La investigación del cerebro de imagen del efecto perjudicial de la emoción sobre la cognición

Published 2/01/2012
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Neuroscience

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Summary

Se presenta un protocolo que permite la investigación de los mecanismos neurales que la mediación de los efectos perjudiciales de la emoción sobre la cognición, utilizando imágenes de resonancia magnética funcional. Este protocolo se puede utilizar con participantes sanos y 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

Las emociones pueden afectar la cognición, ejerciendo tanto la mejora (por ejemplo, una mejor memoria para los acontecimientos emocionales) y afectan (por ejemplo, mayor distracción emocional) efectos (revisado en 1). Como complemento a nuestro protocolo de los últimos 2 describe un método que permite la investigación de los correlatos neurales de la memoria para mejorar el efecto de la emoción (ver también 1, 3-5), aquí se presenta un protocolo que permite la investigación de los correlatos neurales de los efectos perjudiciales del la emoción sobre la cognición. La característica principal de este método es que permite la identificación de modulación recíproca entre la actividad de un sistema neural ventral, que participan en "caliente" procesamiento de las emociones (HotEmo del sistema), y un sistema de dorsal, que participan en "frío" de alto nivel cognitivo / ejecutivo procesamiento (COLDEX del sistema), que están relacionados con el rendimiento cognitivo y las variaciones individuales en el comportamiento (revisado en 1). Desde su inicial introducción 6, este diseño ha demostrado ser particularmente versátil e influyente en el esclarecimiento de diversos aspectos relativos a los correlatos neurales de los efectos perjudiciales de la distracción emocional sobre la cognición, con un enfoque en la memoria de trabajo (WM), y de hacer frente a distracciones tales 7,11 , en tanto sanos 8-11 y clínicas participantes 12-14.

Protocol

I. Diseño de tareas, los estímulos, y el Protocolo Experimental

  1. La tarea básica de este protocolo es una tarea de respuesta diferida WM, donde la novela irrelevantes para la tarea distractores emocionales y neutrales se presentan durante el intervalo de tiempo entre las notas y las sondas (véase la Figura 1 de diagrama que ilustra la tarea original). Eventos relacionados con datos de la fMRI se registran mientras los participantes realizar esta tarea. Revuelto de las versiones de los distractores real también se puede utilizar como control de percepción, que tienen las mismas propiedades básicas (por ejemplo, frecuencia, espacio y luminosidad).

Figura 1
Figura 1. Esquema general de la tarea de memoria de respuesta diferida de trabajo con la distracción (de 6, con el permiso). Tres caras se utilizan en los memorandos con el fin de participar con fuerza el sistema ejecutivo dorsal, y los pares de distractores novela se utilizan con el fin de aumentar el IMPACt de distracción emocional en el rendimiento de WM y la actividad cerebral. El impacto de la distracción emocional también se puede aumentar mediante la presentación de las imágenes en color (no se muestra), y por el emparejamiento de distracción con un contenido similar emocional y semántica. En este contexto, especial atención se debe prestar para que coincida también imágenes emocionales y neutras en las propiedades básicas, como el brillo y la frecuencia espacial de 15, para evitar la introducción confunde posible. Los participantes son instruidos para mantener su enfoque en la tarea WM al mismo tiempo de procesamiento de los distractores, y de dar respuestas rápidas y precisas a las sondas pulsando un botón de respuesta (1 = Antiguo, 2 = Nueva). Para la presentación del estímulo, se utilizó CIGAL ( http://www.nitrc.org/projects/cigal/ ). Los memorandos y las sondas se pueden presentar en color o en blanco y negro.

  1. Se aconseja que el sexo de los rostros de los memorandos ha proporciones equilibradas de los hombres (50%) y females (50%). Proporción equilibrada similares También se recomienda para el Viejo (50%) y las sondas Nuevo (50%). La dificultad de la tarea de WM se puede variar cambiando las proporciones y / o mediante la variación de otros factores - por ejemplo, la similitud de los rasgos faciales entre las caras de la misma nota y su similitud con las sondas, y / o mediante la manipulación de la presencia / ausencia de extra-faciales características en los memorandos (véase también la película). Además de las caras, otros estímulos también pueden ser utilizados como instrumentos y las sondas de 9.
  2. Se recomienda que los ensayos 30-40 por condición 6, 11 se utilizan con este diseño, aunque, dada su estabilidad como un "ritmo lento" de la señal fMRI diseño robusto también se puede obtener con el menor número de ensayos (ver Materiales de consulta de 6). Esto permite la recogida de datos de la fMRI en ~ 1.5-2 hrs., Lo que es factible su uso en los participantes sanos y clínicos. A pesar de su ligera desventaja debido al número relativamente menor de los ensayosque pueden estar implicados en comparación con el "rápido" diseños, este diseño tiene la ventaja de obtener más estable de un solo juicio de la señal fMRI y una mejor separación de la señal asociada a los ensayos individuales y en los estímulos de prueba / fases, que también son ventajosos para los funcionales análisis de conectividad.
  3. Variación del tipo de distractores también contribuye a la versatilidad de este diseño, adaptándolo de acuerdo a los objetivos de las investigaciones y las poblaciones beneficiarias. Distractores emocionales y neutrales en el diseño original de 6 fueron seleccionados a partir del Sistema de Imagen Internacional afectivo 16, pero un efecto similar se puede obtener con otros estímulos nuevos que son eficaces como distractores 12, y / o manipulaciones que aumentan la sensibilidad de la tarea en WM detectar las diferencias de comportamiento (por ejemplo, valorando también la confianza de los participantes en sus respuestas) 11.
  4. Por ejemplo, en un estudio reciente en ve de la posguerraterans con o sin trastorno de estrés post-traumático (TEPT) 12, el emocional imágenes IAPS inducir emociones negativas en general fueron reemplazadas por imágenes relacionadas con el combate. Estas imágenes se esperaba para inducir emociones que están más directamente vinculados a combatir relacionados con traumas, y por lo tanto ser distractores más eficaz en el combate expuestos cohortes, en especial en el grupo de trastorno de estrés postraumático. Por otra parte los estímulos, que provocan emociones negativas específicas (por ejemplo, ansiedad) o estímulos emocionalmente positivos también se puede utilizar como distractores. Por ejemplo, se enfrenta a mostrar expresiones miedo podría inducir a la ansiedad social, y por lo tanto ser eficaz en la investigación del impacto de los transitorios de ansiedad que induce la distracción en WM 11. Además, un efecto similar se puede encontrar con distractores positivos 17.
  5. Finalmente, en conjunción con otras medidas (por ejemplo, de comportamiento y de personalidad relacionados con) este paradigma también se puede utilizar para investigar las relaciones entre la actividad cerebral y las diferencias individuales diferencias en diversos aspectos que afectan el rendimiento cognitivo en esta tarea, 8, 10, 11.

II. Preparar el tema de la exploración

Todos los participantes deben dar su consentimiento informado por escrito antes de ejecutar el protocolo experimental, que debe ser aprobado por un comité de ética.

Antes de entrar en la sala de exploración

  1. En el día de la exploración, el estado afectivo de los participantes actuales se evalúa, para controlar el efecto del estado de ánimo en la tarea de WM con la distracción. Junto con las evaluaciones de exploración post-, estas evaluaciones iniciales pueden ser también utilizados para la detección de cambios en el estado de ánimo como consecuencia de participar en el estudio 11.
  2. Antes del examen, el participante recibe información detallada de los procedimientos de exploración, y se le dan instrucciones específicas para la tarea de conducta. El participante también completa una sesión de práctica cortas para familiarizarse con la tarea.
e_step "> Introducir la sala de exploración

  1. El participante se encuentra en decúbito supino sobre la camilla del equipo, con una amortiguación adicional para la cabeza, para asegurar la comodidad durante el procedimiento y minimizar el movimiento. Para minimizar aún más el movimiento de la cabeza, el lado no adhesivo de la longitud de la cinta se puede envolver suavemente por la frente del sujeto. Los sujetos se les da protección para los oídos, así como los auriculares de aislamiento para comunicarse con el investigador durante la resonancia magnética.
  2. La mano derecha del sujeto se coloca cómodamente en la caja de respuesta. Antes de comenzar la recolección de datos, es fundamental asegurarse de que los botones de respuesta funcione correctamente y que el sujeto puede ver claramente la pantalla de proyección para la presentación del estímulo. Un botón de parada de emergencia también se coloca cerca, por lo que el sujeto puede indicar la necesidad urgente de detener el escáner.

Tras la sesión de exploración

  1. Las tareas adicionales pueden ser utilizados para más assessmen comportamientoct - por ejemplo, para determinar la sensibilidad de los participantes a los distractores, por la calificación de la valencia emocional / intensidad de la distracción y / o la distracción percepción subjetiva de los distractores. Estas calificaciones pueden ser utilizados para asegurar que la percepción subjetiva de los estímulos emocionales utilizado durante la exploración se replica los efectos anteriores se muestra en la literatura, y las diferencias individuales en la clasificación se puede utilizar para investigar su influencia en los mecanismos neurales que la mediación de los efectos perjudiciales de la emoción sobre la cognición 6 , 8.
  2. Evaluaciones de rasgos de personalidad (por ejemplo, la ansiedad rasgo, la reactividad emocional) también se puede hacer después de la resonancia magnética, si no se realiza antes de escanear 11.

III. Registro de datos y análisis

Parámetros de la digitalización

En el estudio original de 6, se recogieron los datos de resonancia magnética utilizando un escáner de 4 Tesla general Electric para las grabaciones de resonancia magnética, pero para el rec másversiones diferentes de la tarea que también tuvieron éxito en la recolección de datos con un escáner de resonancia magnética de 1,5 T 11. En el escáner 4T serie, de 30 rebanadas funcional (vóxel size = 4 x 4 x 4 mm) fueron adquiridos axialmente con una secuencia de pulsos del inverso del espiral (TR = 2000 ms, TE = 31 ms, campo de visión = 256 x 256 mm) , lo que permite a todo el cerebro de cobertura. Asimismo, en el 1,5 escáner, serie de 28 cortes funcionales (vóxel size = 4 x 4 x 4 mm), fueron adquiridas axialmente con una secuencia de echoplanar (TR = 2000 ms, TE = 40 ms, campo de visión = 256 x 256 mm ). Imágenes de alta resolución estructural también fueron adquiridas en la orientación axial (en el plano de resolución = 1 mm 2, anatómico-funcional ratio = 4:1).

Análisis de Datos

Nosotros usamos Mapeo estadístico paramétrico (SPM: http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/ ) en combinación con el de la casa las herramientas basadas en Matlab. Pre-tratamiento implica pasos típicos: * garantía de calidad, un TRlignment, el movimiento de corrección, co-registro, la normalización y la suavización (con un 8 x 8 x 8 mm del kernel), el aseguramiento de la calidad * básicos involucrados inspección visual de los datos, para detectar los movimientos brutos de los participantes y objetos relacionados con el movimiento en la datos, así como la identificación de los volúmenes con picos inusuales en la señal de RM. Nivel individual y grupal, análisis estadísticos involucran comparaciones de la actividad cerebral de acuerdo al tipo de distracción (distracción emocional frente a neutral). Por otra parte, las correlaciones de los datos de imágenes del cerebro con las medidas objetivas o subjetivas de la distracción (por ejemplo, clasificaciones, emocional y distracción y el rendimiento de la memoria de trabajo) 6,8,11 y / o medidas de resultados de indexación de la personalidad (por ejemplo, el rasgo de ansiedad) 11 también se puede realizar, para investigar cómo la actividad cerebral co-varía con las diferencias individuales en esas medidas. Los análisis en todos nuestros estudios que utilizan este protocolo se han centrado habitualmente en la actividad observado durante el intervalo de demora, cuann los distractores se presentan, pero la actividad de tiempo cerrado a otros eventos (por ejemplo, las sondas) también pueden ser investigados.

IV. Resultados representante

Figura 2
Figura 2. Patrón opuesto de actividad en los sistemas del cerebro ventral vs dorsal en la presencia de distracción emocional (de 6, con el permiso). Distractores emocionales producen una mayor actividad en regiones del cerebro ventral afectivo (manchas rojas), como la corteza prefrontal ventrolateral (vlPFC) y la amígdala (no se muestra), mientras que la producción disminución de la actividad en regiones del cerebro dorsal ejecutivo (manchas azules), como la corteza prefrontal dorsolateral (córtex prefrontal dorsolateral) y la corteza parietal lateral (LPC). La imagen central muestra los mapas de activación de la diferencia directa entre la mayor parte de la frente las condiciones menos distracción (es decir, emocional vs revueltos), superpuesta sobre una imagen de alta resolución del cerebro muestran en un lateralvista de que el hemisferio derecho. Las barras de color horizontal en la parte inferior de la imagen del cerebro indican el gradiente de los valores t de los mapas de activación. Los gráficos de líneas muestran el curso de la actividad de representante de las regiones del cerebro dorsal y ventral (indicado por un código de colores flechas). Las cajas grises rectangular sobre los ejes X indican el inicio y la duración de los memorandos, distractores, y las sondas, respectivamente. FFG = giro fusiforme.

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Discussion

Este diseño experimental proporcionado evidencia inicial de imágenes cerebrales que el efecto perjudicial de la distracción emocional en los procesos cognitivos en curso implica la modulación recíproca entre el sistema nervioso ventral HotEmo y el sistema dorsal COLDEX. Esta disociación dorso-ventral estaba vinculado al deterioro de rendimiento de WM en la presencia de distracción emocional 6, ha sido sistemáticamente reproducirse en condiciones normales de 8-11, 12-14 clínica, y otras condiciones alteradas, como la privación del sueño y el estrés 10 18. Es importante destacar que también se demostró que es específica a 17 emocionales, tanto positivas como negativas, pero no a la distracción neutral 8, 19. Dada su versatilidad, este protocolo y sus variantes se pueden utilizar en la investigación de los correlatos neurales de responder y hacer frente a la distracción emocional en grupos sanos y clínicos. En la cohorte de este último, permite Identifción de los mecanismos que el impacto agravado de distracción emocional observado en los trastornos de ansiedad, que se asocian con mayor distracción emocional (por ejemplo, trastorno de estrés postraumático, fobia social) 12,20. El éxito de este protocolo se basa en la posibilidad de explorar simultáneamente la actividad de la emoción y la cognición relacionados con las regiones del cerebro y de sus interacciones, así como en su capacidad de adaptación a seleccionar la especificidad de la distracción emocional de acuerdo con los objetivos de las investigaciones.

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Disclosures

No hay conflictos de interés declarado.

Acknowledgements

FD fue respaldada por el Premio Joven Investigador de la Alianza Nacional de EE.UU. para la Investigación sobre la Esquizofrenia y la Depresión y el Premio del PCFR de la Fundación de Investigaciones Psiquiátricas de Canadá.

References

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