

Procédure de numérisation

Séquences d'impulsions:

Structurels: Nous utilisons les images pondérées en T1 (images structurel) qui donnent une définition claire de la morphologie du cerveau des sujets. Le sujet est passivement et reste aussi immobile que possible durant cette phase, qui dure environ 10 minutes.

Fonctionnel: Nous utilisons séquence pondérée en T2 du PEV (images fonctionnelles) pour montrer les changements dans l'oxygénation du sang qui sont en corrélation avec l'activité neuronale. C'est durant cette phase que le sujet est exposé à du jus, souffle d'air, et les stimuli auditifs.

Connectivité: Nous avons utilisé la diffusion des images pondérées (CFA) pour déterminer la connectivité structurelle entre les régions du cerveau. Le sujet est tout simplement immobiles pendant cette phase.