Gefördert von der National Science and Engineering Research Council (NSERC) zu JFXD, Fakultät für Gesundheitswissenschaften, York University und Autor SO hat PhD Finanzierung durch die Ontario Problem Gambling Research Centre (OPGRC).

1. Vor Eintritt in den MRT-Raum <ol><li> Teilnehmer absolvieren eine Einverständniserklärung zu erklären, alle experimentellen Risiken (zB Herzschrittmacher, Klaustrophobie, metallische Implantate, Chance auf eine Schwangerschaft, usw.), und den Nutzen ihrer Teilnahme. </li><li> Alle Teilnehmer sind verpflichtet, füllen Sie das MRI-Sicherheit und Screening-Fragebogen (kurze Anamnese, frühere chirurgische Eingriffe usw.) Teilnehmer mit Kontraindikationen ausgeschlossen werden müssen. </li></ol> 2. Übersicht über den Task-und Weiterbildung <ol><li> Schulungsmaßnahmen zu Aufgabenwahrnehmung auf Anti-Sakkaden. <ol><li> Grüne Fixierung deutet auf eine Pro-Sakkade-Studie. Weisen die Teilnehmer an das Ziel, das in der Peripherie des Bildschirms zu sehen, bei einem Blickwinkel von 8-10 °. </li><li> Red Fixierung deutet auf eine Anti-Sakkaden-Studie. Weisen zum Bezug der Spiegel gegenüber der Target, das in der Peripherie des Bildschirms zu sehen, bei einem Blickwinkel von 8-10 ° (zB für richtige Ziel, um zu sehen the links). </li></ol></li><li> Schulungsmaßnahmen zu Aufgabenwahrnehmung für die emotionale Stroop außerhalb des Scanners. <ol><li> Gehören 15 Praxis-Studien mit verschiedenen Kombinationen von Gesicht-Wort-Ausdrücke auf einem Computer außerhalb des Scanners. Der Zweck der Übung ist für die Teilnehmer die Aufgabe, lernen, und was von ihnen in Drücken der entsprechenden Taste in der MRI-Scanner erwartet. Weisen Sie als Teilnehmer an die Tasten sind für die Berichterstattung einen glücklichen Ausdruck / Wort, neutralen Ausdruck / Wort und traurigen Ausdruck / Wort gedrückt. Außerdem, wenn das Innere des Scanners, erinnern die Teilnehmer, von denen jede Emotion Schaltfläche repräsentiert. </li><li> Beschreibende Wörter anzeigt, die Ausdrücke (Happy, neutral, traurig) werden über die Bilder der einzelnen Flächen überlagert. Diese Worte sind entweder kongruent oder inkongruent mit dem Gefühl durch das Gesicht auf dem Bild (Abbildung 1) dargestellt. Beginnen Sie jeden Scan mit einer schriftlichen Anweisung auf dem Bildschirm erinnert die Teilnehmer entweder zu report des &quot;Gesichtsausdruck (fröhlich, neutral, traurig)&quot; oder das &quot;geschriebene Wort (glücklich, neutral, traurig)&quot; durch Drücken der entsprechenden Taste so schnell wie möglich. </li><li> Die Anweisung wird für 1 Sekunde angezeigt, gefolgt von einer Fixierung Kreuz, das die Teilnehmer auf noch 1 sec fixiert. Die Fixierung wird durch Querschnitt der Gesichter für 250 Millisekunden und dann durch die Reaktion Bild für 2 Sekunden präsentiert, gefolgt gefolgt. Die Resonanz Foto benutzt wird, um den Teilnehmern Zeit, um ihre Reaktionen durch Drücken des entsprechenden Buttons mitteilen. Der nächste visuelle Darstellung des Fixationskreuz beginnt nach dem Ende dieser Reaktion Bild. Jeder Teilnehmer wiederholt den experimentellen Scan in einem der beiden Gruppen Unterricht (dh, Gesicht, Ausdruck oder geschriebene Wort). Alle Stimuli wurden erstellt und präsentiert mit Presentation 12,1 ( <a href="http://www.neurobs.com" target="_blank">www.neurobs.com</a> ). </li></ol></li></ol> 3. Scanner und Eye Tracking-Setup <ol><li> Um bEgin die sich aus dem Experiment gesetzt, durch die Projektion der Computer Stimulus als fokussiertes Bild auf den Monitor in der MRT mit einem digitalen Projektor zu starten. </li><li> Die Teilnehmer werden gebeten, aufzustehen von ihrem Stuhl in der Leitwarte und gehen in den Scanner ein Zimmer. Ohrstöpsel und / oder Kopfhörer sind vorhanden und Themen legen Sie sie in ihre Ohren Kanäle. <ol><li> Das Thema befindet sich in Rückenlage mit dem Kopf Position zur Mitte des Kopfes Spule. Wir stabilisieren Teilnehmers Körper-und Kopfhaltung mit Kissen oder Schaumstoff-Einlagen, um sie so angenehm wie möglich, sondern auch zur Unterstützung bei der Einschränkung ihrer Bewegung des Kopfes seit Kopfbewegungen während des Scannens Ursachen Verlust von Daten. Insbesondere wenn der Kopfbewegung größer als 1 mm in jeder Richtung. </li><li> Schieben / Stellen Sie das Kopfspule über der Kopfgröße des Teilnehmers und sie neigen ihren Kopf so bequem wie möglich, während Sie weiter geradeaus auf den Spiegel, ob der Projektor Bildschirm reflektiert sehen. Die Augen müssen so nah erste Position als pÖGLICHE 8, um den Teilnehmer Komfort über den Scan-Sitzung auf die Dauer von bis zu zwei Stunden zu halten. </li></ol></li><li> Bitten Sie die Teilnehmer, wie der Fokus des projizierten Bildes, wenn sie im Scanner befinden ist. Wenn es nicht scharf ist, neu zu justieren Sie das Objektiv, um das Bild auf dem Bildschirm zu verbessern. </li><li> Die Augenverfolger wird nun anhand einer Kalibrierung getestet, um sicherzustellen, dass die IRED Kamera in der richtigen Lage ist. Wenn die Reflexion auf der Hornhaut ist nicht ideal oder nicht ordnungsgemäß funktioniert, muss der IRED Quelle angepasst werden, oder der Spiegel, der IRED Quelle in der Nähe der Kopfgröße des Teilnehmers Position muss neu ausgerichtet / eingestellt werden. Wenn der Kopfgröße des Teilnehmers angepasst wurde, fragen Sie den Gegenstand, wenn mehr Polsterung / Schaumstoff oder Kissen benötigt werden, um diesen Kopf / Körper Position zu halten. Beim Scannen Überwachen und Aufzeichnen der Teilnehmer horizontale und vertikale Augenpositionen über eine Infrarot-Eye-Tracker (dh Sensomotoric Instruments, Needham / Boston, MA) und korrelieren diese mit dem Verhaltens-Paradigma when Analyse von Gehirnaktivität. 5,7 </li></ol> 4. Scan-Verfahren <ol><li> Legen Sie die Notfall-Kontakt Squeeze Ball auf den Bauch des Teilnehmers in der linken Hand und dem Joystick Taste / Box in der rechten Hand. Stellen Sie ein Vitamin E Kapsel auf der rechten Seite in der Nähe des Kopfes. Dies wird von den anatomischen Scans, die bestimmte einen Fehler machen wird sichtbar wird nicht klappen Sie die Bilder von links nach rechts. Heben und schieben das Bett in der Mitte des MRI. </li><li> Sicher, dass alle von den Experimentatoren verlassen den MRT-Raum und schließen Sie die Tür zum MRT. </li><li> Mit dem Teilnehmer kommunizieren über die Sprechanlage in der Leitwarte und bestätigen, dass sie bereit sind, Scannen beginnen und sind so bequem wie möglich. Wenn nicht, justieren, wie gebraucht. </li><li> Erinnern Sie die Teilnehmer, dass die Geräusche in den Scanner wird laut sein und das ist normal. <ol><li> Der erste Scan speichert einige Gehirn Bilder entlang der sagittalen Region zu lokalisieren zu können / schreiben die genaue oderientation der Scheiben für die vollständigen anatomischen und funktionellen Daten. Die Teilnehmer werden erzählt dieser Scan wird einige Minuten dauern. </li><li> Sobald die Experimentatoren die Ergebnisse der Localizer-Scan anzuzeigen, verschreiben wir eine Reihe von anatomischen Schnitten, die das gesamte Gehirn zu decken. In unseren Fällen sind wir in der Regel scannen axiale schräge Scheiben schneiden, die das gesamte Gehirn (170 bis 256 Scheiben) umfassen. Teilen Sie den Teilnehmern, dass diese Überprüfung wird etwa 6 bis 10 Minuten abhängig von der vorgegebenen Anzahl von Schnitten zu nehmen. In einigen Fällen kann die anatomische Scan nach den funktionellen Scans durchgeführt werden. Es gibt einige Vorteile des letzteren, in der Regel in langen Experimenten Probanden erleben Müdigkeit. Daher muss das anatomische Scan keine Aufmerksamkeit durch die Personen, damit sie ihre Augen schließen kann. Es könnte nützlich sein, um diese Scans am Ende des Imaging-Sitzung zu tun. </li><li> Sobald anatomischen Scans abgeschlossen sind, ist der Teilnehmer von den spezifischen Anweisungen des kommenden Scan durch Kommunikation über das Mikrofon erinnerte/ Lautsprecher-System. </li></ol></li><li> In diesem Beispiel wird ein Pseudo-Event-bezogenen Design 2 verwendet, um die Hirnregionen von der emotionalen Stroop-Aufgabe aktiviert zu identifizieren, sondern eine sensorische, innere Wahrnehmung 9 oder Bewegungsreiz 10 könnte für den Einsatz geleitet werden, wenn nötig. Nachdem diese gescannt werden, dann werden wir das Thema anweisen, dass der Anti-Sakkaden-Paradigma nächsten gescannt werden. Abhängig von den Abbildungsparameter gewählt wird der Scan nahe zu sein, 6 Minuten lang. Wir finden, dass Scans länger als diese Themen veranlassen, um einzuschlafen. </li><li> Die gesamte Imaging-Sitzung dauert ca. 60 bis 120 Minuten, je nach der Gesamtanzahl der Scans für die Analyse benötigt. </li></ol> 5. fMRT-Analyse <ol><li> Analysieren Sie die Daten mit Hilfe BrainVoyager QX-Software (oder ein Analyse-Paket wie AFNI oder SPM). </li><li> Beginnen Sie mit der Überlagerung von funktionellen Daten statistische Karten auf anatomische Bilder des Gehirns. Funktionell definieren die Regionen des Gehirns von Interesse (ROWird) mit Hilfe des allgemeinen linearen Modells (GLM), mit separatem Prädiktoren (dh kongruent und inkongruent, Gesichts-Unterricht und Unterweisung Wort, Anti-Sakkaden-, Pro-Sakkade) für jede der Bedingungen in der Aufgabe in den zwei Arten von Scans 2. </li><li> Untersuchen Sie die Signalintensität in allen aktivierten frontalen Regionen aus den GLM Kontraste (dh alle inkongruent gegenüber allen kongruenten um eine Karte der Gebiete zu produzieren), berechnen die standardisierte BOLD-Signal über alle Teilnehmer und vergleichen Sie das Wort inkongruent / Gesichtsausdruck mit der kongruenten Wort / Gesichter Ausdrücke für beide Bedingungen 2. </li><li> Korrelieren die Reaktionszeiten auf die Prüfungen, die für die GLMs verwendet wurden gesammelt, dann korrelieren Hirnaktivität über jede einzelne mit ihrem eigenen Reaktionszeiten für die spezifischen Versuche 2 wie in 4. </li></ol> 6. Repräsentative Ergebnisse Nach der Analyse zeigen wir Hirnregionen, die mit der E korrelierenBewegungs Stroop-und Anti-Sakkaden Aufgaben beim Scannen erfasst. Die Ergebnisse aus der emotionalen Stroop-Paradigma ergab einen signifikanten Interaktionseffekt zwischen allen drei Faktoren des Ausdrucks, Belehrung und Hirnregion, aber es war kein Haupteffekt der Meinungsäußerung und keinen Haupteffekt des Unterrichts 2. Wir fanden, dass, wenn der Ausdruck des Gesichtes inkongruent zum überlagert emotionale Wort war, diese Inkongruenz von der Berichterstattung das geschriebene Wort erzeugt höhere BOLD-Signal-Intensität in der linken IFG 2 (Abbildung 2) zeigte. Die größere Signalstärke auf den inkongruenten Ausdrücke im Vergleich zu den kongruenten Ausdrücken war statistisch signifikant, mit glücklichen deckungsgleich mit dem größten Unterschied 2. Am wichtigsten ist die RTS für die drei inkongruenten Bedingungen getestet (traurig, glücklich und neutral) prognostiziert eine erhöhte BOLD-Signal im linken IFG im Vergleich zu allen kongruenten Bedingungen (Abbildung 3). Aus diesem anaLyse wir speziell untersuchte die Reaktionszeiten und eine Regressionsanalyse durchgeführt, um zu testen, ob RT für die inkongruenten und kongruenten Bedingungen prädiktive des BOLD-Signal-Aktivität in dieser Hirnregion (Abbildung 3) waren. Wir fanden, dass RT-Konten für 81% der Variation in der linken IFG Aktivität, bei der Berichterstattung das Wort Ausdruck von Happy, Neutral, und traurig in den inkongruenten und kongruenten Bedingungen 2. Höhere RT ist prädiktiv für größere linken IFG-Aktivierung, mit der inkongruenten Bedingung traurig was die größte RT / Signalintensitätsverhältnis Vergleich zu allen anderen Bedingungen Ausdruck. Es wurden die Anti-Sakkade Paradigmen mit ähnlichen Methoden wie oben in der Lage sein, die zwei Netze von Aktivität zu vergleichen. In diesem Beispiel haben wir festgestellt, dass es keine erhöhten Signal in der linken IFG für die Anti-Sakkade gegenüber dem Pro-Sakkade Aufgabe. Für weitere Einzelheiten verweisen wir den Leser auf Ford et al. (2007). <img alt="1" src=&quot;/ Files/ftp_upload/3237/3237fig1.jpg&quot; /&gt; Abbildung 1. Ein Beispiel für eine inkongruente Studie (Gesicht mit einem glücklichen Ausdruck durch das Wort überlagert SAD). Das Experiment wird mit dem Punkt Fixierung (1 Sekunde) beginnen, ausgehend vom Gesicht Stimulus (250 ms) und das maskierte Bild (2 Sekunden), die der Teilnehmer Schaltfläche Antwort erfordert. <img alt="2" src="/files/ftp_upload/3237/3237fig2.jpg" /> Abbildung 2. Alle Fixierung Bände wurden als Grundlage verwendet. Fehlerbalken bezeichnen den Standardfehler der Mittelwerte (SEM). Inkongruente Ausdrücke (Happy, neutral, traurig) zeigten eine signifikant größere BOLD Signaländerung im Vergleich zu kongruenten Ausdrücken 2. Das eingesetzte Bild zeigt linken inferioren frontalen Gyrus (IFG), die funktional lokalisiert wurde mit Hilfe der Kontrast beschreiben in Abschnitt 5.2 für die inkongruenten emotionalen Stroop gegenüber dem kongruenten Bedingung während der zu Wort Befehlssatz zu besuchen. <img alt = &quot;Abbildung 3&quot; src = &quot;/ files/ftp_upload/3237/3237fig3.jpg&quot; /&gt; Abbildung 3. Während der &quot;Kümmern Sie sich um Word&quot; Unterricht, zeigte inkongruente-kongruent Gegensatz eine positive Korrelation zwischen der RTS und BOLD-Signal-Intensität. Dieser Graph ist ein Mittelwert aus allen 10 Fächern &#39;RTS und BOLD-Signal während jeder der sechs Bedingungen. Fehlerbalken bezeichnen den Standardfehler der Mittelwerte (SEM) 2. <img alt="Abbildung 4" src="/files/ftp_upload/3237/3237fig4.jpg" /> Abbildung 4. Zwei Wiederholungen der einzelnen Ausdrücke wurden den Probanden angezeigt. Obere Reihe ist eine schematische Darstellung eines Prozesses Sequenz von einem Block von Versuchen. Unterteil ist eine Darstellung des Zwei-Gamma-Funktion hämodynamischen Antwort (HRF) verwendet werden, um Hirnregionen in den emotionalen Gesichtsausdrücke beteiligt zu entdecken.

<ol>
	<li>Stroop, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Studies+of+interference+in+serial+verbal+reactions.">Studies of interference in serial verbal reactions.</a> Journal of Experimental Psychology. 18, 643-662 (1935).</li><li>Ovaysikia, S., Tahir, K. A., Chan, J. L., DeSouza, J. F. X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Word+wins+over+face:+emotional+Stroop+effect+activates+the+frontal+cortical+network.">Word wins over face: emotional Stroop effect activates the frontal cortical network.</a> Front Hum. Neurosci. 4, 234 (2011).</li><li>Hallett, P. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Primary+and+secondary+saccades+to+goals+defined+by+instructions.">Primary and secondary saccades to goals defined by instructions.</a> Vision Res. 18, 1279-1296 (1978).</li><li>Connolly, J. D., Goodale, M. A., DeSouza, J. F. X., Menon, R. S., Vilis, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+comparison+of+frontoparietal+fMRI+activation+during+anti-saccades+and+anti-pointing.">A comparison of frontoparietal fMRI activation during anti-saccades and anti-pointing.</a> J. Neurophysiol. 84, 1645-1655 (2000).</li><li>DeSouza, J. F. X., Menon, R. S., Everling, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preparatory+set+associated+with+pro-saccades+and+anti-saccades+in+humans+investigated+with+event-related+FMRI.">Preparatory set associated with pro-saccades and anti-saccades in humans investigated with event-related FMRI.</a> J. Neurophysiol. 89, 1016-1023 (2003).</li><li>Everling, S., DeSouza, J. F. X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rule-dependent+activity+for+prosaccades+and+antisaccades+in+the+primate+prefrontal+cortex.">Rule-dependent activity for prosaccades and antisaccades in the primate prefrontal cortex.</a> J. Cogn. Neurosci. 17, 1483-1496 (2005).</li><li>Ford, K. A., Goltz, H. C., Brown, M. R. G., Everling, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neural+processes+associated+with+antisaccade+task+performance+investigated+with+event-related+fMRI.">Neural processes associated with antisaccade task performance investigated with event-related fMRI.</a> J. Neurophysiol. 94, 429-440 (2005).</li><li>DeSouza, J. F. X., Nicolle, D. A., Vilis, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Task-dependent+changes+in+the+shape+and+thickness+of+Listing's+plane.">Task-dependent changes in the shape and thickness of Listing's plane.</a> Vision Res. 37, 2271-2282 (1997).</li><li>Hadjikhani, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanisms+of+migraine+aura+revealed+by+functional+MRI+in+human+visual+cortex.">Mechanisms of migraine aura revealed by functional MRI in human visual cortex.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 98, 4687-4692 (2001).</li><li>DeSouza, J. F. X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Eye+position+signal+modulates+a+human+parietal+pointing+region+during+memory-guided+movements.">Eye position signal modulates a human parietal pointing region during memory-guided movements.</a> J. Neurosci. 20, 5835-5840 (2000).</li></ol>

Wir haben nichts zu offenbaren.

Identifizieren Hirnregionen beruht zum Erstellen einer genauen Kontrast zwischen den Aufgaben untersucht (dh entweder in der Stroop, inkongruente gegenüber kongruent Emotion und Gesichtsausdruck, oder Anti-Sakkade gegenüber Pro-Sakkade), um eine Straßenkarte der Aktivierung im Zusammenhang mit der Aufgabe zu erzeugen. Diese funktionellen Karten kann mehr verfeinert, wenn das Verhalten im Scanner wird gesammelt, um Studien, in denen das Subjekt gemacht Fehler zu entfernen. Diese Fehler können entfernt werden und, wen...

A correction was made to <a href="http://http://www.jove.com/video/3237">Correlating Behavioral Responses to fMRI Signals from Human Prefrontal Cortex: Examining Cognitive Processes Using Task Analysis</a>. Joseph DeSouza and Laura Pynn middle initials were omitted at publication.
These have been corrected to:
Joseph F.X. DeSouza Laura K. Pynn

A correction was made to <a href="http://http://www.jove.com/video/3237">Correlating Behavioral Responses to fMRI Signals from Human Prefrontal Cortex: Examining Cognitive Processes Using Task Analysis</a>. Some of the authors middle initials were omitted.

Erratum: Correlating Behavioral Responses to fMRI Signals from Human Prefrontal Cortex: Examining Cognitive Processes Using Task Analysis

<table border="1"><tbody><tr><td> Name der Ausrüstung </td><td> Firma </td></tr><tr><td> 3-Tesla-MRT-Gerät </td><td> Siemens Magnetom Trio (Erlangen, Deutschland) </td></tr><tr><td> iViewX Eye Tracking </td><td> SensoMotoric Instruments, Inc. </td></tr><tr><td> BrainVoyager QX-Software </td><td> Gehirn-Innovation, Maastricht, Niederlande </td></tr><tr><td> Vier-Tasten-Joystick </td><td> Aktuelle Designs, Inc., Philadelphia, PA, USA </td></tr></tbody></table> Tabelle 1. Spezifischen Reagenzien und Ausrüstung.

correlating behavioral responses to fmri signals from human prefrontal cortex: examining cognitive processes using task analysis

Das Ziel dieses Papiers ist es, Methoden beschreiben, wie eine bildgebende Technik, um komplementäre Prozesse im Gehirn durch zwei ähnliche Aufgaben engagiert untersuchen zu implementieren. Das Verhalten der Teilnehmer während der Ausführung der Aufgaben in einer fMRI-Scanner kann dann an das Gehirn Aktivität über die Blut-Sauerstoff-Level-Signals korreliert werden. Wir messen das Verhalten in der Lage sein, um eine korrekte Studien zu sortieren, wo das Thema die Aufgabe korrekt durchgeführt und dann in der Lage sein, zu prüfen, die Signale des Gehirns in Bezug auf Leistung zu korrigieren. Umgekehrt, wenn Personen sich für die Aufgaben richtig, und diese Versuche werden auf die gleiche Analyse mit den richtigen Studien einbezogen würden wir einführen Studien, die nicht nur für die korrekte Durchführung waren. Daher wird in vielen Fällen können diese Fehler selbst verwendet werden, um dann korreliert Hirnaktivität an ihnen. Wir beschreiben zwei sich ergänzende Aufgaben, die in unserem Labor verwendet werden, um das Gehirn während der Unterdrückung einer automatischen Reaktionen zu untersuchen: der Stroop-1 und anti-Sakkade Aufgaben. Dieemotionalen Stroop-Paradigma instruiert die Teilnehmer entweder zu berichten, die überlagert emotionale &quot;Wort&quot; über die affektiven Gesichter oder den Gesichtsmuskeln &#39;Ausdrücke&#39; des Gesichts Reize 1,2. Wenn das Wort und die Mimik auf verschiedene Emotionen beziehen, muss ein Konflikt zwischen dem, was gesagt werden und was wird automatisch gelesen auftritt. Der Teilnehmer hat, um den Konflikt zwischen zwei konkurrierenden Prozessen gleichzeitig von Wort lesen und Mimik zu lösen. Unser Drang zum Auslesen eines Wortes führt zu starken &quot;Reiz-Reaktions-(SR) Vereinigungen, daher diese starke Hemmung der SR ist schwierig und Teilnehmer sind anfällig für Fehler zu machen. Die Überwindung dieses Konflikts und die Aufmerksamkeit weg vom Gesicht oder das Wort verlangt die Gegenstand von unten nach oben an, die normalerweise lenkt die Aufmerksamkeit auf die weitere markante Impulse zu hemmen. In ähnlicher Weise, in der Anti-Sakkade Aufgabe 3,4,5,6, wo ein Befehl Cue verwendet, um nur auf einer peripheren Reiz Ort zu lenken ist, aber dann eye Bewegung wird zum Spiegel entgegengesetzte Position gemacht. Erneut messen wir das Verhalten durch Aufzeichnung der Augenbewegungen der Teilnehmer, die für die Sortierung der Verhaltensreaktionen in korrekt und fehlerfrei sind Versuche 7, die dann die Hirnaktivität korreliert werden können. Neuroimaging jetzt können die Forscher unterschiedliche Verhalten der korrekt und fehlerfrei sind Studien, die indikativ für unterschiedliche kognitive Prozesse sind und dabei das unterschiedliche neuronale Netzwerke eingebunden zu messen.

Watch this Scientific Journal Video about Correlating Behavioral Responses to fMRI Signals from Human Prefrontal Cortex: Examining Cognitive Processes Using Task Analysis at JoVE.com

Correlating Behavioral Responses to fMRI Signals from Human Prefrontal Cortex: Examining Cognitive Processes Using Task Analysis

Das Ziel unserer Forschung ist es, Verhalten zu Hirnaktivität korreliert. Genaue Verhaltensmaßnahmen und bildgebenden Verfahren ermöglichen es uns, Gehirn-Verhalten Zusammenhänge aufzuklären.

Korrelation von Verhaltensreaktionen auf fMRI Signalen von Human präfrontalen Kortex: Untersuchung kognitiver Prozesse mit dem Task Analysis

The aim of this methods paper is to describe how to implement a neuroimaging technique to examine complementary brain processes engaged by two similar ...

correlating-behavioral-responses-to-fmri-signals-from-human

Research

JoVE Journal

Neuroscience

12.7K Aufrufe.  Centre for Vision Research, York University. Das Ziel unserer Forschung ist es, Verhalten zu Hirnaktivität korreliert. Genaue Verhaltensmaßnahmen und bildgebenden Verfahren ermöglichen es uns, Gehirn-Verhalten Zusammenhänge aufzuklären.

Serie: Correlating Behavioral Responses to fMRI Signals from Human Prefrontal Cortex: Examining Cognitive Processes Using Task Analysis

Recording Behavioral Responses to Reflection in Crayfish

Social behavior depends on sensory input from the visual, mechanical and olfactory systems. One important issue concerns the relative roles of each sensory modality in guiding behavior. The role of visual inputs has been examined by isolating visual stimuli from mechanical and chemosensory stimuli. In some studies (Bruski &amp; Dunham, 1987: Delgado-Morales et al., 2004) visual inputs have been removed with blindfolds or low light intensity, and effects of remaining sensory modalities have been elucidated. An alternative approach is to study the effects of visual inputs in the absence of any appropriate mechanical and chemosensory cues. This approach aims to identify the exclusive role of visual inputs. 
We have used two methods to provide visual stimuli to crayfish without providing chemical and mechanical cues. In one method, crayfish are videotaped in an aquarium where half of the walls are covered in mirrors to provide a reflective environment, and the other half are covered in a non-reflective (matte finish) plastic. This gives the crayfish a choice between reflective and non-reflective environments. The reflective environment provides visual cues in the form of reflected images of the crayfish as it moves throughout half of the tank; these visual cues are missing from the non-reflective half of the tank. An alternative method is to videotape the behavior of crayfish in an aquarium separated by a smaller chamber at each end, with a crayfish in one small chamber providing visual cues and an inert object in the opposite small chamber providing visual input from a non-moving, non-crayfish source. 
Our published results indicate that responses of crayfish to the reflective environment depend on socialization and dominance rank. Socialized crayfish spent more time in the reflective environment and exhibited certain behaviors more frequently there than in the non-reflective environment; isolated crayfish showed no such differences. Crayfish that were housed in same-sex pairs developed a social rank of either dominant or subordinate. Responses to reflection differed between dominant and subordinate crayfish (May &amp; Mercier, 2006; May &amp; Mercier, 2007). Dominant crayfish spent more time on the reflective side, entered reflective corners more frequently and spent more time in reflective corners compared to the non-reflective side. Subordinate crayfish walked in reverse more often on the reflective side than on the non-reflective side. Preliminary data suggest similar effects from visual cues provided by a crayfish in a small adjoining chamber (May et al., 2008).

We have developed two methods for studying effects of visual cues on behavior in the absence of tactile and chemical cues. One method involves videotaping responses of crayfish to reflective walls in an aquarium; the other examines effects of visual inputs provided by a live crayfish behind a transparent partition.

Recording Verhaltensreaktionen auf Reflection in Crayfish

Social behavior depends on sensory input from the visual, mechanical and olfactory systems.  One important issue concerns the relative roles of each ...

Forschung

Neurowissenschaften

Co-analysis of Brain Structure and Function using fMRI and Diffusion-weighted Imaging

The study of complex computational systems is facilitated by network maps, such as circuit diagrams. Such mapping is particularly informative when studying the brain, as the functional role that a brain area fulfills may be largely defined by its connections to other brain areas. In this report, we describe a novel, non-invasive approach for relating brain structure and function using magnetic resonance imaging (MRI). This approach, a combination of structural imaging of long-range fiber connections and functional imaging data, is illustrated in two distinct cognitive domains, visual attention and face perception. Structural imaging is performed with diffusion-weighted imaging (DWI) and fiber tractography, which track the diffusion of water molecules along white-matter fiber tracts in the brain (Figure 1). By visualizing these fiber tracts, we are able to investigate the long-range connective architecture of the brain. The results compare favorably with one of the most widely-used techniques in DWI, diffusion tensor imaging (DTI). DTI is unable to resolve complex configurations of fiber tracts, limiting its utility for constructing detailed, anatomically-informed models of brain function. In contrast, our analyses reproduce known neuroanatomy with precision and accuracy. This advantage is partly due to data acquisition procedures: while many DTI protocols measure diffusion in a small number of directions (e.g., 6 or 12), we employ a diffusion spectrum imaging (DSI)1, 2 protocol which assesses diffusion in 257 directions and at a range of magnetic gradient strengths. Moreover, DSI data allow us to use more sophisticated methods for reconstructing acquired data. In two experiments (visual attention and face perception), tractography reveals that co-active areas of the human brain are anatomically connected, supporting extant hypotheses that they form functional networks. DWI allows us to create a "circuit diagram" and reproduce it on an individual-subject basis, for the purpose of monitoring task-relevant brain activity in networks of interest.

We describe a novel approach for simultaneous analysis of brain function and structure using magnetic resonance imaging (MRI). We assess brain structure with high-resolution diffusion-weighted imaging and white-matter fiber tractography. Unlike standard structural MRI, these techniques allow us to directly relate anatomical connectivity to functional properties of brain networks.

Co-Analyse von Hirnstruktur und-funktion mittels fMRT und Diffusionsgewichtete Imaging

The study of complex computational systems is facilitated by network maps, such as circuit diagrams. Such mapping is particularly informative when ...

Visualization and Genetic Manipulation of Dendrites and Spines in the Mouse Cerebral Cortex and Hippocampus using In utero Electroporation

In utero electroporation (IUE) has become a powerful technique to study the development of different regions of the embryonic nervous system 1-5. To date this tool has been widely used to study the regulation of cellular proliferation, differentiation and neuronal migration especially in the developing cerebral cortex 6-8. Here we detail our protocol to electroporate in utero the cerebral cortex and the hippocampus and provide evidence that this approach can be used to study dendrites and spines in these two cerebral regions.
Visualization and manipulation of neurons in primary cultures have contributed to a better understanding of the processes involved in dendrite, spine and synapse development. However neurons growing in vitro are not exposed to all the physiological cues that can affect dendrite and/or spine formation and maintenance during normal development. Our knowledge of dendrite and spine structures in vivo in wild-type or mutant mice comes mostly from observations using the Golgi-Cox method 9. However, Golgi staining is considered to be unpredictable. Indeed, groups of nerve cells and fiber tracts are labeled randomly, with particular areas often appearing completely stained while adjacent areas are devoid of staining. Recent studies have shown that IUE of fluorescent constructs represents an attractive alternative method to study dendrites, spines as well as synapses in mutant / wild-type mice 10-11 (Figure 1A). Moreover in comparison to the generation of mouse knockouts, IUE represents a rapid approach to perform gain and loss of function studies in specific population of cells during a specific time window. In addition, IUE has been successfully used with inducible gene expression or inducible RNAi approaches to refine the temporal control over the expression of a gene or shRNA 12. These advantages of IUE have thus opened new dimensions to study the effect of gene expression/suppression on dendrites and spines not only in specific cerebral structures (Figure 1B) but also at a specific time point of development (Figure 1C).
Finally, IUE provides a useful tool to identify functional interactions between genes involved in dendrite, spine and/or synapse development. Indeed, in contrast to other gene transfer methods such as virus, it is straightforward to combine multiple RNAi or transgenes in the same population of cells. 
In summary, IUE is a powerful method that has already contributed to the characterization of molecular mechanisms underlying brain function and disease and it should also be useful in the study of dendrites and spines.

Visualization and Genetic Manipulation of Dendrites and Spines in the Mouse Cerebral Cortex and Hippocampus using In utero Electroporation

This article describes in detail a protocol to electroporate in utero the cerebral cortex and the hippocampus at E14.5 in mice. We also show that this is a valuable method to study dendrites and spines in these two cerebral regions.

Visualisierung und genetische Manipulation von Dendriten und Dornen in der Maus Hirnrinde und im Hippocampus mit<em&gt; In utero</em&gt; Die Elektroporation

In utero electroporation (IUE) has become a powerful technique to study the development of different regions of the embryonic nervous system 1-5. To date ...

Functional Imaging of Auditory Cortex in Adult Cats using High-field fMRI

Current knowledge of sensory processing in the mammalian auditory system is mainly derived from electrophysiological studies in a variety of animal models, including monkeys, ferrets, bats, rodents, and cats. In order to draw suitable parallels between human and animal models of auditory function, it is important to establish a bridge between human functional imaging studies and animal electrophysiological studies. Functional magnetic resonance imaging (fMRI) is an established, minimally invasive method of measuring broad patterns of hemodynamic activity across different regions of the cerebral cortex. This technique is widely used to probe sensory function in the human brain, is a useful tool in linking studies of auditory processing in both humans and animals and has been successfully used to investigate auditory function in monkeys and rodents. The following protocol describes an experimental procedure for investigating auditory function in anesthetized adult cats by measuring stimulus-evoked hemodynamic changes in auditory cortex using fMRI. This method facilitates comparison of the hemodynamic responses across different models of auditory function thus leading to a better understanding of species-independent features of the mammalian auditory cortex.

Functional studies of the auditory system in mammals have traditionally been conducted using spatially-focused techniques such as electrophysiological recordings. The following protocol describes a method of visualizing large-scale patterns of evoked hemodynamic activity in the cat auditory cortex using functional magnetic resonance imaging.

Funktionelle Bildgebung Auditory Cortex bei erwachsenen Katzen mit Hochfeld-fMRI

Current knowledge of sensory processing in the mammalian auditory system is mainly derived from electrophysiological studies in a variety of animal ...

Simultaneous Detection of c-Fos Activation from Mesolimbic and Mesocortical Dopamine Reward Sites Following Naive Sugar and Fat Ingestion in Rats

This study uses cellular c-fos activation to assess effects of novel ingestion of fat and sugar on brain dopamine (DA) pathways in rats. Intakes of sugars and fats are mediated by their innate attractions as well as learned preferences. Brain dopamine, especially meso-limbic and meso-cortical projections from the ventral tegmental area (VTA), has been implicated in both of these unlearned and learned responses. The concept of distributed brain networks, wherein several sites and transmitter/peptide systems interact, has been proposed to mediate palatable food intake, but there is limited evidence empirically demonstrating such actions. Thus, sugar intake elicits DA release and increases c-fos-like immunoreactivity (FLI) from individual VTA DA projection zones including the nucleus accumbens (NAC), amygdala (AMY) and medial prefrontal cortex (mPFC) as well as the dorsal striatum. Further, central administration of selective DA receptor antagonists into these sites differentially reduce acquisition and expression of conditioned flavor preferences elicited by sugars or fats. One approach by which to determine whether these sites interacted as a distributed brain network in response to sugar or fat intake would be to simultaneous evaluate whether the VTA and its major mesotelencephalic DA projection zones (prelimbic and infralimbic mPFC, core and shell of the NAc, basolateral and central-cortico-medial AMY) as well as the dorsal striatum would display coordinated and simultaneous FLI activation after oral, unconditioned intake of corn oil (3.5%), glucose (8%), fructose (8%) and saccharin (0.2%) solutions. This approach is a successful first step in identifying the feasibility of using cellular c-fos activation simultaneously across relevant brain sites to study reward-related learning in ingestion of palatable food in rodents.

The goal of this study is to identify reward-related distributed brain networks by delineating a reliable immunohistological technique using cellular c-fos activation to measure simultaneous changes in dopamine pathways and terminal sites after novel ingestion of fat and sugar in rats.

Gleichzeitige Detektion von c-Fos Aktivierung von mesolimbischen und mesocorticalen Dopamine Belohnung Seiten Nach Naive Zucker und Fett Verschlucken in Ratten

This study uses cellular c-fos activation to assess effects of novel ingestion of fat and sugar on brain dopamine (DA) pathways in rats. Intakes of sugars ...

Electrophysiological Method for Recording Intracellular Voltage Responses of Drosophila Photoreceptors and Interneurons to Light Stimuli In Vivo

Voltage responses of insect photoreceptors and visual interneurons can be accurately recorded with conventional sharp microelectrodes. The method described here enables the investigator to measure long-lasting (from minutes to hours) high-quality intracellular responses from single Drosophila R1-R6 photoreceptors and Large Monopolar Cells (LMCs) to light stimuli. Because the recording system has low noise, it can be used to study variability among individual cells in the fly eye, and how their outputs reflect the physical properties of the visual environment. We outline all key steps in performing this technique. The basic steps in constructing an appropriate electrophysiology set-up for recording, such as design and selection of the experimental equipment are described. We also explain how to prepare for recording by making appropriate (sharp) recording and (blunt) reference electrodes. Details are given on how to fix an intact fly in a bespoke fly-holder, prepare a small window in its eye and insert a recording electrode through this hole with minimal damage. We explain how to localize the center of a cell's receptive field, dark- or light-adapt the studied cell, and to record its voltage responses to dynamic light stimuli. Finally, we describe the criteria for stable normal recordings, show characteristic high-quality voltage responses of individual cells to different light stimuli, and briefly define how to quantify their signaling performance. Many aspects of the method are technically challenging and require practice and patience to master. But once learned and optimized for the investigator's experimental objectives, it grants outstanding in vivo neurophysiological data.

Electrophysiological Method for Recording Intracellular Voltage Responses of Drosophila Photoreceptors and Interneurons to Light Stimuli In Vivo

Sharp microelectrodes enable accurate electrophysiological characterization of photoreceptor and visual interneuron output in living Drosophila. Here we show how to use this method to record high-quality voltage responses of individual cells to controlled light stimulation. This method is ideal for studying neural information processing in insect compound eyes.

Elektrophysiologische Verfahren zur Aufzeichnung von intrazellulärer Spannung Antworten von<em&gt; Drosophila</em&gt; Fotorezeptoren und Inter auf Lichtreize<em&gt; In Vivo</em

Voltage responses of insect photoreceptors and visual interneurons can be accurately recorded with conventional sharp microelectrodes. The method ...

A Free-breathing fMRI Method to Study Human Olfactory Function

The study of human olfaction is a highly complex and valuable field with applications ranging from biomedical research to clinical evaluation. Currently, evaluation of the functions of the human central olfactory system with functional magnetic resonance imaging (fMRI) is still a challenge because of several technical difficulties. There are some significant variables to take into account when considering an effective method for mapping the function of the central olfactory system using fMRI, including proper odorant selection, the interaction between odor presentation and respiration, and potential anticipation of or habituation to odorants. An event-related, respiration-triggered olfactory fMRI technique can accurately administer odorants to stimulate the olfactory system while minimizing potential interference. It can effectively capture the precise onsets of fMRI signals in the primary olfactory cortex using our data post-processing method. The technique presented here provides an efficient and practical means for generating reliable olfactory fMRI results. Such a technique can ultimately be applied in the clinical realm as a diagnostic tool for diseases associated with olfactory degeneration, including Alzheimer&#39;s and Parkinson&#39;s disease, as we begin to further understand the complexities of the human olfactory system.

We present the technical challenges and solutions for obtaining reliable functional magnetic resonance imaging (fMRI) data from the human central olfactory system. This includes special considerations in olfactory fMRI paradigm design, descriptions of fMRI data acquisition with an MRI-compatible olfactometer, odorant selection, and a special software tool for data post-processing.

Eine frei atmende fMRI-Methode zur Untersuchung der menschlichen olfaktorischen Funktion

The study of human olfaction is a highly complex and valuable field with applications ranging from biomedical research to clinical evaluation. Currently, ...

Combined Transcranial Magnetic Stimulation and Electroencephalography of the Dorsolateral Prefrontal Cortex

Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a non-invasive method that produces neural excitation in the cortex by means of brief, time-varying magnetic field pulses. The initiation of cortical activation or its modulation depends on the background activation of the neurons of the cortical region activated, the characteristics of the coil, its position and its orientation with respect to the head. TMS combined with simultaneous electrocephalography (EEG) and neuronavigation (nTMS-EEG) allows for the assessment of cortico-cortical excitability and connectivity in almost all cortical areas in a reproducible manner. This advance makes nTMS-EEG a powerful tool that can accurately assess brain dynamics and neurophysiology in test-retest paradigms that are required for clinical trials. Limitations of this method include artifacts that cover the initial brain reactivity to stimulation. Thus, the process of removing artifacts may also extract valuable information. Moreover, the optimal parameters for dorsolateral prefrontal (DLPFC) stimulation are not fully known and current protocols utilize variations from the motor cortex (M1) stimulation paradigms. However, evolving nTMS-EEG designs hope to address these issues. The protocol presented here introduces some standard practices for assessing neurophysiological functioning from stimulation to the DLPFC that can be applied in patients with treatment resistant psychiatric disorders that receive treatment such as transcranial direct current stimulation (tDCS), repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS), magnetic seizure therapy (MST) or electroconvulsive therapy (ECT).

The protocol presented here is for TMS-EEG studies utilizing intracortical excitability test-retest design paradigms. The intent of the protocol is to produce reliable and reproducible cortical excitability measures for assessing neurophysiological functioning related to therapeutic interventions in the treatment of neuropsychiatric diseases such as major depression.

Kombinierte Transcranial magnetische Anregung und Elektroenzephalographie des dorsolateralen präfrontalen Kortex

Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a non-invasive method that produces neural excitation in the cortex by means of brief, time-varying magnetic ...

Conducting Concurrent Electroencephalography and Functional Near-Infrared Spectroscopy Recordings with a Flanker Task

Concurrent EEG and fNIRS recordings offer an excellent opportunity to gain a full understanding of the neural mechanism of cognitive processing by inspecting the relationship between the neural and hemodynamic signals. EEG is an electrophysiological technology that can measure the rapid neuronal activity of the cortex, whereas fNIRS relies on the hemodynamic responses to infer brain activation. The combination of EEG and fNIRS neuroimaging techniques can identify more features and reveal more information associated with the functioning of the brain. In this protocol, fused EEG-fNIRS measurements were performed for concurrent recordings of evoked-electrical potentials and hemodynamic responses during a Flanker task. In addition, the critical steps for setting up the hardware and software system as well as the procedures for data acquisition and analysis were provided and discussed in detail. It is expected that the present protocol can pave a new avenue for improving the understanding of the neural mechanisms underlying various cognitive processes by using the EEG and fNIRS signals.

The present protocol describes how to perform concurrent EEG and fNIRS recordings and how to inspect the relationship between the EEG and fNIRS data.&#160;

Durchführung gleichzeitiger Elektroenzephalographie und funktioneller Nahinfrarot-Spektroskopie-Aufnahmen mit einer Flanker-Aufgabe

Concurrent EEG and fNIRS recordings offer an excellent opportunity to gain a full understanding of the neural mechanism of cognitive processing by ...

Isolation of Adult Human Astrocyte Populations from Fresh-Frozen Cortex Using Fluorescence-Activated Nuclei Sorting

The complexity of human astrocytes remains poorly defined in primary human tissue, requiring better tools for their isolation and molecular characterization. Fluorescence-activated nuclei sorting (FANS) can be used to successfully isolate and study human neuronal nuclei (NeuN+) populations from frozen archival tissue, thereby avoiding problems associated with handling&#160;fresh tissue. However, efforts to similarly isolate astroglia from the non-neuronal (NeuN-) element are lacking. A recently developed and validated immunotagging strategy uses three transcription factor antibodies to simultaneously isolate enriched neuronal (NeuN+), astrocyte (paired box protein 6 (PAX6)+NeuN-), and oligodendrocyte progenitor (OLIG2+NeuN-) nuclei populations from non-diseased, fresh (unfixed) snap-frozen&#160;postmortem human temporal neocortex tissue.
This technique was shown to be useful for the characterization of cell type-specific transcriptome alterations in primary pathological epilepsy neocortex. Transcriptomic analyses confirmed that PAX6+NeuN- sorted populations are robustly enriched for pan-astrocyte markers and capture astrocytes in both resting and reactive conditions. This paper describes the FANS methodology for the isolation of astrocyte-enriched nuclei populations from fresh-frozen human cortex, including tissue dissociation into single-nucleus (sn) suspension; immunotagging of nuclei with anti-NeuN and anti-PAX6 fluorescently conjugated antibodies; FANS gating strategies and quality control metrics for optimizing sensitivity and specificity during sorting and for confirming astrocyte enrichment; and recommended procurement for downstream transcriptome and chromatin accessibility sequencing at bulk or sn resolution. This protocol is applicable for non-necrotic, fresh-frozen, human cortical specimens with various pathologies and recommended postmortem tissue collection within 24 h.

We have developed a method that enriches for and isolates human astrocyte populations from fresh-frozen tissue for use in downstream molecular analyses.

Korrelation von Verhaltensreaktionen auf fMRI Signalen von Human präfrontalen Kortex: Untersuchung kognitiver Prozesse mit dem Task Analysis

Zusammenfassung

Weitere Videos entdecken

Kapitel in diesem Video