Investigação por imagem do cérebro o efeito prejudicial da emoção sobre a Cognição

Published 2/01/2012
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Neuroscience

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Summary

Apresentamos um protocolo que permite a investigação dos mecanismos neurais mediando o impacto negativo da emoção na cognição, utilizando ressonância magnética funcional. Este protocolo pode ser usado com participantes saudáveis ​​e clínicos.

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Wong, G., Dolcos, S., Denkova, E., Morey, R., Wang, L., McCarthy, G., et al. 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

Emoções podem afetar a cognição, exercendo tanto o aumento (por exemplo, uma melhor memória para eventos emocionais) e prejudicar (por exemplo, o aumento da distração emocional) efeitos (revisto em 1). Complementando nosso protocolo últimos dois descrevem um método que permite investigação dos correlatos neurais do efeito memória de aumento de emoção (ver também 1, 3-5), aqui apresentamos um protocolo que permite investigação dos correlatos neurais do impacto negativo da emoção na cognição. A principal característica deste método é que ele permite a identificação das modulações recíprocas entre a atividade em um sistema neural ventral, envolvida na "quente" a emoção de processamento (HotEmo sistema), e um sistema dorsal, envolvido em "frio" de nível superior cognitivo / executiva processamento (ColdEx sistema), que estão ligadas ao desempenho cognitivo e às variações individuais no comportamento (revisto em 1). Desde sua introdu inicialction 6, este projeto tem-se revelado particularmente versáteis e influentes na elucidação de vários aspectos sobre os correlatos neurais do impacto negativo de distração emocional sobre a cognição, com foco na memória de trabalho (WM), e de lidar com a distração, tais 7,11 , em ambos os saudáveis ​​11/08 e clínicas participantes 12-14.

Protocol

I. Projeto de tarefas, estímulos, e protocolo experimental

  1. A tarefa básica deste protocolo é um atraso de resposta tarefa WM, onde novas tarefas irrelevantes distratores emocionais e neutros são apresentados durante o intervalo de atraso entre os memorandos e sondas (ver Figura 1 para o diagrama que ilustra a tarefa original). Relacionados a eventos de dados fMRI são registrados enquanto os participantes executar esta tarefa. Scrambled versões do distratores real também pode ser usado como controle perceptual, que têm idênticas propriedades básicas (freqüência, por exemplo espacial e luminosidade).

Figura 1
Figura 1. Diagrama geral da tarefa de memória Delayed-Response Trabalhando com Distração (de 6, com permissão). Três faces são utilizadas na exposição, a fim de envolver fortemente o sistema executivo dorsal, e pares de distratores romance são utilizados a fim de aumentar a Impact de distração emocional sobre WM desempenho e atividade cerebral. O impacto de distratores emocionais também pode ser aumentada, apresentando as imagens em cores (não mostrado), e por sorteio distratores com conteúdo emocional e semântica similar. Neste contexto, especial atenção deve ser dada a partida também imagens emocionais e neutros em propriedades básicas, como brilho e freqüência espacial 15, para evitar a introdução confunde possível. Os participantes são orientados a manter seu foco na tarefa WM enquanto ainda está processando a distratores, e para dar respostas rápidas e precisas para as sondagens, pressionando um botão de resposta (1 = Velha, 2 = Novo). Para a apresentação do estímulo, usamos CIGAL ( http://www.nitrc.org/projects/cigal/ ). Os memorandos e sondas podem ser apresentados a cores ou a preto e branco.

  1. É aconselhável que o sexo dos rostos na exposição tem proporções equilibradas do sexo masculino (50%) e females (50%). Proporção equilibrada semelhante também é recomendado para o Velho (50%) e (50%) New sondas. A dificuldade da tarefa WM pode ser variado alterando as proporções e / ou pela variação de outros fatores - por exemplo, a semelhança das características faciais entre os rostos de memorando mesma e sua semelhança com as sondas, e / ou através da manipulação da presença / ausência de extra-facial apresenta na exposição (ver também o filme). Além de rostos, outros estímulos também pode ser usado como memorandos e sondas 9.
  2. Recomenda-se que os ensaios 30-40 por condição 6, 11 ser usado com este projeto, embora dada a sua estabilidade como um sinal de design "slow-paced" fMRI robusta também pode ser obtida com ensaios menos (veja Materiais suplementares de 6). Isto permite a recolha de dados fMRI em ~ 1,5-2 horas., Que é viável para uso em participantes saudáveis ​​e clínicos. Apesar de sua pequena desvantagem devido ao número relativamente menor de ensaiosque podem estar envolvidos em relação ao "fast-paced" designs, este projeto tem a vantagem de obter sinal de fMRI mais estável de um único ensaio e melhor separação do sinal associada com estudos individuais e dentro de estímulos julgamento / fases, que também são vantajosos para funcionais análises de conectividade.
  3. Variação do tipo de distratores também contribui para a versatilidade deste projeto, adaptando-o de acordo com os objetivos das investigações e as populações-alvo. Distratores emocionais e neutros no projeto original 6 foram selecionados a partir do International Affective Picture System 16, mas efeitos similares podem ser obtidos com estímulos outros novos que são eficazes como distratores 12, e / ou com manipulações que aumentam a sensibilidade da tarefa na WM detecção de diferenças comportamentais (por exemplo, avaliando também a confiança dos participantes em suas respostas) 11.
  4. Por exemplo, em um estudo recente no pós-guerra veterans com ou sem pós-traumático (PTSD) 12, as imagens emocionais IAPS induzindo geral emoções negativas foram substituídas por imagens combate relacionados. Estas imagens eram esperados para induzir emoções que são mais especificamente ligados ao combate, traumas, e, portanto, ser distratores mais eficaz no combate expostas coortes, particularmente no grupo de PTSD. Além disso, estímulos que induzem emoções negativas específicas (por exemplo, ansiedade) ou estímulos emocionalmente positivos podem também ser usados ​​como distratores. Por exemplo, rostos exibindo expressões medo poderia induzir a ansiedade social, e, portanto, ser eficaz em investigar o impacto de distração indutores de ansiedade transitória na WM 11. Além disso, efeitos semelhantes podem ser encontrados com distratores positiva 17.
  5. Finalmente, em conjunto com outras medidas (por exemplo, comportamentais e de personalidade relacionados), este paradigma também pode ser usado para investigar relações entre a atividade cerebral e individuais diferem diferenças em vários aspectos que afetam o desempenho cognitivo nesta tarefa 8, 10, 11.

II. Preparando o assunto para a digitalização

Todos os participantes devem fornecer consentimento informado por escrito antes da execução do protocolo experimental, que deve ser aprovado por um Conselho de Ética.

Antes de entrar no quarto de digitalização

  1. No dia da varredura, o estado atual do participante é avaliado afetiva, para controlar o efeito de humor na tarefa WM com distração. Em conjunto com avaliações pós-digitalização, essas avaliações inicial pode ser também usado para triagem de alterações no humor, como resultado da participação no estudo 11.
  2. Antes da digitalização, o participante é informado com detalhes dos procedimentos de verificação, e é dado instruções específicas para a tarefa comportamental. O participante também completa uma curta sessão de treinos para se familiarizar com a tarefa.
e_step "> Ao entrar no quarto de digitalização

  1. O participante encontra-se em decúbito dorsal sobre a mesa de digitalização, com amortecimento adicional para a cabeça, para assegurar o conforto durante a verificação e minimizar o movimento. Para minimizar ainda mais o movimento da cabeça, o lado não-adesiva de um comprimento de fita pode ser enrolado em torno de leve na testa do sujeito. Assuntos são dadas a proteção de ouvido, bem como fones de ouvido de isolamento para se comunicar com o pesquisador durante o exame de ressonância magnética.
  2. Mão direita do sujeito é posicionado confortavelmente na caixa de resposta. Antes de iniciar a coleta de dados, é fundamental para se certificar de que os botões de resposta funciona corretamente e que o sujeito pode ver a tela de projeção claramente para apresentação do estímulo. Um botão de parada de emergência também é colocado nas proximidades, de modo que o assunto pode indicar qualquer necessidade urgente de parar o scanner.

Após a sessão de digitalização

  1. Tarefas adicionais podem ser usadas para outros AVALIAÇÃO comportamentaists - por exemplo, para determinar a sensibilidade dos participantes para os distratores, por ranking da valência emocional / intensidade de distratores e / ou a distração subjetivamente percebido dos distratores. Estas avaliações podem ser usados ​​para garantir que a percepção subjetiva de estímulos emocionais usado durante a verificação replica efeitos anteriores mostrado na literatura, e as diferenças individuais nas avaliações podem ser usados ​​para investigar a sua influência sobre os mecanismos neurais mediando o efeito prejudicial das emoções sobre a cognição 6 , 8.
  2. Avaliações de traços de personalidade (por exemplo, traço de ansiedade, reatividade emocional) também pode ser feita após a ressonância magnética, se não for realizada antes da digitalização 11.

III. A gravação de dados e análise

Digitalização Parâmetros

No estudo original 6, coletamos dados de MRI usando um scanner 4 Tesla Geral Elétrica para gravações de ressonância magnética, mas para os mais recrentes versões da tarefa que também foram sucesso na coleta de dados de ressonância magnética com um scanner de 1,5 T 11. No 4T scanner série, de 30 fatias funcional (voxel size = 4 x 4 x 4 mm) foram adquiridas axialmente com uma seqüência de pulsos espiral inversa (TR = 2.000 ms; TE = 31 ms; campo de visão = 256 x 256 milímetros) , permitindo assim full-cérebro cobertura. Da mesma forma, nos 1,5 scanner série, de 28 fatias funcional (voxel size = 4 x 4 x 4 mm), foram adquiridas axialmente com uma seqüência echoplanar (TR = 2000 ms; TE = 40 ms; campo de visão = 256 mm x 256 ). Imagens de alta resolução estruturais também foram adquiridos na orientação axial (in-plane resolution = 1 mm 2; anátomo-funcionais ratio = 4:1).

Análise de Dados

Usamos Statistical Parametric Mapping (SPM: http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/ ) em combinação com as ferramentas Matlab baseado em casa. Pré-processamento envolve etapas típicas: Garantia de qualidade *, um TRlignment correção de movimento, co-registro, normalização e suavização (usando um 8 x 8 x 8 mm Kernel) * garantia de qualidade básicos envolvidos inspeção visual dos dados, para detectar movimentos brutos dos participantes e do movimento relacionados com artefatos no dados, bem como a identificação de volumes com picos incomuns no sinal MR. Individuais e de grupo em nível de análises estatísticas envolvem comparações de atividade cerebral de acordo com o tipo distracter (distração emocional versus neutra). Além disso, correlações de dados de imagem cerebral com medidas subjetivas ou objetivas de distração (eg ratings, emocional e distração e desempenho da memória de trabalho) 6,8,11 e / ou as pontuações medidas de personalidade indexação (por exemplo, ansiedade-traço) 11 também pode ser realizada, para investigar como a atividade do cérebro co-varia de acordo com as diferenças individuais nessas medidas. Análises em todos os nossos estudos usando este protocolo tem normalmente se concentram na atividade observada durante o intervalo de atraso, when os distratores são apresentados, mas a atividade em tempo bloqueado para outros eventos (por exemplo, sondas) também pode ser investigado.

IV. Resultados representante

Figura 2
Figura 2. Padrão oposto da Atividade nos Sistemas Cérebro Ventral vs Dorsal na Presença de Distração Emocional (de 6, com permissão). Distratores emocionais produzidos aumento da actividade em regiões do cérebro ventral afetiva (bolhas vermelhas), como o córtex pré-frontal ventrolateral (vlPFC) e amígdala (não mostrado), ao produzir diminuição da atividade em regiões do cérebro dorsal executivo (bolhas azuis), como o córtex pré-frontal dorsolateral (CPFDL) e lateral do córtex parietal (LPC). A imagem central mostra mapas de ativação do contraste direto entre a maioria dos contra as condições menos distrair (ie, emocional versus mexidos), sobreposta a uma alta resolução de imagem cerebral exibido em um lateralvista do hemisfério direito. As barras de cores horizontal na parte inferior da imagem do cérebro indicam o gradiente de valores t dos mapas de ativação. Os gráficos de linha mostram a evolução no tempo da atividade em regiões do cérebro representante dorsal e ventral (indicado por setas codificadas por cores). As caixas de cinza retangular acima do x-eixos indicam o início e duração dos memorandos, distratores, e sondas, respectivamente. FFG = giro fusiforme.

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Discussion

Este projeto experimental forneceu evidências iniciais de imagens do cérebro que o efeito prejudicial de distração emocional sobre os processos em curso cognitiva implica modulações recíprocas entre o sistema neural HotEmo ventral e dorsal do sistema ColdEx. Essa dissociação dorso-ventral foi ligada ao desempenho WM prejudicada na presença de distração emocional 6, tem sido sistematicamente replicados em condições normais de 11/08, 14/12 clínica, e outras condições alteradas, tais como a privação do sono e estresse 10 18. Importante, ele também foi mostrado para ser mais específico a 17, emocionais positivos e negativos, mas não para distração neutro 8, 19. Dada a sua versatilidade, este protocolo e suas variantes podem ser usados ​​na investigação dos correlatos neurais de responder e lidar com a distração emocional em ambos os grupos saudável e clínicos. Na última coorte, permite identificção dos mecanismos subjacentes ao impacto emocional exacerbado de distração observadas nos transtornos de ansiedade, que são associados com aumento da distração emocional (eg, PTSD, fobia social) 12,20. O sucesso deste protocolo baseia-se na possibilidade de, simultaneamente, explore a atividade de cognição-emoção-relacionadas e regiões do cérebro e de suas interações, bem como sobre a sua adaptabilidade para selecionar a especificidade de distração emocional de acordo com os objetivos das investigações.

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Disclosures

Não há conflitos de interesse declarados.

Acknowledgements

FD foi apoiado por um Young Investigator Award da Aliança Nacional dos EUA para a Pesquisa sobre Esquizofrenia e Depressão e um Prêmio CPRF da Fundação de Pesquisa Psiquiátrica Canadense.

References

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