Financé par la National Science et génie (CRSNG) pour JFXD, Faculté de la Santé, l&#39;Université York et auteur a un doctorat de financement par l&#39;Ontario sur le jeu problématique Research Centre (OPGRC).

1. Avant entrer dans la salle IRM <ol><li> Les participants remplissent un formulaire de consentement expliquant tous les risques expérimentales (par exemple, stimulateurs cardiaques, la claustrophobie, des implants métalliques, les chances de grossesse, etc) et les avantages de leur participation. </li><li> Tous les participants sont tenus de remplir la sécurité IRM et le questionnaire de dépistage (brève histoire médicale, les procédures précédentes chirurgicale etc) Les participants ayant des contre-indications doivent être exclus. </li></ol> 2. Présentation de la tâche et de la Formation <ol><li> Fournir une formation sur l&#39;exécution des tâches sur l&#39;anti-saccade. <ol><li> La couleur verte indique la fixation d&#39;un procès pro-saccade. Charger les participants à comparer à la cible figurant dans la périphérie de l&#39;écran, à un angle visuel de 8-10 °. </li><li> La couleur rouge indique la fixation d&#39;un procès anti-saccade. Charger participant à comparer à la face de miroir de cible figurant dans la périphérie de l&#39;écran, à un angle visuel de 8-10 ° (par exemple pour cible droite, comparer à ee à gauche). </li></ol></li><li> Fournir une formation sur l&#39;exécution des tâches pour le Stroop émotionnel en dehors du scanner. <ol><li> Inclure 15 essais pratiques avec des combinaisons différentes de face-mot des expressions sur un ordinateur en dehors du scanner. Le but de la pratique est pour les participants d&#39;apprendre la tâche et ce qui est attendu d&#39;eux en pressant le bouton approprié dans le scanner IRM. Demandez aux participants quant aux boutons sont pressés pour avoir signalé une heureuse expression / mot, expression neutre / mot et l&#39;expression triste / mot. En outre, lorsque l&#39;intérieur du scanner, de rappeler aux participants que l&#39;émotion de chaque bouton représente. </li><li> Les mots descriptifs indiquant les expressions (heureux, neutre, Sad) se superposent aux images de visages individuels. Ces mots sont soit congruente ou incompatible avec l&#39;émotion représentée par le visage dans l&#39;image (Figure 1). Commencez chaque scan avec une instruction écrite sur l&#39;écran rappelant aux participants soit report du «expression du visage (heureux, neutre, triste)» ou la «parole écrite (heureux, neutre, triste)&quot; en appuyant sur le bouton correspondant aussi vite que possible. </li><li> L&#39;instruction est affichée pendant 1 seconde, suivie d&#39;une croix de fixation, dont les participants pour une fixation sur une autre 1 sec. La croix de fixation est suivie par les stimuli faciaux présentés pour 250 millisecondes et ensuite par l&#39;image de réponse pendant 2 secondes. L&#39;image de réponse est utilisée pour donner aux participants le temps de rendre compte de leurs réponses en appuyant sur le bouton approprié. La présentation visuelle de la prochaine transversale de fixation commence après la fin de cette image de réponse. Chaque participant répète l&#39;analyse expérimentale dans l&#39;un des deux groupes d&#39;instruction (l&#39;expression du visage ou à la parole écrite). Tous les stimuli ont été créés et présentés à l&#39;aide Présentation 12.1 ( <a href="http://www.neurobs.com" target="_blank">www.neurobs.com</a> ). </li></ol></li></ol> 3. Scanner et le programme d&#39;installation Eye Tracking <ol><li> Pour begin la mise en place de l&#39;expérience, commencez par la projection du stimulus ordinateur comme une image focalisée sur l&#39;écran de l&#39;IRM avec un projecteur numérique. </li><li> Les participants sont priés de se lever de leur chaise dans la salle de contrôle et de marcher dans la salle du scanner. Bouchons d&#39;oreilles et / ou des écouteurs sont fournis et les sujets les placer dans leurs canaux oreilles. <ol><li> L&#39;objet est en décubitus dorsal à leur position de la tête au centre de la bobine de tête. Nous stabiliser le corps du participant et la position de tête avec des oreillers ou des inserts en mousse afin de les rendre aussi confortable que possible, mais aussi à l&#39;Aide à restreindre leur mouvement de la tête puisque le mouvement de tête lors de la numérisation entraîne une perte de données. Surtout si le mouvement de la tête est supérieur à 1 mm dans n&#39;importe quelle direction. </li><li> Faites glisser / déposer l&#39;headcoil dessus de la tête du participant et de les faire pencher la tête aussi confortablement que possible, tout en regardant droit devant lui pour voir le miroir qui reflète l&#39;écran du projecteur. Les yeux doivent être aussi proche de la position primaire potin 8 afin de maintenir le confort du participant au cours de la session de numérisation qui peut durer jusqu&#39;à deux heures. </li></ol></li><li> Demandez au participant comment la focalisation de l&#39;image projetée est une fois qu&#39;ils sont dans le scanner. Si elle n&#39;est pas nette, re-régler l&#39;objectif d&#39;améliorer l&#39;image sur l&#39;écran. </li><li> L&#39;oculomètre est à l&#39;essai au moyen d&#39;un étalonnage pour que la caméra est IRED à l&#39;emplacement correct. Si la réflexion sur la cornée n&#39;est pas l&#39;idéal ou de travailler correctement, la source IRED doit être ajusté, ou le miroir qui reflète la source proche de la position de tête IRED du participant doit être réaligné / ajusté. Si la tête du participant a été ajusté, demandez au sujet si plus de rembourrage / mousse ou oreillers sont nécessaires pour maintenir cette position de la tête / corps. Pendant le balayage du moniteur et les positions des participants de disques oculaires horizontaux et verticaux à l&#39;aide d&#39;un tracker œil infrarouge (c.-à-Sensomotoric Instruments, Needham / Boston, MA) et les corréler avec le paradigme comportemental when analysant l&#39;activité cérébrale. 5,7 </li></ol> 4. Procédures de numérisation <ol><li> Placez la boule resserrement de contact d&#39;urgence sur le ventre du participant dans la main gauche et la boîte de joystick / bouton dans la main droite. Placez une capsule de vitamine E sur le côté droit près de la tête. Ce sera visible sur les scans anatomiques qui feront certaine une erreur ne sera pas retourner les images de gauche à droite. Soulever et faire glisser le lit dans le centre de l&#39;IRM. </li><li> S&#39;assurer que tous les expérimentateurs de quitter la salle d&#39;IRM et de fermer la porte à l&#39;IRM. </li><li> Communiquer avec le participant à travers l&#39;interphone dans la salle de contrôle et de confirmer qu&#39;ils sont prêts à commencer la lecture et sont aussi confortables que possible. Si ce n&#39;est pas, réajuster au besoin. </li><li> Rappelez le participant que les bruits dans le scanner sera fort et cela est normal. <ol><li> Le premier balayage recueille quelques images du cerveau peu le long de la région sagittale d&#39;être en mesure de localiser / prescrire le exact ouientation des tranches pour les données complètes anatomiques et fonctionnelles. Les participants sont dit cette analyse prendra quelques minutes. </li><li> Une fois les expérimentateurs afficher les résultats de l&#39;analyse de piste, nous prescrivons une série de tranches anatomiques qui couvrent l&#39;ensemble du cerveau. Dans notre cas nous avons généralement numériser coupes axiales obliques qui englobent l&#39;ensemble du cerveau (170 à 256 tranches). Dites-le participant que cette analyse prendra environ 6 à 10 minutes selon le nombre prescrit de tranches. Dans certains cas, l&#39;analyse anatomique peut être fait après les scans fonctionnels. Il ya quelques avantages de ce dernier, habituellement dans des expériences de longues sujets seront ressentir de la fatigue. Ainsi, l&#39;analyse anatomique n&#39;a pas besoin d&#39;attention par les sujets afin qu&#39;ils puissent fermer les yeux. Il pourrait être utile de faire ces analyses à la fin de la séance d&#39;imagerie. </li><li> Une fois les analyses anatomiques sont terminées le participant est rappelé les instructions spécifiques de l&#39;analyse à venir grâce à la communication via le microphone/ Système d&#39;enceintes. </li></ol></li><li> Dans cet exemple, un pseudo lié à l&#39;événement design 2 est utilisé pour identifier les régions cérébrales activées par la tâche de Stroop émotionnel mais tout sensorielle, la perception interne 9 ou stimulus moteur 10 pourrait être réalisé pour une utilisation en cas de besoin. Après ceux-ci sont numérisés, puis nous demanderons à ce sujet que le paradigme anti-saccade sera scanné prochaine. Selon les paramètres d&#39;imagerie choisis le scan sera proche de 6 minutes. Nous constatons que plus que cette analyse induire sujets à s&#39;endormir. </li><li> La séance d&#39;imagerie totale prend environ 60 à 120 minutes, selon les analyses totales nécessaires pour l&#39;analyse. </li></ol> 5. Analyse IRMf <ol><li> Analyser les données en utilisant le logiciel BrainVoyager QX (ou tout logiciel d&#39;analyse tels que AFNI ou SPM). </li><li> Commencez par la superposition des cartes fonctionnelles des données statistiques sur des images du cerveau anatomiques. Fonctionnellement définir les régions du cerveau d&#39;intérêt (ROEst) en utilisant le modèle linéaire général (GLM), avec des prédicteurs distincts (c.-à-congruent et non congruent, l&#39;instruction et l&#39;instruction face à mot, anti-saccade, pro-saccade) pour chacune des conditions de la tâche au cours des deux types d&#39;analyses 2. </li><li> Examiner l&#39;intensité du signal dans toutes les régions activées frontales des contrastes GLM (c.-à-tout incongru par rapport à tous les congru à produire une carte des zones), calculer le signal BOLD standardisée l&#39;ensemble des participants et de comparer le mot incongru / du visage l&#39;expression avec le mot congruent / fait face à des expressions pour les deux conditions 2. </li><li> Corréler les temps de réaction recueillies sur les essais qui ont été utilisés pour les GLM, puis corréler l&#39;activité du cerveau à travers chaque individu avec leurs temps de réaction propres pour les essais spécifiques 2 comme dans la figure 4. </li></ol> 6. Les résultats représentatifs Après l&#39;analyse, nous montrons les régions du cerveau qui sont en corrélation avec le eStroop motionnelle et anti-saccades tâches enregistrées lors de la numérisation. Les résultats du paradigme de Stroop émotionnel a montré un effet d&#39;interaction entre les trois facteurs d&#39;expression, d&#39;instruction, et la région du cerveau, mais il n&#39;y avait aucun effet principal d&#39;expression et aucun effet principal de l&#39;instruction 2. Nous avons constaté que lorsque l&#39;expression du visage était incompatible à la parole superposée émotionnelle, ce incongruence produite à partir de rapports de l&#39;écrit montré une plus grande intensité du signal BOLD dans la gauche IFG 2 (Figure 2). L&#39;intensité du signal plus sur les expressions incongrues par rapport aux expressions congruentes était statistiquement significative, avec plaisir congruent montrant la plus grande différence de 2. Le plus important de la RTS pour les trois conditions incongrues testés (triste, heureux et neutre) prédit un signal BOLD accrue au sein de l&#39;IFG gauche par rapport à toutes les conditions congruentes (Figure 3). Pour cette analyse nous avons spécifiquement examiné les temps de réaction et a mené une analyse de régression pour vérifier si la température ambiante pendant des conditions incongrues et congruent étaient des facteurs prédictifs de l&#39;activité signal BOLD au sein de cette région du cerveau (figure 3). Nous avons constaté que les comptes RT pour 81% de la variation de l&#39;activité IFG gauche lors de la déclaration des expressions de mot de Happy, neutre, et triste pendant les conditions incongrues et en harmonie 2. Supérieur RT est un facteur prédictif de l&#39;activation plus IFG gauche, avec la condition incongruente triste qui donne le ratio de plus grande intensité RT / signal par rapport à toutes les conditions d&#39;expression d&#39;autres. Nous avons analysé les paradigmes anti-saccades en utilisant des méthodes similaires à celles ci-dessus pour être en mesure de comparer les deux réseaux d&#39;activité. Dans cet exemple, nous avons trouvé qu&#39;il n&#39;y avait pas de signal accrue dans IFG gauche pour l&#39;anti-saccade par rapport à la tâche pro-saccade. Pour plus de détails, nous renvoyons les lecteurs à Ford et al. (2007). <img alt="Figure 1" src=&quot;/ Files/ftp_upload/3237/3237fig1.jpg&quot; /&gt; Figure 1. Un exemple d&#39;un procès incongru (le visage avec une expression heureuse superposée par le mot SAD). L&#39;expérience va commencer avec le point de fixation (1 seconde), en procédant par le stimulus visage (250 ms) et l&#39;image masquée (2 secondes), qui exige une réponse sur le bouton du participant. <img alt="Figure 2" src="/files/ftp_upload/3237/3237fig2.jpg" /> Figure 2. Tous les volumes de fixation ont été utilisés comme base de référence. Les barres d&#39;erreur signifie l&#39;erreur-type de la moyenne (SEM). Expressions incongrues (heureux, neutre, Sad) ont montré significativement plus grand changement par rapport à signal BOLD expressions congruentes 2. L&#39;image en médaillon montre quitté le gyrus frontal inférieur (IFG) qui a été fonctionnellement localisé en utilisant le contraste décrit dans la section 5.2 pour le Stroop émotionnel incongrue par rapport à la condition congruente au cours de la fréquenter à jeu d&#39;instructions mot. <img alt = &quot;Figure 3&quot; src = &quot;/ files/ftp_upload/3237/3237fig3.jpg&quot; /&gt; Figure 3. Au cours de la «Assister à la Parole de&quot; l&#39;instruction, incongru congruente de contraste a montré une corrélation positive entre la RTS et l&#39;intensité du signal BOLD. Ce graphique est un moyen de tables rondes les 10 sujets et le signal BOLD au cours de chacune des six conditions. Les barres d&#39;erreur signifie l&#39;erreur-type de la moyenne (SEM) 2. <img alt="Figure 4" src="/files/ftp_upload/3237/3237fig4.jpg" /> Figure 4. Deux répétitions de chaque expression ont été affichés pour les sujets. Rangée du haut est une illustration schématique d&#39;un séquence d&#39;essai d&#39;un bloc d&#39;essais. Partie inférieure est une représentation de la fonction à deux Gamma réponse hémodynamique (FRH) utilisé pour découvrir les régions du cerveau impliquées dans les expressions du visage émotionnels.

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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>

Nous n&#39;avons rien à communiquer.

Identification des régions cérébrales repose sur la création d&#39;un contraste entre les tâches précises numérisés (c.-à-soit dans le Stroop, l&#39;émotion incongrue par rapport congruent et l&#39;expression du visage; ou anti-saccade par rapport pro-saccade) afin de produire une carte d&#39;activation liée à la tâche. Ces cartes fonctionnelles peuvent être plus raffinée lorsque le comportement est recueillie dans le scanner pour éliminer les essais où le sujet fait des erreurs. Ces erreurs peuvent êt...

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> Nom de l&#39;équipement </td><td> Entreprise </td></tr><tr><td> 3-Tesla appareil d&#39;IRM </td><td> Siemens Magnetom Trio (Erlangen, Allemagne) </td></tr><tr><td> Eye Tracking iViewX </td><td> SensoMotoric Instruments, Inc </td></tr><tr><td> BrainVoyager QX logiciels </td><td> Innovation cerveau, Maastricht, Pays-Bas </td></tr><tr><td> Quatre-bouton du joystick </td><td> Les conceptions actuelles, Inc, Philadelphie, PA, USA </td></tr></tbody></table> Tableau 1. Réactifs et équipements spécifiques.

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

Le but de cet article est de décrire les méthodes comment mettre en œuvre une technique de neuro-imagerie pour examiner les processus du cerveau complémentaires engagés par deux tâches similaires. Le comportement des participants pendant l&#39;exécution des tâches dans un scanner IRMf peut ensuite être corrélée à l&#39;aide de l&#39;activité cérébrale du sang en oxygène-dépendante du niveau de signal. Nous mesurons le comportement pour être en mesure de trier les essais corrects, où le sujet a effectué la tâche correctement et ensuite être capable d&#39;examiner le cerveau des signaux liés à corriger les performances. Inversement, si les sujets ne sont pas accomplir la tâche correctement, et ces essais sont inclus dans l&#39;analyse même des essais corrects nous présenter des procès qui n&#39;étaient pas seulement pour une exécution correcte. Ainsi, dans de nombreux cas ces erreurs peuvent être eux-mêmes utilisés pour ensuite corréler l&#39;activité du cerveau pour eux. Nous décrivons deux tâches complémentaires qui sont utilisés dans notre laboratoire pour examiner le cerveau au cours de la suppression d&#39;une des réponses automatiques: le Stroop 1 et anti-saccades tâches. Laparadigme de Stroop émotionnel instruit les participants à signaler soit la superposition émotionnelle &#39;mot&#39; à travers les visages ou les affectifs faciales expressions du visage des stimuli de l&#39;1,2. Lorsque le mot et l&#39;expression faciale des émotions différentes se référer à un conflit entre ce qui doit être dit et ce qui est lu automatiquement se produit. Le participant doit résoudre le conflit entre deux processus simultanément concurrents de la lecture de mots et des expressions faciales. Notre envie de lire un mot conduit à une forte «stimulus-réponse (SR) &#39;associations, d&#39; où une forte inhibition de ces SR est difficile et les participants sont enclins à faire des erreurs. Surmonter ce conflit et de diriger l&#39;attention loin de la face ou le mot exige l&#39;objet d&#39;inhiber les processus bottom-up qui dirige habituellement l&#39;attention sur le stimulus plus saillant. De même, dans le travail anti-saccade 3,4,5,6, où une queue d&#39;instruction est utilisée pour diriger l&#39;attention que sur un emplacement stimulus périphérique, mais alors la eye mouvement est faite à la position du miroir opposée. Encore une fois, nous mesurer le comportement en enregistrant les mouvements oculaires des participants ce qui permet le tri des réponses comportementales à des essais corrects et l&#39;erreur 7, qui peuvent ensuite être corrélé à l&#39;activité du cerveau. Neuroimagerie permet maintenant aux chercheurs de mesurer des comportements différents des essais corrects et d&#39;erreur qui sont indicatifs de différents processus cognitifs et d&#39;identifier les différents réseaux neuronaux impliqués.

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

Le but de notre recherche est de corréler le comportement de l&#39;activité du cerveau. Précis des mesures comportementales et techniques d&#39;imagerie nous permettent d&#39;élucider les relations cerveau-comportement.

Corrélation entre réponses comportementales aux signaux IRMf de cortex préfrontal humain: l&#39;examen des processus cognitifs en utilisant l&#39;analyse des tâches

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 vues.  Centre for Vision Research, York University. Le but de notre recherche est de corréler le comportement de l'activité du cerveau. Précis des mesures comportementales et techniques d'imagerie nous permettent d'élucider les relations cerveau-comportement.

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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.

Enregistrement des réponses comportementales à la réflexion chez les écrevisses

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

Recherche

Neurosciences

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.

Imagerie fonctionnelle du cortex auditif chez chats adultes à l&#39;aide de haut-champ IRMf

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.

Détection simultanée de c-Fos Activation de Sites de récompense dopaminergique mésolimbique et mésocortical Après Naive sucre et de graisse Ingestion chez le rat

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.

Une méthode FMRI à respiration libre pour étudier la fonction olfactive humaine

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.

La Stimulation magnétique transcrânienne combinée et électroencéphalographie du Cortex préfrontal dorsolatéral

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.

Isolement de populations d’astrocytes humains adultes à partir de cortex fraîchement congelés à l’aide du tri des noyaux activés par fluorescence

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 Interrogation optogénétique de la transmission synaptique à longue distance et de la plasticité du cortex préfrontal médian au cortex entorhinal latéral

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.

Coloration rapide de Golgi pour la visualisation de la colonne vertébrale dendritique dans l’hippocampe et le cortex préfrontal

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

Faire progresser la cartographie du cortex visuel pour une meilleure évaluation des troubles de la vision

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.

Pleins feux sur l’auteur : Aperçu de la recherche sur le cortex visuel grâce à la cartographie IRMf à grande échelle 

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.

Imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) du cortex visuel avec stimulation rétinotopique à grand angle

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