Brain Imaging Untersuchung der beeinträchtigende Wirkung von Emotion auf Kognition

Neuroscience

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Summary

Wir präsentieren ein Protokoll, das Untersuchung der neuronalen Mechanismen der Vermittlung der nachteiligen Auswirkungen von Emotionen auf Kognition, mit Hilfe der funktionellen Magnetresonanztomographie ermöglicht. Dieses Protokoll kann sowohl mit gesunden und klinischen Teilnehmern verwendet werden.

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Wong, G., Dolcos, S., Denkova, E., Morey, R., Wang, L., McCarthy, G., Dolcos, F. Brain Imaging Investigation of the Impairing Effect of Emotion on Cognition. J. Vis. Exp. (60), e2434, doi:10.3791/2434 (2012).

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Abstract

Emotionen können Erkenntnis durch Ausüben sowohl die Verbesserung (zB besseres Gedächtnis für emotional events) und Beeinträchtigung (z. B. erhöhte emotionale Ablenkbarkeit) Effekte (Übersicht in 1) Wirkung. Ergänzend zu unseren jüngsten Protokoll 2 beschreibt eine Methode, die Untersuchung der neuronalen Korrelate des Memory-Effekt der Emotion (siehe auch 1, 3-5), hier haben wir ein Protokoll, das Untersuchung der neuronalen Korrelate der nachteiligen Auswirkungen der gegenwärtigen erlaubt erlaubt Emotionen auf Kognition. Das wichtigste Merkmal dieser Methode ist, dass sie die Identifizierung der gegenseitigen Modulationen zwischen Aktivität in einer ventralen Nervensystem, in "heiße" Emotion-Verarbeitung (HotEmo System) und eine dorsale System beteiligt sind, in höheren Ebene "kalten" beteiligt ermöglicht kognitive / executive Verarbeitung (Coldex System), die kognitive Leistungsfähigkeit und individuelle Variationen im Verhalten (besprochen in 1) verbunden sind. Seit der ersten introduction 6 hat diesen Entwurf als besonders vielseitig und einflussreichsten in der Aufklärung der verschiedenen Aspekte der neuronalen Korrelate der nachteiligen Auswirkungen der emotionalen Ablenkung auf die Kognition, mit einem Fokus auf das Arbeitsgedächtnis (WM), und der Umgang mit solchen Ablenkung 7,11 , sowohl bei gesunden 8-11 und klinischen Teilnehmer 12-14.

Protocol

I. Aufgabe Design, Stimuli und experimentelles Protokoll

  1. Die grundlegende Aufgabe dieses Protokolls ist eine verzögerte Reaktion WM-Aufgabe, bei der neuen Aufgabe-irrelevant emotionalen und neutralen Distraktoren während der Verzögerungs-Intervall zwischen den Memoranden und Sonden (siehe Abbildung 1 für Diagramm, das die ursprüngliche Aufgabe) präsentiert werden. Event-Related fMRI-Daten werden aufgezeichnet, während die Teilnehmer diese Aufgabe durchzuführen. Scrambled Versionen der tatsächlichen Distraktoren kann auch als Wahrnehmungs-Kontrollen, die identisch grundlegende Eigenschaften (z. B. räumliche Frequenz und Luminanz) verwendet werden.

Abbildung 1
Abbildung 1. Allgemeines Schema der Delayed-Response Arbeitsgedächtnisaufgabe mit Ablenkung (ab 6, mit Genehmigung). Drei Gesichter sind in den Aufzeichnungen verwendet, um stark engagieren dorsalen Executive-System, und Paare von Roman Distraktoren verwendet werden, um die IMPAC erhöhent emotionaler Ablenkung auf WM Leistungsfähigkeit und Aktivität des Gehirns. Die Auswirkungen der emotionalen Distraktoren können auch durch die Vorlage der Bilder in Farbe (nicht dargestellt), und durch Paarung Distraktoren mit ähnlichen emotionalen und semantischen Gehalt erhöht werden. In diesem Zusammenhang sollte vor allem darauf geachtet, auch passend emotionale und neutrale Bilder in grundlegenden Eigenschaften, wie z. B. Helligkeit und räumliche Frequenz 15, zu vermeiden, die Einführung möglichst verwechselt werden. Die Teilnehmer sind angehalten, ihren Fokus auf die WM Aufgabe erhalten, während noch die Verarbeitung der Distraktoren, und schnelle und präzise Antworten auf die Sonden machen, indem Sie eine Antwort-Taste (1 = Alt, 2 = Neu). Für Stimuluspräsentation verwendeten wir CIGAL ( http://www.nitrc.org/projects/cigal/ ). Die Memoranden und Sonden können in Farbe oder schwarz-weiß dargestellt werden.

  1. Es wird empfohlen, dass das Geschlecht der Gesichter in den Memoranden ausgewogenen Proportionen von Männern (50%) und f hatemales (50%). Ähnliche ausgewogenes Verhältnis gilt auch für die Alten (50%) und New (50%) Sonden geraten. Z. B. die Ähnlichkeit der Gesichtszüge unter Gesichter aus demselben Memorandum und ihre Ähnlichkeit mit den Sonden und / oder durch die Manipulation der Anwesenheit / Abwesenheit - Die Schwierigkeit der WM Aufgabe kann durch die Änderung dieser Verhältnisse und / oder durch Variation anderer Faktoren variiert werden von extra-Gesichtszüge in die Memoranden (siehe auch den Film). Neben Gesichtern, können auch andere Reize auch als Memoranden und Sonden 9 verwendet werden.
  2. Es wird empfohlen, dass 30-40 Versuche pro Bedingung 6, 11 mit diesem Design verwendet werden, obwohl aufgrund seiner Stabilität als "langsamen" Design robust fMRI-Signal kann auch mit weniger Versuchen erhalten werden (siehe Ergänzende Materialien aus 6). Dies ermöglicht Sammlung von fMRI-Daten in ~ 1,5-2 Stunden., Die möglich ist, sowohl bei gesunden und klinischen Teilnehmer bedienen ist. Trotz seiner geringen Nachteil aufgrund der relativ geringen Anzahl von Versuchendas kann im Vergleich zu "schnelllebigen"-Designs einbezogen werden, weist dieser Entwurf die Vorteile der Erlangung stabiler Single-Studie fMRI-Signal und eine bessere Trennung des Signals mit einzelnen Studien verbunden und innerhalb Studie Stimuli / Phasen, die auch für die funktionale Vorteil Konnektivität analysiert.
  3. Variation der Distraktoren Typ trägt auch die Vielseitigkeit dieses Design, durch Anpassung entsprechend der Ziele der Untersuchungen und der Zielgruppen. Emotional und neutralen Distraktoren in der ursprünglichen Konstruktion 6 wurden von der International Affective Picture System 16 ausgewählt, aber ähnliche Effekte auch mit anderen neuen Reize, die wirksam sind als Distraktoren 12, und / oder mit Manipulationen, die die Empfindlichkeit der WM Aufgabe erhöht werden muss Erkennen Verhaltensunterschiede (zB indem zusätzlich das Vertrauen der Teilnehmer in ihren Reaktionen) 11.
  4. Zum Beispiel in einer aktuellen Studie in der Nachkriegszeit habenterans mit oder ohne posttraumatische Belastungsstörung (PTBS) 12 wurden die emotionalen IAPS Bilder induzieren allgemeinen negativen Emotionen mit Kampf-bezogene Bilder ersetzt. Diese Bilder wurden erwartet, dass Emotionen, die speziell zur Bekämpfung von im Zusammenhang mit Traumata verbunden sind, und damit effektiver Distraktoren im Kampf ausgesetzt Kohorten, insbesondere in der PTSD-Gruppe sein zu induzieren. Darüber hinaus Reize, induzieren spezifische negative Emotionen (zB Angst) oder emotional positive Reize können auch als Distraktoren verwendet werden. Zum Beispiel steht die Anzeige ängstlich Ausdrücke konnten soziale Angst auslösen und damit wirksam sein bei der Untersuchung der Auswirkungen von transienten beunruhigenden Ablenkung auf WM 11. Auch können ähnliche Effekte mit positiven Distraktoren 17 gefunden werden.
  5. Schließlich können in Verbindung mit anderen Maßnahmen (zB Verhaltens-und Persönlichkeits-bezogen) dieses Paradigma auch verwendet werden, zu untersuchen, Beziehungen zwischen Hirnaktivität und individuelle Unterschiede werden Unterschiede in verschiedenen Aspekten, die kognitive Leistungsfähigkeit beeinflussen bei dieser Aufgabe 8, 10, 11.

II. Vorbereitung der Betreff für die Scan

Alle Teilnehmer sollten eine schriftliche Einverständniserklärung vor stellen der Ausführung des experimentellen Protokolls, das von einem Ethikrat genehmigt werden sollten.

Vor dem Eintritt in die Scanning Zimmer

  1. Am Tag des Scannens, ist Teilnehmer der aktuellen affektiven Zustand beurteilt, um die Wirkung der Stimmung auf der WM Aufgabe mit Ablenkung zu kontrollieren. In Verbindung mit Post-Scan-Assessments können diese ersten Auswertungen auch Bildschirm für die Veränderungen in der Stimmung verwendet als Folge der Teilnahme an der Studie 11.
  2. Vor der Prüfung wird der Teilnehmer ausführlich über die Scan-Verfahren informiert und erhält spezifische Anweisungen für das Verhalten Aufgabe. Der Teilnehmer vervollständigt auch eine kurze Trainingseinheit mit der Aufgabe vertraut zu machen.
e_step "> Eingabe der Scan-Zimmer

  1. Der Teilnehmer befindet sich in Rückenlage auf dem Scan-Bett, mit zusätzlicher Polsterung für den Kopf, um Komfort während des Scans zu gewährleisten und zu minimieren Bewegung. Zur weiteren Minimierung Kopfbewegung kann der nicht-klebenden Seite mit einer Länge von Klebeband leicht rund um das Thema auf die Stirn gewickelt werden. Themen sind Gehörschutz sowie Isolation Kopfhörer gegeben, mit der Experimentator während der MRT-Untersuchung zu kommunizieren.
  2. Das Thema der rechten Hand ist bequem über die Antwort-Box positioniert. Vor Beginn der Datenerhebung ist es entscheidend, um sicherzustellen, dass die Antwort-Tasten richtig funktionieren und dass das Thema kann die Projektion deutlich sehen, für Stimulus-Präsentation. Ein Not-Aus-Taste ist ebenfalls in der Nähe, so platziert, dass das Subjekt keine dringende Notwendigkeit, um den Scanner Halts anzuzeigen.

Im Anschluss an die Sitzung zum Scannen

  1. Zusätzliche Aufgaben können zur weiteren Verhaltens assessmen verwendet werdents - zB um festzustellen, Teilnehmer Sensibilität für die Distraktoren, indem man die emotionale Valenz / Intensität der Distraktoren und / oder die subjektiv wahrgenommenen Ablenkbarkeit der Distraktoren. Diese Bewertungen können verwendet werden, um die subjektive Wahrnehmung von emotionalen Reizen während des Scans verwendet sicherzustellen, werden repliziert bisherigen Effekte in der Literatur dargestellt und individuelle Unterschiede in den Bewertungen können verwendet werden, um deren Einfluss auf die neuronalen Mechanismen der Vermittlung der schädlichen Wirkung von Emotionen auf Kognition 6 untersucht werden , 8.
  2. Assessments von Persönlichkeitsmerkmalen (zB Ängstlichkeit, emotionale Reaktivität) kann auch nach der MRT-Untersuchung durchgeführt werden, wenn nicht vor dem Scannen 11 durchgeführt.

III. Datenerfassung und Analyse

Scanparametern

In der ursprünglichen Studie 6, sammelten wir MRT-Daten mit einem 4 Tesla General Electric-Scanner für MRI-Aufnahmen, sondern auch für die weitere recHNO-Versionen der Aufgabe waren wir auch erfolgreich im Sammeln MRT-Daten mit einem 1,5 T Scanner 11. In der 4T-Scanner-Serie von 30 funktionalen Schichten (Voxel size = 4 x 4 x 4 mm) erworben wurden axial mit einem Invers-Spiral-Puls-Sequenz (TR = 2000 ms, TE = 31 ms; Sichtfeld = 256 x 256mm) , so dass für das Gesamtjahr Gehirn Abdeckung. Ebenso in der 1,5-Scanner-Serie von 28 funktionalen Schichten (Voxel size = 4 x 4 x 4 mm), erworben wurden axial mit einem echoplanar Sequenz (TR = 2000 ms, TE = 40 ms; Sichtfeld = 256 x 256 mm ). Hochauflösende strukturelle Bilder wurden auch in axialer Ausrichtung erworben (in-plane-Auflösung = 1 mm 2; anatomisch-funktionalen Verhältnis = 4:1).

Data Analysis

Wir verwenden Statistische Parametric Mapping (SPM: http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/ ) in Kombination mit in-house Matlab-basierten Tools. Pre-Verarbeitung beinhaltet typische Schritte: Qualitätssicherung *, TR aersatz-, Bewegungs-Korrektur, Co-Registrierung, Normalisierung, und Glättung (mit einer 8 x 8 x 8 mm-Kernel), * grundlegende Qualitätssicherung beteiligt visuelle Inspektion der Daten auf grobe Bewegungen der Teilnehmer und Bewegung im Zusammenhang mit Artefakten in der Erkennung Daten, sowie die Identifizierung von Volumes mit ungewöhnlichen Spitzen in der MR-Signal. Individual-und Gruppen-Ebene statistische Analysen beinhalten Vergleiche der Hirnaktivität nach Distraktor Art (emotional vs neutral Ablenkung). Darüber hinaus Korrelationen der Bildgebung des Gehirns Daten mit subjektiven oder objektiven Maßnahmen der Ablenkbarkeit (zB emotionale und Ablenkbarkeit Bewertungen und Arbeitsspeicher Leistung) 6,8,11 und / oder Noten Indizierung Persönlichkeit Maßnahmen (zB Ängstlichkeit) 11 kann auch durchgeführt werden, zu untersuchen, wie die Gehirnaktivität Zusammenarbeit variiert mit individuellen Unterschieden in diese Maßnahmen. Die Analysen in allen unseren Studien mit diesem Protokoll haben in der Regel auf Aktivität während der Verzögerungs-Intervall, WHE beobachtet konzentriertn der Distraktoren präsentiert werden, aber die Aktivität auf andere Ereignisse zeitlich gesperrt (zB Sensoren) können ebenfalls untersucht werden.

IV. Repräsentative Ergebnisse

Abbildung 2
Abbildung 2. Gegenüber Aktivitätsmuster in der ventralen vs Dorsal-Brain-Systeme in Gegenwart von Emotional Distraction (ab 6, mit Genehmigung). Emotional Distraktoren produziert eine verstärkte Aktivität in ventralen affektive Hirnregionen (rote Flecken), wie der ventrolateralen präfrontalen Kortex (vlPFC) und Amygdala (nicht dargestellt), bei der Produktion verringerte Aktivität in dorsalen Executive Hirnregionen (blau Blobs), wie dorsolateralen präfrontalen Kortex (DLPFC) und lateralen parietalen Kortex (LPC). Das zentrale Bild zeigt die Aktivierung Karten der direkten Kontrast zwischen den im Vergleich zu den am wenigsten störenden Bedingungen (dh, emotional vs Rührei), auf einem hochauflösenden Bild des Gehirns in eine seitliche angezeigt überlagertAnsicht der rechten Hemisphäre. Die Farbe horizontalen Balken an der Unterseite des Gehirns Bild zeigt die Steigung der t-Werte der Aktivierung Karten. Die Linie Diagramme zeigen den zeitlichen Verlauf der Aktivität in repräsentativen dorsalen und ventralen Hirnregionen (angezeigt durch farbkodierte Pfeile). Der graue rechteckige Kästchen oberhalb der x-Achse zeigt den Beginn und die Dauer der Memoranden, Distraktoren und Sonden, jeweils. FFG = Gyrus fusiformis.

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Discussion

Das experimentelle Design zur Verfügung gestellt ersten bildgebenden Beweis, dass die schädliche Wirkung der emotionalen Ablenkung auf dem laufenden kognitive Prozesse gegenseitige Modulationen zwischen den HotEmo ventralen Nervensystem und die Coldex dorsalen System mit sich bringt. Dieser dorso-ventralen Dissoziation wurde zu einer Beeinträchtigung der WM Leistung in Gegenwart von emotionaler Ablenkung 6 verbunden, wurde systematisch in normalen 8-11, 12-14 klinischen repliziert und anderen veränderten Bedingungen, wie Schlafentzug 10 und Stress 18. Wichtig ist, wurde auch gezeigt, um genau zu sein, um emotionale, positive und negative 17, aber nicht neutral Ablenkung 8, 19. Aufgrund seiner Vielseitigkeit kann dieses Protokoll und seine Varianten in der Untersuchung der neuronalen Korrelate zu reagieren und die Bewältigung emotionaler Ablenkung in gesunden und klinischen Gruppen verwendet werden. Im letzteren Kohorte erlaubt es identificATION der zugrunde liegenden Mechanismen der verschärfte Auswirkungen emotionaler Ablenkung in Angststörungen beobachtet, die mit einer erhöhten emotionalen Ablenkbarkeit (zB PTSD, soziale Phobie) 12,20 verbunden sind. Der Erfolg dieses Protokoll beruht auf der Möglichkeit, gleichzeitig zu erkunden Aktivität in emotion-und Kognition im Zusammenhang Hirnregionen und ihre Wechselwirkungen sowie auf ihre Anpassungsfähigkeit an die Spezifität des emotionalen Ablenkung nach den Zielen der Untersuchungen auszuwählen.

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Disclosures

Keine Interessenskonflikte erklärt.

Acknowledgements

FD wurde von einem Young Investigator Award von der US National Alliance for Research on Schizophrenia and Depression und eine KPRF Award von dem Kanadischen Psychiatric Research Foundation unterstützt.

References

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