Funktionell avbildning med armering, Eyetracking och fysiologiska övervakning

Summary

Denna presentation visar användning av fMRI för att studera nervbanor som ligger bakom beslutsfattande. Enkla perceptuella uppgifter kombineras med appetitive och aversiva förstärkningar för att undersöka hur resultaten påverkar beslutsprocesser.

Abstract

Vi använder oss av funktionell hjärnavbildning (fMRI) för att studera nervbanor som ligger bakom beslutsfattande. För att förstå hur resultaten påverkar beslutsprocesser, enkla perceptuella uppgifter i kombination med appetitive och aversiva förstärkning. Däremot kan användningen av förstärkare, såsom juice och airpuffs skapar utmaningar för fMRI. Förstärkare leverans kan orsaka huvudrörelser, vilket skapar artefakter i fMRI-signalen. Förstärkning kan även leda till förändringar i puls och andning som förmedlas av autonoma vägar. Förändringar i hjärtfrekvens och andning kan direkt påverka fMRI (fetstil) signal i hjärnan och kan förväxlas med signalen förändringar som beror på neural aktivitet. I denna presentation visar vi metoder för att administrera förstärkare på ett kontrollerat sätt, för att stabilisera huvudet och för att mäta puls och andning.

Protocol

Installation av utrustningen

Det första steget i löpning och fMRI-experiment är att inrätta och kontrollera utrustningen. Dessa steg kan göras i valfri ordning.

Signalbehandling - är skannern ligger i ett elektriskt och magnetiskt avskärmade rummet. Alla elektriska signaler som går från kontrollrummet till skannern rummet passerar genom ett filter panel för att ta bort alla frekvenser som kan skapa en artefakt i MR-bilden.

Airpuff - Den airpuff enhet levererar en kontrollerad puff av fasta tryck och varaktighet. När riktad mot öga, är detta aversiva men icke-traumatiskt. Tryckregulatorn (WPI Pneumatic PicoPump) till en källa av tryckluft, vilket kan vara en lufttank, men vi använder huset luft. Trycket justeras till 30 psi. Tidpunkten är anpassad för att leverera en 50 ms puff. Magnetventilen styrs av en dator-signal. Utgången av tryckregulatorn levereras till ämnet genom ett 1/6th tums plaströr (Tygon). Det är viktigt att röret inte vara för lång eller kommer att bli en fördröjning mellan solenoid öppning och den tid som den komprimerade luften kommer i slutet av röret. Av denna anledning sitter tryckregulatorn inuti skannern rummet och styrsignaler matas genom ett filter panel för att säkerställa att det inte finns några avbildning artefakter.

Juice - Juicen dispensern styr storlek och antal saft droppar levereras till munnen av en plastslang. Saften dispensern består av en reservoar, en dator-styrd magnetventil och ett långt rör som levererar juice till ämnet. Alla elektroniska komponenter är utanför scannern rummet och därför införa några artefakter i MR-signalen. Saften dispenser (Crist Instruments) sköljs två gånger genom att fylla tanken och öppnar magnetventilen. Då är det fyllde med ämnet föredrar dryck. Systemet testas innan du börjar skanna genom att köra ett program som får datorn att generera en ström av testpulser som resulterar i några droppar juice levereras till ämnet. Ämnet verifierar att saften flödar.

Bite bar - huvudrörelser skapar flera artefakter i fMRI bilden. I detta experiment ämnen får airpuffs som kan orsaka reflexiva rörelser, och juice som kräver svälja. För att minimera huvudrörelser är ett bitebar används för att stabilisera huvudet. Den bitebar är ansluten till RF huvudet spolen. Varje ämne har en egna utrustat munstycke tillverkat av termoplast.

Pulsoximeter - FMRI åtgärder blodets syresättning (fetstil). Blodets syresättning i hjärnan kan påverkas av neuronala aktivitet, men det kan också påverkas av hjärtslag. För att mäta förändringar i syresättning relaterade till hjärt-cykeln, använder vi en pulsoximeter för att mäta blodets syresättning i fingertoppen med hjälp av en infraröd sensor. Pulsoximetern är MR-kompatibla och dess utsignalen matas genom ett filter panel till kontrollrummet där det digitaliseras och lagras på datorn.

Andningsskydd gas bildskärm - kan blodets syresättning också påverkas av andningen. Vi mäter andning med andnings gas bildskärm som mäter ut CO2-nivåer. Den RGM är MR-kompatibla och dess utsignalen matas genom ett filter panel till kontrollrummet där det digitaliseras och lagras på datorn.

Visuell stimulans - En back-projektion panelen är placerad i ena änden av skannern bar nära motivet huvudet platsen. Ämnen blicka tillbaka filmduk genom en spegel monterad på toppen av huvudet spolen. Bilderna projiceras på baksidan filmduk med en LCD-projektor utanför skannern rummet. Ljusstrålen från projektorn är riktad in i scannern rummet genom en RF-skärmad slang.

Eye tracking - Det är viktigt att veta var motivet är ute efter flera skäl. Ögonrörelser påverka ställningen för visuella stimuli på näthinnan, vilket påverkar visuella reaktioner i hjärnan. Ögonrörelser kan också användas som ett medel för att ha motivet visar en beteendevetenskaplig svar. Vi använder en metod som kallas "IR-video oculography" för att spåra ögonen. I denna metod är en infraröd kamera används för att spåra eleven. Den infraröda sändare och kameran är inbyggd i ett par specialdesignade glasögon. Dessa är samma glasögon som ger visuell stimulans. Data från glasögon behandlas av en dedikerad dator som omvandlar bilder av ögat till analoga signaler för horisontell och vertikal ögonläge.

Ämne Förberedelser

Dokumentation och Samtycke & ndash, Innan skanning, måste varje föremål fylla i flera olika former när det gäller säkerhet och samtycke.

Experimentell plan Sheet - Planen ark anger experimentell protokoll och sekvenser puls och i vilken ordning de körs.

Fysisk Förberedelser - När motivet är färdigt som ska skannas, är en av de första saker som de sätter i öronproppar för att skydda sin hörsel från högt och högfrekvent skanner buller. De satte även på MR-hörlurar till både kommunicera med patienterna i scannern och att leverera instruktioner och feedback under skanning sessionen.

Ämnet sätter i deras språkrör, som omfattar 1 / ^{16: e} tums linjer för juice leverans och respiratoriska gas övervakning.

Ämnet sätter på och justera MR kompatibla skyddsglasögon användas för visuell stimulering och ögonrörelser övervakning.

Ämnet ligger på skannerglaset och RF-spole är placerad över huvudet. Munstycket (bitebar) är ansluten till RF-batteriet för att förhindra huvudrörelser.

Den airpuff slang (1 / 6 tum tygon) är placerad nära ena ögat med hjälp av slangar (LOC-line).

Pulsen-oximeter finger klippet är ansluten till ett finger och säkras med tejp.

Scanning Förfarande

Puls sekvenser:

Strukturella: Vi använder T1-viktade bilder (strukturella bilder) som ger en tydlig definition av morfologi av försökspersonernas hjärnan. Ämnet ligger passivt och förblir så stilla som möjligt under denna fas, som varar ca 10 minuter.

Funktionell: Vi använder T2-viktade EPI sekvenser (funktionell bilder) för att visa förändringar i blodets syresättning som är korrelerade med neural aktivitet. Det är under denna fas som ämnet är utsatt för juice, airpuff och stimuli auditiva.

Anslutningar: Vi använde diffusion-viktade bilder (DWI) för att bestämma strukturella förbindelser mellan delar av hjärnan. Ämnet ligger helt enkelt stilla under denna fas.