Finanziato dalla National Science and Engineering Research Council (NSERC) per JFXD, Facoltà di Scienze della Salute, York University e autore ha SO PhD finanziamento da parte della Ontario Problem Gambling Research Centre (OPGRC).

1. Prima di entrare nella camera MRI <ol><li> I partecipanti compilare un modulo di consenso che spiega tutti i rischi sperimentali (ad esempio pacemaker, claustrofobia, protesi metalliche, la probabilità di gravidanza, ecc), e dei benefici della loro partecipazione. </li><li> Tutti i partecipanti sono tenuti a compilare la sicurezza risonanza magnetica e questionario di screening (breve storia della medicina, precedenti procedure chirurgiche, ecc) I partecipanti con controindicazioni deve essere esclusa. </li></ol> 2. Panoramica delle attività e formazione <ol><li> Fornire formazione sulle prestazioni Task anti-saccade. <ol><li> Fissazione verde indica una pro-saccade prova. Istruire partecipanti guardare al bersaglio che compare nella periferia dello schermo, un angolo visuale di 8-10 °. </li><li> Il colore rosso indica la fissazione anti-saccade prova. Istruire i partecipanti a guardare al esatto opposto di target che compare nella periferia dello schermo, con un angolo di visuale di 8-10 ° (ad esempio per obiettivo giusto, cercare di maggioe sinistra). </li></ol></li><li> Fornire una formazione sulle prestazioni dell&#39;attività per la Stroop emotivo al di fuori dello scanner. <ol><li> Include 15 prove pratiche con diverse combinazioni di face-parola espressioni su un computer al di fuori dello scanner. Lo scopo della pratica è per i partecipanti di apprendere l&#39;attività e ciò che si aspetta da loro in premendo il pulsante appropriato nello scanner MRI. Istruire i partecipanti su quali tasti vengono premuti per segnalare una felice espressione / parola neutra espressione / parola e di espressione triste / word. Inoltre, quando all&#39;interno dello scanner, ricordare ai partecipanti che emozione ogni pulsante rappresenta. </li><li> Parole descrittive che indicano le espressioni (Happy, Neutral, Sad) si sovrappongono le immagini di singole facce. Queste parole sono o congruenti o incongruenti con l&#39;emozione rappresentata dalla faccia nella foto (figura 1). Inizia ogni scansione con istruzioni scritte sullo schermo ricordando ai partecipanti di entrambi i repOrt il &quot;espressione del volto (felice, folle, triste)&quot; o la &quot;parola scritta (felice, folle, triste)&quot; premendo il tasto corrispondente nel più breve tempo possibile. </li><li> L&#39;operazione viene visualizzata per 1 secondo, seguito da una croce fissazione, che i partecipanti fissato su di un altro 1 sec. La croce di fissaggio è seguita dagli stimoli Face per 250 millisecondi e poi seguite da l&#39;immagine di risposta per 2 secondi. L&#39;immagine risposta viene usato per dare ai partecipanti il ​​tempo di segnalare le loro risposte premendo il tasto appropriato. La seguente presentazione visiva della croce fissaggio inizia dopo la fine di questa immagine risposta. Ciascun partecipante ripete la scansione sperimentale in uno dei due gruppi di istruzioni (cioè faccia espressione O parola scritta). Tutti gli stimoli sono stati creati e presentati utilizzando Presentazione 12.1 ( <a href="http://www.neurobs.com" target="_blank">www.neurobs.com</a> ). </li></ol></li></ol> 3. Scanner e di impostazione del monitoraggio Eye <ol><li> Per bEgin la messa a punto dell&#39;esperimento, avviare proiettando lo stimolo del computer come immagine focalizzata sullo schermo in MRI con un proiettore digitale. </li><li> I partecipanti sono invitati ad alzarsi dalla propria sedia nella sala di controllo e camminate nella stanza scanner. Tappi per le orecchie e / o cuffie vengono forniti e soggetti metterli nei loro canali orecchie. <ol><li> Il soggetto è in posizione supina con la posizione della testa al centro della bobina testa. Noi stabilizzare il corpo del partecipante e la posizione testa con cuscini o inserti in schiuma per renderli il più confortevole possibile, ma anche di aiutante nel limitare il loro movimento della testa in quanto il movimento della testa durante la scansione causa perdita di dati. Specialmente se il movimento della testa è maggiore di 1 mm in qualsiasi direzione. </li><li> Far scorrere / posizionare la headcoil sopra la testa del partecipante e li hanno inclinare la testa più comoda possibile guardando dritto per visualizzare lo specchio che riflette sullo schermo del proiettore. Gli occhi devono essere il più vicino alla posizione primaria come pOSSIBILI 8 al fine di mantenere il comfort del partecipante sulla sessione di scansione, che può durare fino a due ore. </li></ol></li><li> Chiedere al partecipante come la messa a fuoco dell&#39;immagine proiettata è una volta che sono nello scanner. Se non è tagliente, regolare nuovamente l&#39;obiettivo di migliorare l&#39;immagine sullo schermo. </li><li> Il eyetracker è ora verificata mediante una calibrazione per assicurare che la fotocamera IRED è nella posizione corretta. Se la riflessione sulla cornea non è l&#39;ideale o funziona correttamente, la fonte IRED deve essere regolata, o lo specchio che riflette la fonte IRED vicino alla posizione di testa del partecipante deve essere riallineato / regolato. Se la testa del partecipante è stata regolata, chiedere al soggetto se più padding / schiuma o cuscini sono necessarie per mantenere questa testa / corpo posizione. Durante la scansione del monitor e le posizioni oculari orizzontali e verticali dei partecipanti discografiche con un inseguitore a infrarossi occhio (cioè sensomotorio Instruments, Needham / Boston, MA) e correlare questi con il paradigma comportamentale when analizzando l&#39;attività cerebrale. 5,7 </li></ol> 4. Procedure di scansione <ol><li> Posizionare il contatto delle sfere di emergenza squeeze sull&#39;addome del partecipante in mano sinistra e il joystick / tasto box nella mano destra. Posizionare una capsula di vitamina E sul lato destro vicino alla testa. Questo sarà visibile nelle scansioni anatomiche che faranno certo un errore non capovolgere le immagini da sinistra a destra. Sollevare e far scorrere il letto al centro della MRI. </li><li> Assicurarsi che tutti gli sperimentatori lasciare la stanza MRI e chiudere la porta alla MRI. </li><li> Comunicare con il partecipante attraverso il citofono nella sala di controllo e confermano che sono pronti a iniziare la scansione e sono il più confortevole possibile. Se non, regolare come necessario. </li><li> Ricorda il partecipante che i rumori nello scanner sarà forte e questo è normale. <ol><li> La prima scansione raccoglie alcune immagini cerebrali alcuni lungo la regione sagittale di poter localizzare / o prescrivere la esattaientation delle fette per i dati completi anatomici e funzionali. I partecipanti sono detto che questo scan possa durare alcuni minuti. </li><li> Una volta che gli sperimentatori visualizzare i risultati della scansione localizzatore, si prescrivono una serie di sezioni anatomiche che coprono l&#39;intero cervello. Nei nostri casi abbiamo tipicamente scansione assiale fette oblique che comprendono l&#39;intero cervello (da 170 a 256 fette). Dite al partecipante che la scansione richiederà circa 6 a 10 minuti a seconda del numero prescritto di fette. In alcuni casi la scansione anatomica può essere fatta dopo le scansioni funzionali. Ci sono alcuni vantaggi di questi ultimi, di solito negli esperimenti lunghi soggetti sperimenteranno la fatica. Così, la scansione anatomica non ha bisogno di attenzione da parte dei soggetti in modo che possano chiudere gli occhi. Può essere utile fare queste scansioni al termine della sessione di imaging. </li><li> Una volta che le scansioni anatomiche sono stati completati il ​​partecipante si ricorda delle istruzioni specifiche della scansione prossimo attraverso la comunicazione tramite il microfono/ Sistema di altoparlanti. </li></ol></li><li> In questo esempio, uno pseudo-evento relativo al modello 2, viene utilizzato per identificare le regioni cerebrali attivate dal compito Stroop emotivo ma qualsiasi sensoriale, percezione interna 9 o stimolo motore 10 potrebbe essere diretta all&#39;uso quando necessario. Dopo questi vengono sottoposti a scansione poi ci istruire il soggetto che l&#39;anti-saccade paradigma saranno esaminati il ​​prossimo. A seconda dei parametri di imaging scelti la scansione sarà vicino a 6 minuti. Troviamo che effettua la scansione più lunga di questa indurre soggetti ad addormentarsi. </li><li> La sessione di imaging totale richiede circa 60 a 120 di minuti, a seconda delle scansioni totale necessario per l&#39;analisi. </li></ol> 5. Analisi fMRI <ol><li> Analizzare i dati utilizzando BrainVoyager QX software (o qualsiasi altro pacchetto di analisi come AFNI o SPM). </li><li> Inizia sovrapponendo funzionali mappe di dati statistici su immagini anatomiche del cervello. Funzionalmente definire le aree cerebrali di interesse (ROE &#39;) utilizzando il modello lineare generale (GLM), con predittori separato (cioè congruenti e incongruenti, l&#39;istruzione e l&#39;istruzione faccia parola, anti-saccade, pro-saccade) per ciascuna delle condizioni il compito durante i due tipi di scansioni 2. </li><li> Esaminare l&#39;intensità del segnale in tutte le regioni frontali attivati ​​dai contrasti GLM (cioè tutti incongruente rispetto a tutte congruente per produrre una mappa delle aree), calcolare il segnale BOLD standard in tutti i partecipanti e confrontare l&#39;incongruente parola / espressione faccia con la parola congruente / affronta le espressioni per entrambe le condizioni 2. </li><li> Correlare i tempi di reazione raccolte le prove che sono state utilizzate per i MLG, quindi correlare l&#39;attività cerebrale attraverso ciascuno con i tempi di reazione proprie per i processi specifici 2 come in figura 4. </li></ol> 6. Risultati rappresentativi Dopo l&#39;analisi mostriamo regioni cerebrali che correlano con l&#39;eStroop motional e anti-saccadi attività registrate durante la scansione. I risultati del paradigma di Stroop emozionale ha mostrato un effetto di interazione tra tutti i tre fattori di espressione, l&#39;istruzione, e la regione del cervello, ma non c&#39;era effetto principale di espressione e di nessun effetto principale di istruzione 2. Abbiamo scoperto che quando l&#39;espressione del volto era incongruente alla parola sovrapposta emozionale, questa incongruenza prodotto da aver segnalato la parola scritta ha mostrato una maggiore intensità del segnale BOLD a sinistra IFG 2 (Figura 2). L&#39;intensità del segnale maggiore sulle espressioni incongruenti rispetto alle espressioni congruenti era statisticamente significativa, con felice congruente mostra la più grande differenza 2. Soprattutto, il RTS per le tre condizioni incongruenti testate (triste, felice e neutrale) ha predetto un segnale di maggiore BOLD entro IFG sinistra rispetto a tutte le condizioni congruenti (Figura 3). Per questo analisi abbiamo esaminato in modo specifico i tempi di reazione e condotto un&#39;analisi di regressione per verificare se RT per le condizioni incongruenti e congruente erano predittivo dell&#39;attività segnale BOLD in questa regione del cervello (Figura 3). Abbiamo trovato che i conti RT per l&#39;81% della variazione dell&#39;attività IFG sinistra quando riferire le espressioni parola di Felice, Neutro, Sad e nelle condizioni incongruenti e congruenti 2. Higher RT è predittivo di un più ampio attivazione IFG sinistra, con la condizione incongruente triste cedendo il più grande RT rapporto segnale / intensità rispetto a tutte le condizioni di espressione di altri. Abbiamo analizzato le anti-saccadi paradigmi con metodi analoghi a quelli sopra per poter confrontare le due reti di attività. In questo esempio, abbiamo scoperto che vi era alcun segnale aumentato in IFG sinistra per l&#39;anti-saccade rispetto al pro-saccade compito. Per maggiori dettagli, rimandiamo i lettori a Ford et al. (2007). <img alt="Figura 1" src=&quot;/ Files/ftp_upload/3237/3237fig1.jpg&quot; /&gt; Figura 1. Un esempio di sperimentazione incongruenti (viso con una felice espressione sovrapposta dalla parola SAD). L&#39;esperimento inizierà con il punto di fissaggio (1 secondo), procedendo per lo stimolo viso (250 ms) e l&#39;immagine mascherata (2 secondi), che richiede una risposta pulsante del partecipante. <img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/3237/3237fig2.jpg" /> Figura 2. Tutti i volumi di fissaggio sono stati utilizzati come base di riferimento. Le barre di errore indicano l&#39;errore standard della media (SEM). Espressioni incongruente (Happy, Neutral, Sad) ha dimostrato significativamente più grande cambiamento BOLD segnale rispetto alle espressioni congruenti 2. L&#39;immagine a sinistra mostra inserto giro frontale inferiore (IFG) che è stato funzionale localizzato utilizzando il contrasto descritto nella sezione 5.2 per il Stroop emotivo incongruente rispetto alla condizione congruente durante la partecipazione al set di istruzioni parola. <img alt = &quot;Figura 3&quot; src = &quot;/ files/ftp_upload/3237/3237fig3.jpg&quot; /&gt; Figura 3. Durante l&#39;istruzione &quot;Partecipa a Word&quot;, incongruente-congruente contrasto ha mostrato una correlazione positiva tra RT e l&#39;intensità del segnale BOLD. Questo grafico è una media di RT tutti e 10 i soggetti e il segnale BOLD in ciascuno dei sei condizioni. Le barre di errore indicano l&#39;errore standard della media (SEM) 2. <img alt="Figura 4" src="/files/ftp_upload/3237/3237fig4.jpg" /> Figura 4. Due ripetizioni di ogni espressione sono stati esposti ai soggetti. Riga superiore è una rappresentazione schematica di una sequenza di prova da un blocco di prove. Sezione inferiore è una rappresentazione delle Due-Gamma funzione di risposta emodinamica (HRF), usato per scoprire le regioni del cervello coinvolte nelle espressioni facciali emotive.

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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>

Non abbiamo nulla da rivelare.

Identificare regioni del cervello si basa sulla creazione di un contrasto preciso tra le attività acquisite (cioè sia nel Stroop, l&#39;emozione incongruente rispetto congruenti e l&#39;espressione del viso, o anti-saccade contro pro-saccade) al fine di produrre una mappa di attivazione connesse alla mansione. Queste mappe funzionali possono essere più raffinata quando il comportamento viene raccolto nello scanner per rimuovere prove in cui il soggetto in errori. Tali errori possono essere rimossi e se ci fosse abbas...

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> Nome delle apparecchiature </td><td> Azienda </td></tr><tr><td> 3-Tesla MRI machine </td><td> Siemens Magnetom Trio (Erlangen, Germania) </td></tr><tr><td> iViewX di eye tracking </td><td> Sensomotorio Instruments, Inc. </td></tr><tr><td> BrainVoyager QX software </td><td> Cervello Innovazione, Maastricht, Paesi Bassi </td></tr><tr><td> Quattro pulsanti Joystick </td><td> Designs correnti, Inc., Philadelphia, PA, USA </td></tr></tbody></table> Tabella 1. Reagenti e attrezzature specifiche.

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

Lo scopo di questo lavoro è quello di descrivere i metodi come implementare una tecnica di neuroimaging per esaminare i processi cerebrali complementari, impegnate da due compiti simili. Comportamento dei partecipanti durante l&#39;esecuzione compito in risonanza magnetica può essere quindi correlato alla attività cerebrale utilizzando il sangue ossigeno-dipendente dal livello del segnale. Si misurare il comportamento di poter ordinare prove corrette, dove il soggetto svolto il compito correttamente e quindi in grado di esaminare il cervello segnali relativi a correggere le prestazioni. Viceversa, se i soggetti non eseguire correttamente l&#39;operazione, e questi studi sono inclusi nella stessa analisi con le prove corretti che introdurrebbe prove che erano non solo per il corretto funzionamento. Pertanto, in molti casi, questi errori possono essere usate poi per correlare poi a loro attività cerebrale. Descriviamo due compiti complementari che vengono utilizzati nel nostro laboratorio per esaminare il cervello durante la soppressione di una risposta automatica: il Stroop 1 e anti-saccadi compiti. Ilparadigma di Stroop emotivo istruisce i partecipanti a riferire sia il sovrapposto emozionale &#39;parola&#39; attraverso i volti affettive o le espressioni facciali degli &#39;del 1,2 viso stimoli. Quando la parola e l&#39;espressione del viso si riferiscono alle emozioni diverse, un conflitto tra ciò che deve essere detto e ciò che viene letto automaticamente si verifica. Il partecipante deve risolvere il conflitto tra due processi contemporaneamente concorrenti di lettura parola e espressione facciale. La nostra voglia di leggere una parola conduce ad una forte &#39;stimolo-risposta (SR)&#39; le associazioni, di conseguenza l&#39;inibizione di questi forte SR è difficile ed i partecipanti sono inclini a commettere errori. Il superamento di questo conflitto e dirigendo l&#39;attenzione lontano dalla faccia o la parola richiede al soggetto di inibire i processi bottom up, che dirige in genere l&#39;attenzione allo stimolo più saliente. Analogamente, nel compito anti-saccade 3,4,5,6, dove viene utilizzato uno spunto istruzioni per dirigere l&#39;attenzione solo ad una posizione stimolo periferico, ma poi la eymovimento e si rinvia alla posizione opposta specchio. Ancora una volta misuriamo il comportamento registrando i movimenti oculari dei partecipanti che consente la selezione delle risposte comportamentali corretti e negli studi di errore 7 che poi possono essere correlati all&#39;attività cerebrale. Neuroimaging consente ora ai ricercatori di misurare diversi comportamenti corretti di prove ed errori che sono indicativi di diversi processi cognitivi e di individuare le diverse reti neurali coinvolti.

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

L&#39;obiettivo della nostra ricerca è quello di correlare il comportamento di attività cerebrale. Accurate misure comportamentali e le tecniche di imaging ci permettono di chiarire le relazioni cervello-comportamento.

Correlare risposte comportamentali alla segnali fMRI di Human corteccia prefrontale: Esame Processi Cognitivi Utilizzando 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 Views.  Centre for Vision Research, York University. L'obiettivo della nostra ricerca è quello di correlare il comportamento di attività cerebrale. Accurate misure comportamentali e le tecniche di imaging ci permettono di chiarire le relazioni cervello-comportamento.

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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.

Registrazione di risposte comportamentali alla riflessione in gamberi di fiume

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

Ricerca

Neuroscienze

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.

Imaging funzionale di Auditory Cortex in gatti adulti utilizzando ad 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.

Rilevazione simultanea di c-Fos attivazione da mesolimbico e mesocorticali Siti Reward dopamina seguito Ingenuo zuccheri e grassi ingestione 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 ...

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 metodo fMRI a respirazione libera per studiare la funzione olfattiva umana

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.

Stimolazione magnetica transcranica combinata e l'elettroencefalografia della corteccia prefrontale dorsolaterale

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.

Isolamento di popolazioni di astrociti umani adulti dalla corteccia appena congelata mediante selezione dei nuclei attivati dalla fluorescenza

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 Interrogazione optogenetica della trasmissione sinaptica a lungo raggio e della plasticità dalla corteccia prefrontale mediale alla corteccia entorinale laterale

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.

Macchia rapida di Golgi per la visualizzazione della colonna vertebrale dendritica nell'ippocampo e nella corteccia prefrontale

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

Migliorare la mappatura della corteccia visiva per una migliore valutazione dei disturbi visivi

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.

Autore in primo piano: approfondimenti sulla ricerca sulla corteccia visiva attraverso la mappatura fMRI ad ampia visuale 

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.

Risonanza magnetica funzionale (fMRI) della corteccia visiva con stimolazione retinotopica ad ampio raggio

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