Financiado por el Nacional de Ciencia y Ingeniería de Investigación (NSERC) para JFXD, Facultad de Salud, la Universidad de York y autor SO tiene un doctorado por la financiación de Ontario Problemas con el Juego Centro de Investigación (OPGRC).

1. Antes de entrar en la sala de resonancia magnética <ol><li> Los participantes completan un formulario de consentimiento que explica todos los riesgos de experimentación (por ejemplo, marcapasos, claustrofobia, implantes metálicos, probabilidad de embarazo, etc), y los beneficios de su participación. </li><li> Todos los participantes están obligados a llenar la seguridad de la RMN y el cuestionario de tamizaje (breve historia clínica, los procedimientos quirúrgicos anteriores, etc) Los participantes con contraindicaciones deben ser excluidos. </li></ol> 2. Visión general de tareas y la formación <ol><li> Proporcionar capacitación sobre el desempeño de tareas de lucha contra la sacada. <ol><li> El color verde indica la fijación de un juicio a favor de sacada. Instruya a los participantes para mirar hacia el blanco que aparece en la periferia de la pantalla, en un ángulo visual de 8-10 °. </li><li> El color rojo indica la fijación de un juicio contra el movimiento sacádico. Instruir a los participantes a mirar hacia el espejo opuesto de la meta que aparece en la periferia de la pantalla, en un ángulo visual de 10.8 ° (por ejemplo, para la meta bien, mira a the izquierda). </li></ol></li><li> Proporcionar capacitación sobre la ejecución de tareas para el Stroop emocional fuera del escáner. <ol><li> Incluye 15 ensayos de práctica con diferentes combinaciones de expresiones de la palabra cara en un equipo fuera del escáner. El propósito de la práctica es que los participantes de aprender la tarea y lo que se espera de ellos en pulsando el botón correspondiente en el escáner de resonancia magnética. Instruir a los participantes como a los que se presionan los botones para reportar una feliz expresión / palabra, expresión neutra palabra / y de expresión triste / palabra. Además, cuando en el interior del escáner, recordar a los participantes de los cuales la emoción de cada botón representa. </li><li> Las palabras descriptivas que indican las expresiones (feliz, neutro, triste) se superponen a las imágenes de rostros individuales. Estas palabras son ya sea congruente o incongruente con la emoción representada por la cara en la imagen (Figura 1). Comience cada exploración con una instrucción por escrito en la pantalla recuerda a los participantes ya sea representante deORT &quot;expresión de la cara (feliz, neutro, triste)&quot; o &quot;la palabra escrita (feliz, neutro, triste)&quot; pulsando el botón correspondiente tan pronto como sea posible. </li><li> La instrucción se muestra durante 1 segundo, seguido por una cruz de fijación, que los participantes fijado en otra para 1 s. La cruz de fijación es seguido por los estímulos presentados por la cara 250 milisegundos y luego seguido por la imagen de respuesta durante 2 segundos. La imagen de la respuesta se utiliza para dar a los participantes tiempo para informar de sus respuestas presionando el botón apropiado. La siguiente presentación visual de la cruz fijación comienza después del final de esta imagen respuesta. Cada participante repite la exploración experimental en uno de los dos grupos de instrucción (es decir, expresión cara O palabra escrita). Todos los estímulos fueron creados y presentados a través Presentación 12,1 ( <a href="http://www.neurobs.com" target="_blank">www.neurobs.com</a> ). </li></ol></li></ol> 3. Escáner y el programa de instalación Eye Tracking <ol><li> Para begin la puesta en marcha del experimento, comienza la proyección de la computadora como estímulo de una imagen enfocada en la pantalla en la RM con un proyector digital. </li><li> Los participantes deberán levantarse de su silla en la sala de control y entrar en la sala del escáner. Tapones para los oídos y / o auriculares, y se proporcionan los sujetos colocarlos en sus canales de los oídos. <ol><li> El paciente está en decúbito supino con la cabeza de su posición al centro de la bobina de la cabeza. Nos estabilizar el cuerpo del participante y la posición de la cabeza con almohadas o goma espuma para que sean lo más cómodo posible, sino también para ayudar en la restricción de su movimiento de la cabeza desde el movimiento de la cabeza durante la exploración provoca la pérdida de datos. Especialmente si el movimiento de la cabeza es mayor que 1 mm en cualquier dirección. </li><li> Deslice / coloque el headcoil sobre la cabeza del participante y pídales que inclinar la cabeza lo más cómodamente posible, mientras que mirando hacia delante para ver el espejo que refleja la pantalla del proyector. Los ojos deben estar tan cerca de la posición primaria como posible 8 con el fin de mantener la comodidad de los participantes en la sesión de exploración que puede durar hasta dos horas. </li></ol></li><li> Pregunta al participante cómo el foco de la imagen proyectada es una vez que están en el escáner. Si no es fuerte, volver a ajustar la lente para mejorar la imagen en la pantalla. </li><li> El Eyetracker está probado por medio de una calibración para asegurar que la cámara IRED está en la ubicación correcta. Si la reflexión sobre la córnea no es lo ideal, o funciona correctamente, la fuente de IRED se debe ajustar, o el espejo que refleja la fuente de IRED cerca de la posición de la cabeza del participante debe ser reajustado / ajustado. Si la cabeza del participante se ajustó, pedir al paciente si hay más de relleno / espuma o almohadas son necesarios para mantener esta posición de la cabeza / cuerpo. Durante la exploración del monitor y posiciones de los participantes de los registros de los ojos horizontales y verticales usando un rastreador de ojos infrarrojos (es decir, la función sensomotora Instruments, Needham / Boston, MA) y correlacionarlos con el paradigma del comportamiento when el análisis de la actividad cerebral. 5,7 </li></ol> 4. Procedimientos de exploración <ol><li> Coloque la bola de compresión de contacto de emergencia en el abdomen de los participantes en su mano izquierda y el cuadro de mando / botón en la mano derecha. Colocar una cápsula de vitamina E en el lado derecho cerca de la cabeza. Esto se podrá ver en las imágenes anatómicas que se asegurará de un error que no le dará la vuelta las imágenes de izquierda a derecha. Levante y deslice la cama en el centro de la resonancia magnética. </li><li> Asegúrese de que todos los experimentadores salir de la sala de resonancia magnética y cierre la puerta a la resonancia magnética. </li><li> Comunicarse con el participante a través del intercomunicador en la sala de control y confirmar que están preparados para comenzar la exploración y son tan cómodos como sea posible. Si no, reajustar según sea necesario. </li><li> Recuerde a los participantes que los ruidos en el escáner será fuerte y esto es normal. <ol><li> La primera exploración recoge unos pocos imágenes del cerebro a lo largo de la región sagital a ser capaces de localizar / prescribir la exacta oientation de las rodajas para los datos completos anatómicas y funcionales. Los participantes se les dice esta exploración se llevará unos minutos. </li><li> Una vez que los experimentadores ver los resultados de la exploración del localizador, que prescribe una serie de cortes anatómicos que cubren todo el cerebro. En nuestros casos, típicamente escanean axiales cortes oblicuos que abarcan todo el cerebro (170 a 256 rebanadas). Dígale a los participantes que esta exploración se llevará alrededor de 6 a 10 minutos dependiendo de la cantidad prescrita de las rebanadas. En algunos casos la exploración anatómica puede hacerse después de las exploraciones funcionales. Hay algunas ventajas de este último, por lo general en los experimentos de larga sujetos experimentan fatiga. Por lo tanto, la exploración anatómica no requiere atención por parte de los sujetos de manera que puede cerrar los ojos. Podría ser útil para hacer estas exploraciones al final de la sesión de imágenes. </li><li> Una vez que los análisis anatómicos se han completado los participantes se acuerda de las instrucciones específicas de la exploración próximo través de la comunicación a través del micrófono/ Sistema de altavoces. </li></ol></li><li> En este ejemplo, un pseudo relacionados con el evento de diseño 2 se utiliza para identificar las regiones del cerebro activadas por la tarea de Stroop emocional pero cualquier percepción sensorial, interno 9 o estímulo del motor 10 puede ser dirigido para su uso cuando sea necesario. Después de éstos se analizan a continuación vamos a indicar al sujeto que el paradigma de la lucha contra la sacada serán analizados a continuación. Dependiendo de los parámetros de imagen elegido la exploración estará cerca de 6 minutos. Encontramos que escanea más de esto induzca a las personas conciliar el sueño. </li><li> La sesión de imágenes total toma aproximadamente 60 a 120 de minutos, dependiendo de las exploraciones totales necesarias para el análisis. </li></ol> 5. Análisis de resonancia magnética funcional <ol><li> Analizar los datos utilizando el software BrainVoyager QX (o cualquier paquete de análisis tales como AFNI o SPM). </li><li> Comience por la superposición de mapas de datos estadísticos funcionales cerebrales en imágenes de anatomía. Funcionalmente definir las regiones cerebrales de interés (ROSe), utilizando el modelo lineal general (GLM), con predictores independientes (es decir, congruentes e incongruentes, la instrucción y la instrucción ante la palabra, anti-sacada, a favor de sacada) para cada una de las condiciones en la tarea durante los dos tipos de análisis 2. </li><li> Examine la intensidad de la señal en todas las regiones activadas frontales de los contrastes GLM (es decir, todos contra todos congruentes incongruente para producir un mapa de las áreas), calcular la señal BOLD estándar para todos los participantes y comparar la incongruente palabra / expresión de la cara con la palabra congruentes / se enfrenta a las expresiones de ambos 2 condiciones. </li><li> Correlacionar los tiempos de reacción obtenidos en los ensayos que se utilizaron para los GLM, y luego correlacionar la actividad cerebral a través de cada individuo con sus propios tiempos de reacción para las pruebas específicas de 2 como en la Figura 4. </li></ol> 6. Los resultados representativos Después del análisis se muestran las regiones del cerebro que se relacionan con el correoStroop promocional y las tareas de lucha contra la sacada registrado durante la exploración. Los resultados de la paradigma Stroop emocional mostró un efecto de interacción entre los tres factores de expresión, la instrucción, y la región del cerebro, pero no hubo un efecto principal de expresión y ningún efecto principal de la instrucción 2. Hemos encontrado que cuando la expresión del rostro era incongruente con la palabra superpuesta emocional, esta incongruencia producida a partir de la presentación de informes de la palabra escrita mostraron una mayor intensidad de la señal BOLD en la izquierda IFG 2 (Figura 2). La intensidad de la señal más grande en las expresiones incongruentes en comparación con las expresiones congruentes fue estadísticamente significativa, con feliz congruencia que muestra la mayor diferencia 2. Lo más importante es el RTS para las tres condiciones incongruentes probados (triste, feliz y neutro) predijo un aumento de la señal BOLD dentro de IFG la izquierda en comparación con todas las condiciones congruentes (Figura 3). Por esta analisis se examinaron específicamente los tiempos de reacción y llevó a cabo un análisis de regresión para comprobar si la temperatura ambiente durante las condiciones incongruentes y congruentes son predictivos de la actividad de la señal BOLD dentro de esta región del cerebro (Figura 3). Se encontró que el RT cifra representa el 81% de la variación en la actividad de la izquierda IFG en los informes de las expresiones verbales de Neutral feliz, y triste en las condiciones incongruentes y congruente 2. Superior RT es un factor predictivo de mayor activación del IFG izquierda, con la condición incongruente triste dando mayor RT / señal de relación de intensidad en comparación con todas las condiciones de expresión de otros. Se analizaron los paradigmas anti-saccade utilizando métodos similares a los de arriba para poder comparar las dos redes de actividad. En este ejemplo, se encontró que no había señal de incremento en GBA izquierda para el anti-sacada en comparación con la tarea pro-sacada. Para más detalles, nos remitimos a los lectores a Ford et al. (2007). <img alt="Figura 1" src=&quot;/ Files/ftp_upload/3237/3237fig1.jpg&quot; /&gt; Figura 1. Un ejemplo de un ensayo incongruente (la cara con una expresión feliz superpuesta por la palabra SAD). El experimento comenzará con el punto de fijación (1 segundo), procediendo por el estímulo cara (250 ms) y la imagen oculta (2 segundos), que requiere la respuesta del participante botón. <img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/3237/3237fig2.jpg" /> Figura 2. Todos los volúmenes de fijación se utiliza como línea de base. Las barras de error significan el error estándar de la media (SEM). Expresiones incongruentes (feliz, neutro, triste) mostró un cambio significativamente mayor en comparación con la señal BOLD expresiones congruentes 2. El recuadro muestra la imagen a la izquierda giro frontal inferior (IFG), que fue localizado funcionalmente con el contraste describen en la sección 5.2 para el Stroop emocional incongruente frente a la condición de congruencia en la atención a la palabra conjunto de instrucciones. <img alt = &quot;Figura 3&quot; src = &quot;/ files/ftp_upload/3237/3237fig3.jpg&quot; /&gt; Figura 3. Durante el &quot;Asistir a la Palabra de&quot; instrucción, incongruente-congruente contraste mostró una correlación positiva entre la RT y la intensidad de la señal BOLD. Este gráfico es un promedio de TR en los 10 sujetos y la señal BOLD durante cada una de las seis condiciones. Las barras de error significan el error estándar de la media (SEM) 2. <img alt="Figura 4" src="/files/ftp_upload/3237/3237fig4.jpg" /> Figura 4. Dos repeticiones de cada expresión se muestra a los sujetos. Fila superior es una ilustración esquemática de una secuencia de prueba a partir de un bloque de ensayos. La sección inferior es una representación de la función de respuesta de dos Gamma hemodinámica (HRF) que se utiliza para descubrir las regiones del cerebro implicadas en las expresiones faciales emocionales.

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	<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>

No tenemos nada que revelar.

La identificación de regiones del cerebro se basa en la creación de un contraste exacto entre las tareas escaneados (es decir, ya sea en el Stroop, emoción incongruente frente congruente y expresión facial; o anti-saccade frente pro saccade-) con el fin de producir un mapa de activación relacionado con la tarea. Estos mapas funcionales pueden ser más refinado cuando el comportamiento se recoge en el escáner para eliminar los ensayos en que el sujeto hechas errores. Estos errores se puede quitar y si había un nú...

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> Nombre del Equipo </td><td> Empresa </td></tr><tr><td> 3-Tesla MRI de la máquina </td><td> Siemens Magnetom Trio (Erlangen, Alemania) </td></tr><tr><td> iViewX Eye Tracking </td><td> Sensomotor Instruments, Inc. </td></tr><tr><td> BrainVoyager QX de software </td><td> Innovación cerebro, Maastricht, Países Bajos </td></tr><tr><td> Cuatro botones Joystick </td><td> Los diseños actuales, Inc., Filadelfia, PA, USA </td></tr></tbody></table> Tabla 1. Reactivos y equipos específicos.

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

El objetivo de este trabajo es describir los métodos de cómo poner en práctica una técnica de neuroimagen para examinar los procesos complementarios del cerebro que participan en dos tareas similares. Comportamiento de los participantes durante la ejecución de tareas en un escáner fMRI puede ser correlacionada con la actividad cerebral mediante la sangre-oxígeno-dependiente del nivel de señal. Nosotros medimos el comportamiento para poder ordenar los ensayos correctos, donde el sujeto realiza la tarea correctamente y luego ser capaz de examinar el cerebro las señales relacionadas con corregir el desempeño. Por el contrario, si los sujetos no realizar la tarea correctamente, y estos estudios se incluyen en el mismo análisis con los ensayos adecuados que se introducen los ensayos que eran no sólo para la correcta realización. Por lo tanto, en muchos casos, estos errores pueden ser utilizados de forma que a continuación se correlaciona la actividad cerebral a ellos. Se describen dos tareas complementarias que se usan en nuestro laboratorio para examinar el cerebro durante la supresión de una respuesta automática: el Stroop 1 y las tareas de lucha contra la sacada. Laparadigma de Stroop emocional instruye a los participantes que informen bien de la superposición emocional &quot;palabra&quot; a través de los rostros afectivos o las expresiones faciales de los 1,2 de la cara de los estímulos. Cuando la palabra y la expresión facial se refieren a diferentes emociones, un conflicto entre lo que debe decirse y se produce lo que se lee automáticamente. El participante tiene que resolver el conflicto entre dos procesos al mismo tiempo la competencia de la lectura de palabras y la expresión facial. Nuestro deseo de leer una palabra lleva a la gran &quot;estímulo-respuesta (SR) las asociaciones, por lo que la inhibición de estos fuertes SR es difícil y los participantes son propensos a cometer errores. La superación de este conflicto y dirigir la atención lejos de la cara o la palabra requiere que el sujeto para inhibir los procesos de abajo hacia arriba que normalmente dirige la atención hacia el estímulo más saliente. De manera similar, en la tarea anti-saccade 3,4,5,6, donde se utiliza una señal de instrucción para dirigir la atención sólo a una localización del estímulo periférico, pero entonces la eymovimiento electrónico se hace a la posición del espejo opuesto. Una vez más se mide el comportamiento mediante la grabación de los movimientos oculares de los participantes lo que permite la clasificación de las respuestas de comportamiento en los ensayos correctos y error 7 que puede ser correlacionada con la actividad cerebral. Neuroimagen ahora permite a los investigadores para medir los diferentes comportamientos de los ensayos correctos y errores que son indicativos de los diferentes procesos cognitivos e identificar las diferentes redes neuronales implicadas.

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

El objetivo de nuestra investigación es correlacionar el comportamiento de la actividad cerebral. Precisas medidas de comportamiento y técnicas de imagen nos permiten dilucidar las relaciones cerebro-conducta.

La correlación entre las respuestas de comportamiento a las señales de fMRI de la corteza prefrontal humana: estudio de determinados procesos cognitivos Uso del análisis de tareas

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 vistas.  Centre for Vision Research, York University. El objetivo de nuestra investigación es correlacionar el comportamiento de la actividad cerebral. Precisas medidas de comportamiento y técnicas de imagen nos permiten dilucidar las relaciones cerebro-conducta.

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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.

Grabación de las respuestas de comportamiento a la reflexión en el cangrejo de río

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

Investigación

Neurociencias

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.

Imágenes funcionales de la corteza auditiva en los gatos adultos el uso de alto campo 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.

Detección simultánea de c-Fos activación de sitios de recompensa dopaminérgico mesolímbico y mesocortical Siguiendo Naive La ingestión de azúcar y grasa en ratas

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 ...

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.

Un método fMRI de respiración libre para estudiar la función olfativa humana

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.

Estímulo magnético de Transcranial combinado y electroencefalograma (EEG) de la corteza Prefrontal Dorsolateral

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

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.

Aislamiento de poblaciones adultas de astrocitos humanos de la corteza recién congelada utilizando la clasificación de núcleos activados por fluorescencia

The complexity of human astrocytes remains poorly defined in primary human tissue, requiring better tools for their isolation and molecular ...

Ex Vivo Optogenetic Interrogation of Long-Range Synaptic Transmission and Plasticity from Medial Prefrontal Cortex to Lateral Entorhinal Cortex

Studying the physiological properties of specific synapses in the brain, and how they undergo plastic changes, is a key challenge in modern neuroscience. Traditional in vitro electrophysiological techniques use electrical stimulation to evoke synaptic transmission. A major drawback of this method is its nonspecific nature; all axons in the region of the stimulating electrode will be activated, making it difficult to attribute an effect to a particular afferent connection. This issue can be overcome by replacing electrical stimulation with optogenetic-based stimulation. We describe a method for combining optogenetics with in vitro patch-clamp recordings. This is a powerful tool for the study of both basal synaptic transmission and synaptic plasticity of precise anatomically defined synaptic connections and is applicable to almost any pathway in the brain. Here, we describe the preparation and handling of a viral vector encoding channelrhodopsin protein for surgical injection into a pre-synaptic region of interest (medial prefrontal cortex) in the rodent brain and making of acute slices of downstream target regions (lateral entorhinal cortex). A detailed procedure for combining patch-clamp recordings with synaptic activation by light stimulation to study short- and long-term synaptic plasticity is also presented. We discuss examples of experiments that achieve pathway- and cell-specificity by combining optogenetics and Cre-dependent cell labeling. Finally, histological confirmation of the pre-synaptic region of interest is described along with biocytin labeling of the post-synaptic cell, to allow further identification of the precise location and cell type.

Ex Vivo Optogenetic Interrogation of Long-Range Synaptic Transmission and Plasticity from Medial Prefrontal Cortex to Lateral Entorhinal Cortex

Here we present a protocol describing viral transduction of discrete brain regions with optogenetic constructs to permit synapse-specific electrophysiological characterization in acute rodent brain slices.

Ex Vivo Interrogación optogenética de la transmisión sináptica de largo alcance y la plasticidad de la corteza prefrontal medial a la corteza entorrinal lateral

Studying the physiological properties of specific synapses in the brain, and how they undergo plastic changes, is a key challenge in modern neuroscience. ...

Rapid Golgi Stain for Dendritic Spine Visualization in Hippocampus and Prefrontal Cortex

Golgi impregnation, using the Golgi staining kit with minor adaptations, is used to impregnate dendritic spines in the rat hippocampus and medial prefrontal cortex. This technique is a marked improvement over previous methods of Golgi impregnation because the premixed chemicals are safer to use, neurons are consistently well impregnated, there is far less background debris, and for a given region, there are extremely small deviations in spine density between experiments. Moreover, brains can be accumulated after a certain point and kept frozen until further processing. Using this method any brain region of interest can be studied. Once stained and cover slipped, dendritic spine density is determined by counting the number of spines for a length of dendrite and expressed as spine density per 10 &#181;m dendrite.

The protocol describes a modification of the rapid Golgi method, which can be adapted to any part of the nervous system, for staining neurons in the hippocampus and medial prefrontal cortex of the rat.

Tinción rápida de Golgi para la visualización de la columna dendrítica en el hipocampo y la corteza prefrontal

Golgi impregnation, using the Golgi staining kit with minor adaptations, is used to impregnate dendritic spines in the rat hippocampus and medial ...

Avance del mapeo de la corteza visual para una mejor evaluación de los trastornos de la visión

Functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI) of the Visual Cortex with Wide-View Retinotopic Stimulation

High-resolution retinotopic blood oxygenation level-dependent (BOLD) functional magnetic resonance imaging (fMRI) with a wide-view presentation can be used to functionally map the peripheral and central visual cortex. This method for measuring functional changes of the visual brain allows for functional mapping of the occipital lobe, stimulating &gt;100&#176; (&plusmn;50&#176;) or more of the visual field, compared to standard fMRI visual presentation setups which usually cover &lt;30&#176; of the visual field. A simple wide-view stimulation system for BOLD fMRI can be set up using common MR-compatible projectors by placing a large mirror or screen close to the subject's face and using only the posterior half of a standard head coil to provide a wide-viewing angle without obstructing their vision. The wide-view retinotopic fMRI map can then be imaged using various retinotopic stimulation paradigms, and the data can be analyzed to determine the functional activity of visual cortical regions corresponding to central and peripheral vision. This method provides a practical, easy-to-implement visual presentation system that can be used to evaluate changes in the peripheral and central visual cortex due to eye diseases such as glaucoma and the vision loss that may accompany them.

Autor destacado: Perspectivas sobre la investigación de la corteza visual a través del mapeo de resonancia magnética funcional de visión amplia 

We have developed techniques for mapping the visual cortex function utilizing more of the visual field than is commonly used. This approach has the potential to enhance the evaluation of vision disorders and eye diseases.

Resonancia magnética funcional (fMRI) de la corteza visual con estimulación retinotópica de visión amplia

High-resolution retinotopic blood oxygenation level-dependent (BOLD) functional magnetic resonance imaging (fMRI) with a wide-view presentation can be ...