Investigation d'imagerie cérébrale de l'effet de nuire à l'émotion sur la cognition

Neuroscience

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Summary

Nous présentons un protocole qui permet l'étude des mécanismes neuraux de l'impact néfaste de l'émotion sur la cognition, en utilisant l'imagerie par résonance magnétique. Ce protocole peut être utilisé avec les participants à la fois sain et cliniques.

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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

Les émotions peuvent avoir un impact à la fois la cognition, en exerçant l'amélioration (par exemple, une meilleure mémoire des événements émotionnels) et nuire (par exemple, augmenté distractibilité émotionnels) des effets (revue en 1). Complétant notre récent protocole 2 décrit une méthode qui permet enquête sur les corrélats neuraux de l'effet mémoire d'amélioration de l'émotion (voir aussi 1, 3-5), ici nous présenter un protocole qui permet enquête sur les corrélats neuraux de l'impact négatif de l'émotion sur la cognition. La principale caractéristique de cette méthode est qu'elle permet l'identification des modulations réciproques entre activité dans un système ventral de neurones, impliqués dans «chaud» traitement des émotions (HotEmo système), et un système dorsal, impliquée dans «froid» de haut niveau cognitif / exécutif traitement (COLDEX système), qui sont liés aux performances cognitives et à des variations individuelles dans les comportements (revue en 1). Depuis sa première introduction 6, cette conception s'est avérée particulièrement polyvalent et influente dans l'élucidation des différents aspects concernant les corrélats neuraux de l'impact négatif de la distraction émotionnels sur la cognition, avec un accent sur ​​la mémoire de travail (WM), et de faire face à la distraction tels 7,11 , dans les deux sains 8-11 et cliniques participants 12-14.

Protocol

I. Conception des tâches, des stimuli, et le protocole expérimental

  1. La mission fondamentale de ce protocole est une tâche retardée-réponse WM, où de nouvelles tâches non pertinentes distracteurs émotionnels et neutres sont présentées pendant le délai entre les protocoles et les sondes (voir la Figure 1 pour diagramme illustrant la tâche d'origine). Événement données relatives IRMf sont enregistrées alors que les participants d'effectuer cette tâche. Brouillés versions de la distraction réelle peut aussi être utilisé comme contrôle perceptuel, qui ont les mêmes propriétés de base (par exemple, la fréquence spatiale et de la luminance).

Figure 1
Figure 1. Schéma général de la mission retardée réponse mémoire de travail avec les Distraction (à partir de 6, avec permission). Trois visages sont utilisés dans les protocoles en vue d'engager fermement le système de direction dorsale, et des paires de distracteurs roman sont utilisés afin d'augmenter l'impact de distraction émotionnelle sur les performances WM et l'activité cérébrale. L'impact de distracteurs émotionnels peuvent également être augmentée par la présentation des images en couleur (non représenté), et par appariement avec des distracteurs contenu émotionnel et sémantique similaire. Dans ce contexte, une attention particulière devrait être accordée aux images correspondent aussi émotionnels et neutres dans les propriétés de base, tels que la luminosité et la fréquence spatiale 15, pour éviter d'introduire confond possible. Les participants sont chargés de maintenir leur attention sur la tâche tout en continuant le traitement WM les distracteurs, et de faire des réponses rapides et précises pour les sondes en appuyant sur un bouton de réponse (1 = Ancien, 2 = Nouveau). Pour la présentation du stimulus, nous avons utilisé CIGAL ( http://www.nitrc.org/projects/cigal/ ). Les mémoires et les sondes peuvent être présentées en couleur ou en noir & blanc.

  1. Il est conseillé que le sexe des visages dans les mémorandums a des proportions équilibrées des hommes (50%) et females (50%). Similaires proportion équilibrée est également conseillé pour le Vieux (50%) et New (50%) des sondes. La difficulté de la tâche WM peut être modifiée en changeant les proportions et / ou en faisant varier les autres facteurs - par exemple, la similitude des traits du visage parmi les visages de même mémorandum et leur similitude avec les sondes et / ou en manipulant la présence / absence des extra-faciales caractéristiques dans les mémorandums (voir aussi le film). En plus de visages, d'autres stimuli peuvent également être utilisés comme des mémorandums et des sondes de 9.
  2. Il est recommandé que les essais 30-40 par la condition 6, 11 être utilisé avec cette conception, bien que compte tenu de sa stabilité en tant que "rythme lent" signal IRMf conception robuste peut également être obtenu avec moins d'essais (voir Matériaux supplémentaires de 6). Ceci permet la collecte de données IRMf dans ~ 1,5 à 2 heures., Ce qui est faisable d'utiliser chez les participants à la fois sain et cliniques. Malgré son léger désavantage en raison du nombre relativement faible d'essaisqui peuvent être impliqués par rapport à "rapide" conçoit, cette conception a l'avantage d'obtenir plus stable du signal IRMf seul procès et une meilleure séparation des signaux associés à des essais individuels et à l'intérieur des stimuli essai / phases, qui sont également avantageux pour les fonctionnels analyses de connectivité.
  3. Variation du type distracteurs contribue aussi à la polyvalence de cette conception, en l'adaptant en fonction des objectifs des enquêtes et les populations ciblées. Distracteurs émotionnels et neutres dans la conception initiale 6 ont été sélectionnés à partir du système affectif Image International 16, mais des effets similaires peuvent être obtenus avec d'autres nouveaux stimuli qui sont efficaces que distracteurs 12, et / ou avec des manipulations qui augmentent la sensibilité de la tâche de WM détecter des différences de comportement (par exemple, par une évaluation confiance des participants dans leurs réponses) 11.
  4. Par exemple, dans une étude récente de l'après-guerre avezterans avec ou sans trouble de stress post-traumatique (SSPT) 12, les images émotionnelles IAPS induisant des émotions négatives en général ont été remplacées par des images liés au combat. Ces images étaient censées induire des émotions qui sont plus spécifiquement liés à combattre traumatismes liés, et donc être plus efficace distracteurs au combat cohortes exposées, en particulier dans le groupe du SSPT. Par ailleurs, les stimuli qui induisent des émotions négatives spécifiques (par exemple, l'anxiété) ou des stimuli émotionnellement positif peut également être utilisé comme distracteurs. Par exemple, des visages affichant des expressions craintifs pourrait induire l'anxiété sociale, et donc être efficaces pour enquêter sur l'impact de la passagère anxiogènes distraction sur WM 11. En outre, des effets similaires peuvent être trouvées avec distracteurs positifs 17.
  5. Enfin, en conjonction avec d'autres mesures (par exemple, de comportement et la personnalité-liés), ce paradigme peut également être utilisé pour étudier les relations entre l'activité cérébrale et individuels diffèrent rences dans les divers aspects qui affectent les performances cognitives dans cette tâche 8, 10, 11.

II. Préparation de la réserve pour la numérisation

Tous les participants doivent fournir un consentement éclairé écrit avant d'exécuter le protocole expérimental, qui devrait être approuvé par un comité d'éthique.

Avant d'entrer dans la salle d'examen

  1. Le jour de la numérisation, en cours participant état affectif est évaluée, pour contrôler l'effet de l'humeur sur la tâche WM avec distraction. En conjonction avec les évaluations post-numérisation, ces évaluations initiales peuvent être également utilisés pour détecter des changements dans l'humeur à la suite de participer à l'étude 11.
  2. Avant la numérisation, le participant est informé en détail des procédures de numérisation, et est donné des instructions spécifiques pour la tâche comportementale. Le participant remplit également une séance d'entraînement courtes pour se familiariser avec la tâche.
e_step "> entrer dans la salle de balayage

  1. Le participant est en décubitus dorsal sur le lit de la numérisation, avec rembourrage supplémentaire pour la tête, pour assurer le confort pendant le scan et minimiser le mouvement. Afin de minimiser les mouvements de la tête, le côté non-adhésif d'une longueur de ruban peut être enroulé autour du front légèrement du sujet. Les sujets sont donnés protection auditive ainsi que l'isolement des écouteurs pour communiquer avec l'expérimentateur lors de l'examen IRM.
  2. La main droite du sujet est positionné confortablement sur la case de réponse. Avant de commencer la collecte des données, il est essentiel de s'assurer que les boutons de réponse fonctionner correctement et que le sujet peut voir l'écran de projection clairement pour la présentation du stimulus. Un bouton d'arrêt d'urgence est également placé à proximité, afin que le sujet peut indiquer tout besoin urgent d'arrêter le scanner.

Après la session de numérisation

  1. Des tâches supplémentaires peuvent être utilisées pour d'autres assessmen comportementaleTS - par exemple, pour déterminer la sensibilité des participants à la distraction, par la notation du valence émotionnelle / intensité des distracteurs et / ou la distractibilité subjectivement perçue de la distraction. Ces notes peuvent être utilisées pour s'assurer que la perception subjective des stimuli émotionnels utilisés lors de la numérisation reproduit les effets précédents montré dans la littérature, et les différences individuelles dans les notes peuvent être utilisées pour étudier leur influence sur les mécanismes neuraux de l'effet néfaste de l'émotion sur la cognition 6 , 8.
  2. Les évaluations de traits de personnalité (par exemple, l'anxiété réactionnelle, la réactivité émotionnelle) peut également être faite après l'IRM, s'il n'est pas effectué avant la numérisation 11.

III. Enregistrement et analyse des données

Les paramètres de numérisation

Dans l'étude originale 6, nous avons recueilli des données d'IRM à l'aide de 4 Tesla General Electric scanner pour les enregistrements IRM, mais pour les plus recversions ent de la tâche que nous avons également réussi à collecter des données avec un scanner IRM 1,5 T 11. Dans le scanner, la série 4T de 30 tranches fonctionnelles (voxel size = 4 x 4 x 4 mm) ont été acquises en utilisant une séquence axiale d'impulsion inverse en spirale (TR = 2000 ms; TE = 31 ms; champ de vision de 256 x 256mm =) , permettant ainsi une couverture complète du cerveau. De même, dans les 1,5 scanner, série de 28 tranches fonctionnelles (voxel size = 4 x 4 x 4 mm), ont été acquises en utilisant une séquence axiale echoplanar (TR = 2000 ms; TE = 40 ms; champ de vision = 256 x 256 mm ). Des images haute résolution structurelle ont également été acquis dans l'orientation axiale (dans le plan-résolution = 1 mm 2; anatomo-fonctionnelle ratio = 4:1).

Analyse des données

Nous utilisons la statistique de cartographie paramétrique (SPM: http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/ ) en combinaison avec en interne des outils Matlab. Pré-traitement comporte les étapes typiques: l'assurance qualité *, TR unecorrection du mouvement lignment, co-enregistrement, la normalisation et de lissage (en utilisant un noyau de 8 x 8 x 8 mm), l'assurance de la qualité * de base impliqués inspection visuelle des données, pour détecter les mouvements bruts des participants et des mouvements liés à des artefacts dans le données, ainsi que l'identification de volumes avec des pointes inhabituelles dans le signal MR. Individuelle et de groupe au niveau des analyses statistiques impliquent des comparaisons de l'activité cérébrale en fonction du type distracteur (distraction émotif vs neutre). Par ailleurs, les corrélations des données d'imagerie cérébrale à des mesures subjectives ou objectives de distraction (par exemple notation, émotionnel et la distraction et la performance de la mémoire de travail) 6,8,11 et / ou des mesures de la personnalité des scores d'indexation (par exemple, l'anxiété réactionnelle) 11 peut également être réalisée, d'étudier comment l'activité cérébrale de co-varie avec les différences individuelles dans ces mesures. Les analyses dans toutes nos études en utilisant ce protocole ont généralement porté sur l'activité observée pendant l'intervalle de retard, when les distracteurs sont présentés, mais l'activité le temps de verrouillage à d'autres événements (par exemple, les sondes) peut également être étudiée.

IV. Les résultats représentatifs

Figure 2
Figure 2. Tendance inverse de l'activité dans les systèmes du cerveau ventral vs dorsale en présence de Distraction émotionnelle (à partir de 6, avec permission). Distracteurs émotionnelle produite une activité accrue dans les régions du cerveau affectif ventrale (blobs rouges), comme le cortex préfrontal ventro-latérale (vlPFC) et l'amygdale (non représenté), tout en produisant l'activité a diminué dans les régions du cerveau dorsale exécutif (blobs bleus), telles que le cortex préfrontal dorsolatéral (DLPFC) et pariétales du cortex latéral (LPC). L'image centrale montre des cartes d'activation du contraste entre les plus vs les conditions les moins gênants (par exemple, émotionnel vs brouillés), superposée à une image haute résolution du cerveau affichée dans un latéralVue de l'hémisphère droit. Les barres de couleur horizontales au bas de l'image du cerveau indiquent le gradient de valeurs t des cartes d'activation. Les graphiques montrent la ligne au cours du temps d'activité dans des régions représentatives du cerveau dorsale et ventrale (indiqué par un code couleur des flèches). Les cases grises rectangulaires au-dessus des abscisses indiquent le début et la durée des protocoles, distracteurs, et des sondes, respectivement. FFG = gyrus fusiforme.

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Discussion

Ce modèle expérimental fourni des preuves initiales d'imagerie du cerveau que l'effet néfaste de distraction émotionnel sur les processus en cours cognitive entraîne des modulations réciproques entre le système neural HotEmo ventrale et dorsale du système COLDEX. Cette dissociation dorso-ventrale est liée à la performance WM altérée en présence de distraction émotive 6, a été systématiquement repris dans la normale 8-11 cliniques 12-14, et d'autres conditions modifiées, telles que 10 privation de sommeil et le stress 18. Surtout, il a également été montré à être spécifiques à émotionnelles, 17 fois positifs et négatifs, mais pas à la distraction neutre 8, 19. Compte tenu de sa polyvalence, ce protocole et ses variantes peuvent être utilisées dans l'enquête sur les corrélats neuraux de répondre et faire face à la distraction émotionnelle dans les groupes à la fois sain et cliniques. Dans la cohorte de cette dernière, elle permet identifiction des mécanismes sous-jacents de l'impact émotionnel exacerbé de distraction observée dans les troubles anxieux, qui sont associées avec distractibilité émotionnelle accrue (par exemple, l'ESPT, la phobie sociale) 12,20. Le succès de ce protocole repose sur la possibilité d'explorer simultanément l'activité dans les émotions et la cognition liée régions du cerveau et de leurs interactions, ainsi que sur son adaptabilité pour sélectionner la spécificité de distraction émotionnels en fonction des objectifs de l'enquête.

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Disclosures

Pas de conflits d'intérêt déclarés.

Acknowledgements

FD a été soutenue par une bourse de jeune chercheur de l'Alliance nationale américaine pour la recherche sur la schizophrénie et la dépression et un Prix de la Fondation FCRP la recherche en psychiatrie au Canada.

References

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