Imaging funzionale con rinforzo, eyetracking e monitoraggio fisiologico

Summary

Questa presentazione illustra l'utilizzo di fMRI per studiare i circuiti neurali che sono alla base del processo decisionale. Semplici compiti percettivi sono combinati con rinforzi appetitiva e avversione per studiare come i risultati sui processi decisionali.

Abstract

Noi usiamo imaging funzionale del cervello (fMRI) per studiare i circuiti neurali che sono alla base del processo decisionale. Per comprendere come i risultati influenzano i processi decisionali, semplici operazioni percettive sono combinati con rinforzi appetitiva e avversione. Tuttavia, l'uso di rinforzi, come succhi di frutta e airpuffs possono creare sfide per fMRI. Consegna rinforzo può causare movimenti della testa, che crea artefatti nel segnale fMRI. Rinforzo può anche portare a cambiamenti nella frequenza cardiaca e la respirazione che sono mediati da percorsi autonomi. Cambiamenti nella frequenza cardiaca e la respirazione può influire direttamente sulla fMRI (BOLD) del segnale nel cervello e possono essere confusi con i cambiamenti del segnale che sono causa di attività neurale. In questa presentazione, ci dimostrano i metodi per la gestione dei rinforzi in modo controllato, per stabilizzare la testa, e per la misurazione del polso e respirazione.

Protocol

Attrezzature installazione

Il primo passo per l'esecuzione e l'esperimento fMRI è la creazione e verifica delle attrezzature. Questi passaggi possono essere eseguiti in qualsiasi ordine.

Condizionamento del segnale - Lo scanner si trova in una stanza elettricamente e magneticamente schermati. Tutti i segnali elettrici che vanno dalla sala di controllo alla sala scanner passare attraverso un pannello di filtro per rimuovere tutte le frequenze che potrebbe creare un artefatto nell'immagine MR.

Airpuff - Il dispositivo offre un soffio airpuff controllato di pressione fissa e durata. Quando è ordinata a l'occhio, questo è avverso, ma non traumatica. Il regolatore di pressione (WPI pneumatico PicoPump) ad una fonte di aria compressa, che potrebbe essere un serbatoio d'aria, ma usiamo casa aria. La pressione viene regolata a 30 psi. La tempistica è regolato per offrire una boccata 50 msec. L'elettrovalvola è controllato da un segnale del computer. L'uscita del regolatore di pressione viene consegnato al soggetto attraverso un tubo di plastica 1/6th pollice (Tygon). E 'importante che il tubo non sia troppo lungo o ci sarà un ritardo tra l'apertura solenoide e il tempo che l'aria compressa arriva alla fine del tubo. Per questa ragione, il regolatore di pressione si trova all'interno della stanza scanner e segnali di controllo sono alimentati tramite un pannello di filtro per garantire che non ci sono artefatti di imaging.

Juice - Il distributore di succo di controllare la dimensione e il numero di gocce di succo consegnato alla bocca da un tubo di plastica. L'erogatore succo è costituito da un serbatoio, un computer controllato elettrovalvola, e un lungo tubo che fornisce succo al soggetto. Tutti i componenti elettronici sono fuori dalla stanza dello scanner e quindi presentano senza artefatti nel segnale MR. L'erogatore succo (Strumenti Crist) è sciacquato due volte compilando serbatoio e apertura della valvola a solenoide. Allora è riempito con la bevanda preferita soggetto. Il sistema è testato prima della scansione eseguendo un programma che causa il computer per generare un flusso di impulsi di prova che si traduce in alcune gocce di succo di essere consegnati al soggetto. Il soggetto verifica che il succo è che scorre.

Bite bar - Movimento delle testine crea artefatti diversi nell'immagine fMRI. In questo esperimento, i soggetti ricevono airpuffs che può causare movimenti riflessivo, e il succo che richiede la deglutizione. Per ridurre al minimo movimento della testa, un bitebar viene utilizzato per stabilizzare la testa. Il bitebar è collegato alla bobina testa RF. Ogni soggetto ha una custom-dotato boccaglio in materiale termoplastico.

Pulsossimetro - FMRI misure di ossigenazione del sangue (BOLD). Ossigenazione del sangue nel cervello può essere influenzata da attività neuronale, ma può anche essere influenzata dal battito cardiaco. Per misurare variazioni dell'ossigenazione legati al ciclo cardiaco, usiamo un pulsossimetro per misurare l'ossigenazione del sangue nel polpastrello utilizzando un sensore a infrarossi. Il pulsossimetro è compatibile MR e il suo segnale di uscita è alimentata tramite un pannello di filtro per la sala di controllo dove è digitalizzato e memorizzato sul computer.

Monitoraggio dei gas respiratori - l'ossigenazione del sangue può anche essere influenzato dalla respirazione. Misuriamo la respirazione con un monitor di gas respiratorio che le misure sono scadute livelli di CO2. La RGM è MR compatibile e il suo segnale di uscita è alimentata tramite un pannello di filtro per la sala di controllo dove è digitalizzato e memorizzato sul computer.

Stimolazione visiva - Un retroproiezione pannello si trova ad una estremità dello scanner foro vicino alla posizione testa soggetto. Soggetti guardare lo schermo di proiezione posteriore attraverso uno specchio montato sulla parte superiore della bobina testa. Le immagini sono proiettate su schermo di proiezione posteriore da un proiettore a cristalli liquidi situati al di fuori della stanza dello scanner. Il fascio di luce del proiettore è diretto all'interno della stanza scanner attraverso un tubo RF schermato.

Eye-tracking - E 'importante sapere dove il soggetto è alla ricerca per diverse ragioni. Movimenti oculari influenzare la posizione di stimoli visivi sulla retina, che colpisce le risposte visive del cervello. Movimenti oculari può essere utilizzato anche come un mezzo per avere il soggetto indicano una risposta comportamentale. Noi utilizziamo un metodo chiamato "oculography il video a infrarossi" per monitorare gli occhi. In questo metodo, una telecamera a infrarossi è utilizzato per tenere traccia della pupilla. L'emettitore a infrarossi e telecamera sono costruiti in un paio di occhiali appositamente progettato. Questi sono gli occhiali stessi che forniscono la stimolazione visiva. I dati del occhiali vengono elaborati da un computer dedicato che converte le immagini dell'occhio in segnali analogici per la posizione degli occhi orizzontali e verticali.

Preparazione soggetto

Documentazione e consenso & ndash; Prima della digitalizzazione, ogni soggetto deve compilare moduli diversi in materia di sicurezza e di consenso.

Scheda di Piano sperimentale - Il foglio piano specifica il protocollo sperimentale e la sequenze di impulsi e l'ordine in cui vengono eseguiti.

Preparazione fisica - Quando il soggetto è pronto per la scansione, una delle prime cose che fanno è mettere in tappi per le orecchie per proteggere l'udito dai rumori ad alto volume e ad alta frequenza scanner. Hanno anche messo in MR-compatibile cuffie sia per comunicare con i soggetti nello scanner e per fornire istruzioni e feedback durante la sessione di scansione.

Il soggetto mette in loro portavoce, che include 1 / 16 ^° linee pollici per la consegna di succo e di monitoraggio dei gas respiratori.

Il soggetto indossa occhiali e regolare la MR compatibile utilizzato per la stimolazione visiva e il monitoraggio dei movimenti degli occhi.

Il soggetto si trova sulla superficie dello scanner e la bobina RF è posizionato sopra la loro testa. Il boccaglio (bitebar) è collegato alla bobina RF per impedire il movimento della testa.

Il tubo airpuff (Tygon 1 / 6 di pollice) è posizionato vicino a un occhio utilizzando un tubo flessibile (loc-line).

L'impulso-ossimetro clip di dito è collegato a un dito e fissato con del nastro adesivo.

Procedura di scansione

Sequenze di impulsi:

Strutturali: Utilizziamo immagini pesate in T1 (immagini strutturale) che danno una chiara definizione della morfologia del cervello dei soggetti '. Il soggetto si trova passivamente e rimane il più fermo possibile durante questa fase, che dura circa 10 minuti.

Funzionale: Utilizziamo T2 sequenze EPI (immagini funzionali) per mostrare variazioni dell'ossigenazione del sangue che sono correlati con l'attività neurale. E 'durante questa fase che il soggetto è esposto al succo, airpuff e stimoli uditivi.

Connettività: Abbiamo usato la diffusione immagini pesate (DWI) per determinare la connettività strutturale tra le regioni del cervello. Il soggetto si trova semplicemente immobile in questa fase.