İnsan Prefrontal Korteks gelen fMRI Sinyallerine Davranışsal Tepkiler ilişkilendirilmesi: Görev Analizi Bilişsel Süreçler incelenmesi

Aşağıdaki deneyin genel amacı, görsel uyaranlara verilen dikkat yanıtlarıyla ilgili MRI sinyallerini incelemektir. Bu, denekler duygusal Stroop uyaranlarına dikkat ederken tarama yapılarak gerçekleştirilir. Aynı zamanda, beyindeki sinyallerle korele edilecek davranışsal ölçüm olan uyaranlara verilen buton basma yanıtları kaydedilir.

Ek olarak, dikkat seçimini ölçebilmek için deneklerin göz hareketleri, tarayıcı içerisindeki bir göz takip cihazı ile kaydedilir. Uyaran yanıt görevi sırasındaki davranış ve fMRI sinyali arasındaki korelasyonların analizi sonucunda, inferior frontal gyrus aktivasyonu olduğunu gösteren sonuçlar elde edilir. Bu tekniğin pozitron emisyon tomografisi gibi diğer tekniklere göre temel avantajı, deneklerin iki saate kadar taranabilmesidir.

Bu sistem, frontal korteks inhibisyonu hakkında biraz daha fazla bilgi edinmemize yardımcı olur. Bu sistemin işlev bozukluğu, DEHB ve Tourette sendromu gibi çeşitli nöropatolojilerle ilişkilendirilmiştir. Bu deneye başlamadan önce, potansiyel katılımcıların bir çalışma onay formunun yanı sıra standart bir MRI tarama anketi doldurmaları gerekmektedir.

MRI için herhangi bir kontrendikasyonun bulunmadığından emin olunmalıdır. Evrak işlemleri tamamlandıktan sonra, deneğe antis görevi üzerine bir eğitim oturumu sağlayın. Burada, yeşil bir fiksasyon pro secod denemesini belirtir.

Katılımcıya, ekranın periferisinde sekiz ila 10 derecelik bir görsel açıda beliren hedefe bakmasını söyleyin. Kırmızı bir fiksasyon noktası, bir antis COD denemesini belirtir; katılımcıya, ekranın periferisinde yine sekiz ila 10 derecelik bir görsel açıda beliren hedefin aynadaki karşıt yönüne bakmasını söyleyin. Örneğin, sağda bir hedef belirirse, denek sola bakmalıdır.

Ardından, duygusal stroop görevi için eğitim sağlayın. Bu, yüz ifadelerini belirten tanımlayıcı kelimelerin bireysel yüz resimlerinin üzerine bindirildiği sözde olay ilişkili bir paradigmadır. Kelimeler, yüz tarafından betimlenen duyguyla ya uyumlu ya da uyumsuzdur.

Resimde, katılımcılara mutlu bir ifade veya kelimeyi, nötr bir ifade veya kelimeyi ya da üzgün bir ifade veya kelimeyi bildirmek için hangi düğmelere basacaklarını anlatın. Görev, katılımcılara ilgili düğmeye mümkün olduğunca hızlı basarak ya yüz ifadesini ya da yazılı kelimeyi bildirmelerini hatırlatan bir saniyelik yazılı bir talimat ekranıyla başlamalıdır. Bunu bir saniyelik bir fiksasyon haçı, ardından 250 milisaniye boyunca yüz stimülileri ve son olarak iki saniye boyunca bir yanıt görüntüsü takip eder.

Yanıt görüntüsü, katılımcıların yanıtlarını bildirmeleri için zaman tanımak amacıyla kullanılır. Fiksasyon haçının bir sonraki görsel sunumu, yanıt görüntüsünün bitiminden sonra başlar. Yüz kelime ifadelerinin farklı kombinasyonlarını içeren 15 alıştırma denemesi ekleyin.

Tarama kurulumuna başlamak için, öncelikle bilgisayar uyaranını MRI boşluğundaki bir ekranda odaklanmış bir görüntü olarak yansıtmak amacıyla dijital projeksiyon cihazını açın. Ardından katılımcıyı tarayıcı odasına alın ve işitme koruması sağlamak için kulak tıkacı ve kulaklık verin.

Deneyi sırtüstü yatırın ve başı baş bobininin merkezine yerleştirin. Katılımcının vücut ve baş pozisyonunu, baş hareketlerini kısıtlarken konfor sağlamak için yastıklar veya köpük desteklerle sabitleyin. Şimdi, baş bobinini yerleştirin.

Ardından, denekten aynaya bakarak doğrudan karşıya bakarken başını rahat bir şekilde eğmesini isteyin; yansıtılan görüntüyü yansıtan aynada gözler, iki saate kadar sürebilen tarama oturumu boyunca katılımcının konforunu korumak amacıyla mümkün olduğunca primer pozisyona yakın olmalıdır. Katılımcıya yansıtılan görüntünün odakta olup olmadığını sorun. Görüntü net değilse, görüntü netliğini artırmak için lensi yeniden ayarlayın.

Ardından, kızılötesi kameranın doğru konumda olduğundan emin olmak için göz takip cihazını kalibre edin. Korneadaki yansıma ideal değilse, kızılötesi kaynak ayarlanmalı veya katılımcının baş konumunun yakınındaki kızılötesi kaynağı yansıtan ayna yeniden hizalanmalıdır. Ayrıca, bu pozisyonu korumak için daha fazla köpük destek veya yastığa ihtiyaç duyup duymadıklarını denekle teyit edin.

Ekipman kurulumu tamamlandıktan sonra, katılımcının sağ eline bir acil durum iletişim sıkma topu, sol eline ise yanıt kutusunu yerleştirin. Ayrıca, anatomik taramalarda görünür olacak ve görüntülerin soldan sağa ters dönmediğinden emin olmaya yardımcı olacak bir E vitamini kapsülünü kulaklıkların sağ tarafına yerleştirin. Son olarak, yatağı kaldırarak MRI merkezine doğru kaydırın.

Kontrol odasına geçtiğinizde, katılımcının tarama oturumuna başlamaya hazır ve rahat olduğundan emin olmak için interkomu kullanın. Ayrıca, katılımcıya tarayıcı gürültülerinin yüksek olacağını hatırlatın. Bir yer belirleyici (localizer) taraması alarak başlayın.

Ardından tüm beyni kapsayan bir dizi anatomik kesit belirleyin. Tipik olarak aksiyal oblik kesitler kullanılmalıdır. Katılımcıya anatomik taramanın yaklaşık ne kadar süreceğini bildirin.

Bu işlem, belirlenen kesit sayısına bağlı olarak yaklaşık altı ila 10 dakika sürebilir. Alternatif olarak, anatomik tarama fonksiyonel taramalardan sonra gerçekleştirilebilir. Anatomik taramalar tamamlandıktan sonra, fonksiyonel bir sekans belirleyin ve katılımcıya stroop paradigması için görev talimatlarını hatırlatın.

Ardından, tüm düğme basışlarını kaydedecek şekilde tarayıcıyı ve paradigmayı senkronize olarak başlatın. Bu verilerin davranışsal paradigma ile ilişkilendirilebilmesi için, kızılötesi göz izleyiciyi kullanarak katılımcının yatay ve dikey göz pozisyonlarını izlediğinizden ve kaydettiğinizden emin olun. Daha sonra, denekle bir sonraki tarama sırasında anti Scho paradigmasının uygulanacağını paylaşın.

Ardından, senkronize edilmiş paradigm ile taramaya başlayın. Seçilen görüntüleme parametrelerine bağlı olarak tarama yaklaşık altı dakika sürecektir. Deneklerin uyuyabileceği ihtimaline karşı daha uzun süreli taramalardan kaçının.

Bu görüntüleme oturumunun tamamı, kurulum ve denek bazlı düzenlemeler için gereken süreye ve analiz için gerekli olan fonksiyonel tarama sayısına bağlı olarak 60 ila 120 dakika sürebilir. Bu deneyden elde edilen veriler, BrainVoyage veya qx gibi herhangi bir fMRI analiz paketi kullanılarak analiz edilebilir. Burada görülmektedir.

A acne veya SPM, yaygın olarak kullanılan diğer fMRI analiz programlarıdır. Fonksiyonel verilerden elde edilen istatistiksel haritalar, anatomik beyin görüntüleri üzerine bindirilmelidir. Bunu yapmak için öncelikle, görevdeki koşulların her biri için ayrı öngörücüler kullanarak, ilgilenilen beyin bölgelerini fonksiyonel olarak tanımlamak amacıyla genel doğrusal model veya GLM'yi kullanın.

İki tarama türü boyunca; uyumlu ve uyumsuz yüz talimatı ve kelime talimatı, antis, secod ve pros secod şeklinde olan şu öngörücüleri kullanın. Ardından, GLM karşılaştırmalarından elde edilen tüm aktive olmuş frontal bölgelerdeki sinyal yoğunluğunu inceleyin. Daha sonra tüm katılımcılar genelinde standartlaştırılmış BOLD sinyalini hesaplayın ve uyumsuz kelime yüz ifadesini uyumlu kelime yüzleri ile karşılaştırın.

Her iki koşul için ifadeler, nihayetinde ilgili denemelerde toplanan tepki süreleriyle ilişkilendirilir. Ardından GM'ler, her bir bireydeki beyin aktivitesini, spesifik denemeler için kendi tepki süreleriyle ilişkilendirir. Burada görülen görüntü, uyumsuz duygusal Stroop ile uyumlu koşullandırma arasındaki kontrast kullanılarak fonksiyonel olarak lokalize edilen sol inferior frontal gyrus'u veya IFG'yi göstermektedir.

Kelimeye odaklanma talimat seti sırasında; burada, yüz ifadesinin üzerine bindirilen duygusal kelimeyle uyumsuz olduğu durumlarda, yazılı kelimenin rapor edilmesinden kaynaklanan uyumsuzluğun daha yüksek BOLD sinyal yoğunluğu oluşturduğu görülmektedir. Solda, IFG uyumsuz ifadeler, uyumlu ifadelere kıyasla anlamlı derecede daha büyük BOLD sinyal değişimi göstermiştir.

Kelimeye dikkat et talimatı sırasında, uyumsuz-uyumlu karşıtlığı, tepki süreleri ile BOLD sinyal yoğunluğu arasında pozitif bir korelasyon göstermiştir. Bu grafik, altı koşulun her biri sırasındaki 10 denekten alınan tepki sürelerinin ve BOLD sinyalinin ortalamasıdır. Burada üst satır, bir deney bloğundaki deneme dizisinin şematik bir gösterimidir.

Alt bölüm, duygusal yüz ifadelerinde yer alan beyin bölgelerini belirlemek için kullanılan iki gama hemodinamik yanıt fonksiyonunun bir tasviridir. Bu prosedürü uygularken, taramalar arasında deneği kontrol etmeyi ve hareket artefaktlarını azaltmak için mümkün olduğunca hareketsiz kalmaları gerektiğini hatırlatmayı unutmamak önemlidir. İnferior frontal gyrus içindeki zamanlama etkilerini incelemek için manyetik ensefalografi gibi diğer teknikler de kullanılabilir.