This research was made possible with the support of grants from the National Science and Engineering Research Council (NSERC) to J. Bruce Morton.

1. Ottenere l&#39;approvazione per Lavorare con soggetti umani 2. FMRI Data Acquisition <ol><li> Acquisire dati fMRI seguendo le procedure idonee per i bambini (vedi Raschle, et al. 12). Fare ogni sforzo per limitare i possibili differenze legate all&#39;età nelle prestazioni delle applicazioni e di movimento, in quanto queste differenze introducono confonde indesiderati che limitano la propria capacità di trarre conclusioni sulle differenze evolutivamente rilevanti nei attivazione cerebrale e connettività funzionale. Nota: Nel protocollo attuale, una versione-prove ripetute del DCCS è stato somministrato in forma di design a blocchi di 13. Ogni ciclo comprende due blocchi di switch 8-prova e due blocchi di ripetizione 8-prova, dove i blocchi interruttori consistono di 4 prove di commutazione e 4 prove ripetute, e blocca ripetizione composto da 8 prove ripetute. Il protocollo è perfettamente adatto per l&#39;uso con dati fMRI evento-correlati. Tuttavia, i disegni a blocchi sono bello lavorare con quando prima ottenere acquainted con ICA, come è facile vedere modulazioni attività nei corsi a tempo componenti. </li><li> Dati Preprocess fMRI seguenti procedure di pre-elaborazione fMRI standard. <ol><li> Riallineare tutte le immagini funzionali allo stesso orientamento e la posizione. Tipicamente, il primo volume funzionale è utilizzata come immagine di riferimento per tutti gli altri volumi per essere allineati. </li><li> L&#39;immagine T1-pesate (anatomico) con il T2 COREGISTER * ponderate (funzionali) scansioni, in modo che l&#39;attivazione viene sovrapposta la posizione anatomica corretta. </li><li> Normalizzare tutte le immagini a una dimensione standardizzata, spazio, e la posizione con la selezione di un cervello modello (ad esempio spazio Talairach). Questo aiuta a garantire che le regioni omologhe da soggetti diversi vengono confrontati. Nota: le immagini vengono deformati allo spazio Talairach nel protocollo attuale, anche se altri modelli possono anche essere utilizzati (per esempio, MNI {Montreal Neurological Institute} spazio). </li><li> Smooth tutti i volumi funzionali in datun set con un 6 a 10 mm di smoothing kernel. </li></ol></li><li> Sequestrare i volumi pre-elaborati in un insieme separato di directory. Utilizzare &quot;scansioni funzionali&quot; come directory superiore. All&#39;interno di &quot;scansioni funzionali&quot; comprendono una directory separata per ogni partecipante, e all&#39;interno di ogni directory partecipante, una directory separata per ogni esecuzione. Il dato è ora pronto per l&#39;analisi ICA. </li></ol> 3. Gruppo Independent Component Analysis (ICA) <ol><li> Scaricare e installare il software ICA gruppo. Ci sono un certo numero di cassette disponibili per attuare ICA su diversi tipi di dati neurofisiologici, compresi fMRI. Mentre qualsiasi cassetta degli attrezzi che esegue gruppo ICA potrebbe potenzialmente essere adatto, quello utilizzato nel protocollo attuale si chiama REGALO. GIFT è stato sviluppato da Vince Calhoun e colleghi presso l&#39;Università del New Mexico. La casella degli strumenti GIFT è un insieme di script MATLAB che funziona insieme ad SPM, un noto pacchetto di analisi fMRI. Entrambi possono be scaricato gratuitamente da Internet (GIFT: mialab.mrn.org / software / regalo / index.html #; SPM: www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/). Una volta scaricato, aggiungere la casella degli strumenti GIFT e tutte le sotto-directory al percorso di ricerca di MATLAB e salvare il file percorso. </li><li> Calcolo di un gruppo ICA su dati fMRI utilizzando REGALO esige sostanziali sulla memoria RAM. Le richieste precise su memoria variano a seconda del numero di partecipanti, la quantità di dati raccolti da ciascun partecipante, e la risoluzione dei dati. Per evitare problemi di memoria, si consiglia di eseguire l&#39;analisi ICA su un server. Se si esegue l&#39;analisi su un computer locale, i requisiti di RAM possono essere stimati attraverso l&#39;utilizzo di uno script &quot;icatb_mem_ica.m&quot; che fa parte di GIFT. </li><li> Set-up o parametrizzare l&#39;analisi. Farlo modificando uno script batch preesistente denominato &quot;Input_data_subjects_1.m&quot; che è memorizzato in REGALO sotto &quot;icatb_batch_files&quot;. Nota: Questo può essere fatto anche utilizzando grafica utente di REGALO Interface. Tuttavia, è molto più facile, con un po &#39;di pratica, per impostare l&#39;analisi modificando questo script preesistente. <ol><li> Specificare modalità dati fMRI </li><li> Specificare il tipo di analisi da ICA con ICASSO. Ciò garantirà la ICA viene eseguito con la procedura ICASSO. ICASSO stima dell&#39;affidabilità della decomposizione eseguendo più volte ICA iniziano con differenti numeri casuali. Quindi verifica la somiglianza di ogni risultato per mezzo di clustering. Uso di ICASSO è raccomandato come mezzo di controllo della qualità della decomposizione ICA, ma di ampliare notevolmente il tempo necessario GIFT per completare l&#39;analisi. <ol><li> Per eseguire l&#39;ACI la procedura ICASSO, selezionare &#39;2 &#39;sotto &quot;Tipo di analisi&quot; e quindi parametrizzare la procedura ICASSO nelle righe successive del file di installazione. </li></ol></li><li> Massimizzare le prestazioni del gruppo PCA scegliendo &#39;1 &#39;sotto impostazioni delle prestazioni di Gruppo PCA. Provare a impostare questo parametro su &#39;2&#39;Dovrebbero verificarsi problemi di memoria RAM insufficiente. </li><li> Per consentire successivamente l&#39;ordinamento della risultante di componenti tramite predittori di una matrice standard di SPM disegno, specificare se ci sono diverse matrici per i soggetti diversi. </li><li> Specificare dove i dati funzionali pre-elaborati vengono memorizzati e se un file SPM.mat contiene la matrice di progettazione vengono memorizzati insieme ai dati funzionali pretrattati. <ol><li> Il modo più semplice di ottenere GIFT per leggere i dati è se ogni partecipante ha lo stesso numero di piste, e la directory dati è strutturata come descritto al punto 2.3 sotto l&#39;acquisizione dei dati fMRI. Se è così, allora sotto DataSelectionMethod, ha scelto &#39;1 &#39;per il Metodo 1, e completare il parametro &quot;sourceDir_filePattern_flagLocation&quot; inserendo il percorso file in cui sono memorizzati i dati, il formato file dei dati, e l&#39;indicazione che le singole sessioni vengono memorizzati come sottodirectory all&#39;interno di ogni cartella argomento. </li></ol></li&gt; <li> Indicare la directory in cui l&#39;output dell&#39;analisi dovrebbe essere scritto. Non scrivere il risultato nella stessa directory in cui sono memorizzati i dati. </li><li> Fornire un prefisso che verrà aggiunto a tutti i file di output. </li><li> Fornire un filepath a una maschera. Tutti i volumi inviati al ICA sono mascherati. REGALO fornisce una maschera di default. Per questo lavoro, uno script in-house per generare una maschera dai dati che verrà presentata al ICA. Come minimo, la maschera dovrebbe eliminare cranio, spazio extra-cerebrale, e soprattutto i bulbi oculari. Segnale dal voxel bulbo oculare mostrerà molto ampie fluttuazioni durante una corsa e pertanto avere un&#39;influenza considerevole sulla struttura dei componenti finali. Figura 3 illustra quanto una buona maschera dovrebbe essere simile. </li><li> Specificare il tipo di gruppo PCA da utilizzare. Utilizzare &#39;oggetto specifico.&#39; </li><li> Specificare il metodo di back-ricostruzione. In questa fase, soggetto individuale IC e propri corsi tempo associati sono calcolati from i risultati dell&#39;analisi di gruppo. GICA è consigliato per ottenere i migliori corsi di tempo, anche se vi è una notevole discussione in letteratura su questo punto. </li><li> Specificare il tipo di dati pre-elaborazione. Utilizzare normalizzazione intensità per evitare valori non numerici (cioè infiniti, e Nan) in uscita. In questo esempio, abbiamo scelto il default di &#39;1 &#39;. </li><li> Specificare il tipo di PCA (usiamo standard) e accettare i valori di default in Opzioni PCA. GIFT esegue una PCA ad ogni ciclo di ciascun partecipante e mantenuto un numero di componenti pari al numero di fonti per essere miscelato nella ICA. L&#39;APC serve a due scopi importanti. In primo luogo, aiuta a eliminare le fonti di rumore che sono unici per ogni partecipante e ogni esecuzione. In secondo luogo, essa rende esigenze computazionali dell&#39;analisi più trattabile. </li><li> Specificare il numero di APC per eseguire sui dati prima della ICA (2 raccomandata). Come pure, specificare il numero di componenti da mantenere dopo ogni PCA (se in esecuzione2, si raccomanda che il numero di componenti considerati dopo la prima PCA è il doppio del numero conservato dopo il secondo). </li><li> Specificare come i dati devono essere scalati. Per questo lavoro, è stato utilizzato z-score di scala. </li><li> Scegliere un algoritmo di separazione alla fonte cieco per l&#39;ACI. Per questo lavoro, Infomax è stato usato. REGALO offre una scelta di almeno 10 diversi algoritmi. </li><li> Rimanenti parametri possono essere lasciati così come sono. </li></ol></li><li> Una volta che l&#39;ACI è completata, selezionare tra componenti disponibili quelli che sono di potenziale interesse teorico. Attraverso l&#39;interfaccia grafica REGALO, scegli la scelta dei componenti: l&#39;ordinamento spaziale ordina i componenti spaziali mediante correlazione spaziale con un modello pre-esistente; ordinamento temporale ordina i corsi a tempo componente per mezzo di predittori lineari dalla matrice disegno SPM che è possibile memorizzare i dati (vedi 3.3.5). Nota: Entrambi gli approcci alla selezione dei componenti hanno utilità. Tuttavia, quando si lavora con i dati delle attività, la selezione temporalecriteri sono particolarmente utili, in quanto forniscono un mezzo per verificare che il componente selezionato è stato attivato dal compito. Nel caso del DCCS, uso di ordinamento temporale può essere utilizzato per confermare che il componente selezionato era più attivo durante blocchi contatti che durante blocchi di ripetizione. </li><li> Verificare se le versioni bambino e adulto di questi componenti selezionati sono diversi. Bambino Aggregate e componenti adulti di interesse in due gruppi e prova per mezzo di un due campioni regioni t-test in cui i componenti variano separati. Questo è relativamente facile da fare attraverso la GUI REGALO. </li></ol>

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Non ci sono interessi finanziari concorrenti.

Higher-order mental operations, such as the ability to switch sorting rules, develop rapidly throughout childhood and adolescence. Because these mental operations involve interactions between multiple distributed brain regions, there is growing interest in exploring the relationship between the development of higher-order cognition and age-related changes in the organization of broad-scale cortical networks. We present a method based on group independent component analysis applied to task-based fMRI data as a means of ex...

La possibilità di regolare il comportamento si sviluppa gradualmente durante l&#39;infanzia e l&#39;adolescenza (per una rassegna, vedi Diamante 1). Nella Change Card compito ordine dimensionale, per esempio, i partecipanti passano da carte classificare in un modo, come forma, a cernita loro un modo diverso, ad esempio di colore 2 (vedi figura 2). Commutazione esige un piccolo costo delle prestazioni, o il costo switch, in modo tale che le risposte sono in genere più lenti e più soggetto a errori sugli studi di switch in cui il cambiamento delle regole di ordinamento, rispetto a ripetere prove in cui la regola di ordinamento rimane la stessa 3. L&#39;entità di tali costi in genere diminuisce con figli crescono 4, che illustra il fatto che la capacità di regolazione del comportamento subisce proseguito lo sviluppo presto nella vita. Poiché le operazioni mentali complesse, come la commutazione, comportano rapidi interazioni tra molteplici regioni cerebrali 5, vi è un crescente interesse in relazionng lo sviluppo di ordine superiore cognizione di cambiamenti nell&#39;organizzazione funzionale di larga scala reti corticali 6. Un approccio per indagare cambiamento evolutivo in reti a larga scala è attraverso l&#39;uso di analisi funzionale connettività 6,7 basato seme. Il primo passo in questa tecnica è quello di consultare disponibile letteratura di ricerca e definire le regioni priori di interesse, o ROI, che sembrano essere rilevanti per il comportamento in questione. Questi ROI, o nodi, definiscono la struttura di base della rete. Successivamente, le fluttuazioni a bassa frequenza dell&#39;attività (o T2 *-ponderazione intensità del segnale) in questi ROI sono misurati per 5 a 10 minuti, mentre i partecipanti sono a riposo in uno scanner MRI. Connettività funzionale tra due nodi della rete viene quindi quantificato come la correlazione dei rispettivi andamenti temporali. Nodi che sono fortemente collegati funzionalmente dovrebbero avere simili, e quindi altamente correlati, segnalecorsi a tempo. D&#39;altra parte, i nodi che sono debolmente collegati funzionalmente dovrebbero avere dissimili e quindi poco correlato, segnalare l&#39;andamento nel tempo. Per completare un modello di rete, i bordi (o link) sono disegnate tra nodi il cui andamento nel tempo correlare sopra di una soglia scelto. I test per differenze correlate all&#39;età connettività funzionale all&#39;interno di una rete possono essere effettuate su qualsiasi connessione singolo nodo a nodo, o sulla topologia di tutto l&#39;insieme di nodi e archi. Queste differenze nella connettività funzionale possono quindi essere collegati a misure di performance cognitiva raccolti offline. In questo lavoro, un approccio diverso è descritto che si basa sul gruppo di analisi delle componenti indipendenti basati su attività dati fMRI 8. Indipendente analisi delle componenti (o ICA) è una procedura statistica per rivelare ciecamente fonti nascoste sottostanti una serie di osservazioni tali che le fonti rivelate sono massimamente indipendenti. Applicato alla analisi dei dati fMRI, la pROCEDURA presuppone che ogni volume è una miscela di un numero finito di fonti spazialmente indipendenti. Utilizzando uno di una varietà di diversi algoritmi, come l&#39;algoritmo Infomax, ICA poi calcola una matrice unmixing, che, applicato ai dati originali produce un insieme di sorgenti massimo indipendenti o componenti. Ogni componente può essere pensato come una rete, in quanto comprende un insieme di voxel che condividono un corso temporale comune. Gruppo ICA è un particolare tipo di ICA in cui un insieme comune di componenti del gruppo viene prima stima di un intero set di dati, e quindi i set-specific partecipanti dei componenti del gruppo sono calcolati in un passo indietro-ricostruzione. Una volta che un intero set di dati viene scomposto in una serie di componenti, il passo successivo è quello di eliminare componenti artefatti che rappresentano sorgenti di rumore, e identificare i componenti teoricamente significative che corrispondono con le reti di interesse. Ciò può essere ottenuto sia con l&#39;andamento nel tempo dei componenti di modellazione nel contesto di un GLM a identify reti che attivano in modo previsto, spazialmente correlando componenti con un modello di una rete di interesse, o entrambi. L&#39;insieme dei componenti può essere sottoposto a un confronto di gruppo per verificare possibili differenze legate all&#39;età connettività funzionale all&#39;interno di reti teoricamente interessanti 7,9,10. Dati fMRI basata su attività Studiare i cambiamenti legati all&#39;età nel connettività funzionale attraverso l&#39;applicazione di gruppo ICA ha diversi vantaggi rispetto all&#39;applicazione di tecniche basate seme di riposo statali dati fMRI. In primo luogo, le tecniche di base di seme, a differenza che si concentrano su un piccolo set di a priori definito ROI, l&#39;approccio di gruppo ICA corrente utilizza tutti i voxel comprendenti una serie temporale volumetrico. Questo riduce le opportunità di pregiudizio che necessariamente sorgono quando un piccolo gruppo di semi sono selezionati a priori come regioni di interesse. In secondo luogo, l&#39;applicazione di analisi funzionale connettività (ICA-based o altro) per task-piuttosto che riposa-stato i dati fMRI ha il vantaggio di consentire l&#39;organizzazione della rete e funzione di rete di essere associati in modo più diretto. Se, per esempio, esaminando le implicazioni cognitive o comportamentali della connettività funzionale (come variazione delle prestazioni DCCS) è una priorità, è importante mostrare che la rete di interesse deriva dalle prestazioni compito. Con i protocolli di riposo statali, questo è molto difficile perché il ricercatore ha alcuna traccia di eventuali stati cognitivi, comportamentali, affettivi o sperimentato dal partecipante durante l&#39;acquisizione dei dati. E &#39;quindi impossibile fornire la prova diretta che qualsiasi rete di interesse rilevante per le prestazioni compito. Per contro, quando l&#39;analisi connettività funzionale, come ICA, viene applicato compito-dati, è possibile confermare che la rete di interesse è almeno associata alla esecuzione di un compito. Infine, ICA è meno soggetto all&#39;influenza avversa di rumore. Fonti di rumore, come quelli associati spiritoh movimento del soggetto e il ritmo cardiaco, sono unici profili spazio-temporale. Pertanto, nel contesto di un gruppo ICA, queste fonti sono isolati e assegnati a componenti separati, lasciando rimanenti componenti relativamente priva di queste fonti sgraditi varianza. Poiché le analisi a base di semi-usano corsi tempo prima per la stima della connettività funzionale, e corsi a tempo sono, per definizione, miscele di segnale neurofisiologico e del rumore artefatta, le differenze di gruppo nelle stime di connettività funzionali possono riflettere differenze tra i gruppi veri in neurofisiologia sottostante, differenze di gruppo nella la struttura di rumore, o entrambi 11.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:741px;" width="740">
	<colgroup>
		<col span="4" />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="30">
			<td height="30" style="height:30px;width:185px;">Name of equipment</td>
			<td style="width:185px;">Company</td>
			<td style="width:185px;">Catalog Number</td>
			<td style="width:185px;">Comments (optional)</td>
		</tr>
		<tr height="30">
			<td height="30" style="height:30px;width:185px;">SPM8</td>
			<td style="width:185px;">The MathWorks, Inc.</td>
			<td style="width:185px;">R2013a</td>
			<td style="width:185px;"></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a method for investigating age-related differences in the functional connectivity of cognitive control networks associated with dimensional change card sort performance

La possibilità di regolare il comportamento ai cambiamenti improvvisi dell&#39;ambiente si sviluppa gradualmente durante l&#39;infanzia e l&#39;adolescenza. Ad esempio, nel Change Card compito ordine dimensionale, partecipanti passare da carte classificare in un modo, come forma, a cernita loro un modo diverso, ad esempio colore. Regolazione del comportamento in questo modo esige un piccolo costo delle prestazioni, o il costo switch, in modo tale che le risposte sono in genere più lenti e più soggetto a errori sugli studi di switch in cui il cambiamento delle regole di ordinamento, rispetto a ripetere prove in cui la regola di ordinamento rimane la stessa. La possibilità di regolare in modo flessibile comportamento è spesso detto di sviluppare progressivamente, in parte perché i costi comportamentali come i costi di switch di solito diminuiscono con l&#39;aumentare dell&#39;età. Perché aspetti della cognizione di ordine superiore, come ad esempio la flessibilità comportamentale, si sviluppano in modo rimane gradualmente una questione aperta. Una ipotesi è che questi cambiamenti si verificano in associazione con alterazioni funzionali larga scala reti di controllo cognitivo. Su questo punto di vista,operazioni mentali complesse, come la commutazione, comportano rapidi interazioni tra le diverse regioni del cervello distribuiti, compresi quelli che aggiornare e mantenere le regole di attività, l&#39;attenzione ri-orientare e selezionare comportamenti. Con lo sviluppo, connessioni funzionali tra queste regioni rafforzare, portando a manovre più efficienti e più veloce. Il video corrente descrive un metodo per testare questa ipotesi attraverso l&#39;analisi e la raccolta multivariata dei dati fMRI dai partecipanti di diverse età.

Gruppo ICA, anche su un relativamente piccolo insieme di dati fMRI, restituirà un insieme di componenti analoghi a quelli osservati in altri studi. Figura 4 è una sovrapposizione di 5 tali componenti e loro andamenti temporali associati preparati da un campione di 12 bambini e 13 adulti , con circa 800 volumi per partecipante. Come mostrato in Figura 4, la modalità predefinita, fronto-parietale, reti cingulo-insulare, e visivo può facilmente essere visto dai risultati di questa deco...

Watch this Scientific Journal Video about A Method for Investigating Age-related Differences in the Functional Connectivity of Cognitive Control Networks Associated with Dimensional Change Card Sort P

A Method for Investigating Age-related Differences in the Functional Connectivity of Cognitive Control Networks Associated with Dimensional Change Card Sort Performance

Questo video presenta un metodo di esaminare i cambiamenti legati all&#39;età nella connettività funzionale delle reti di controllo cognitive impegnate da mirate task / processi. La tecnica si basa su un&#39;analisi multivariata dei dati fMRI.

Un metodo per indagare le differenze di età-correlate nella connettività funzionale delle reti di controllo cognitivo associato al cambiamento dimensionale Carta ordine di Performance

The ability to adjust behavior to sudden changes in the environment develops gradually in childhood and adolescence. For example, in the Dimensional ...

a-method-for-investigating-age-related-differences-functional

Research

JoVE Journal

Behavior

10.1K Views.  University of Western Ontario.  Questo video presenta un metodo di esaminare i cambiamenti legati all'età nella connettività funzionale delle reti di controllo cognitive impegnate da mirate task / processi. La tecnica si basa su un'analisi multivariata dei dati fMRI. 

Video: A Method for Investigating Age-related Differences in the Functional Connectivity of Cognitive Control Networks Associated with Dimensional Change Card Sort Performance

Measuring Sensitivity to Viewpoint Change with and without Stereoscopic Cues

The speed and accuracy of object recognition is compromised by a change in viewpoint; demonstrating that human observers are sensitive to this transformation. Here we discuss a novel method for simulating the appearance of an object that has undergone a rotation-in-depth, and include an exposition of the differences between perspective and orthographic projections. Next we describe a method by which human sensitivity to rotation-in-depth can be measured. Finally we discuss an apparatus for creating a vivid percept of a 3-dimensional rotation-in-depth; the Wheatstone Eight Mirror Stereoscope. By doing so, we reveal a means by which to evaluate the role of stereoscopic cues in the discrimination of viewpoint rotated shapes and objects.

We discuss a novel method forviewpoint-rotation of visual stimuli, and demonstrate using a mirror stereoscopethe three-dimensional percept of rotation-in-depth. The technique can be used to investigate the role of stereoscopic cues in encoding viewpoint-rotated figures.

Misurazione Sensibilità alla Viewpoint Cambia con e senza stereoscopico Cues

The speed and accuracy of object recognition is compromised by a change in viewpoint; demonstrating that human observers are sensitive to this ...

Ricerca

Comportamento

Assessment of Age-related Changes in Cognitive Functions Using EmoCogMeter, a Novel Tablet-computer Based Approach

The main goal of this study was to assess the usability of a tablet-computer-based application (EmoCogMeter) in investigating the effects of age on cognitive functions across the lifespan in a sample of 378 healthy subjects (age range 18-89 years). Consistent with previous findings we found an age-related cognitive decline across a wide range of neuropsychological domains (memory, attention, executive functions), thereby proving the usability of our tablet-based application. Regardless of prior computer experience, subjects of all age groups were able to perform the tasks without instruction or feedback from an experimenter. Increased motivation and compliance proved to be beneficial for task performance, thereby potentially increasing the validity of the results. Our promising findings underline the great clinical and practical potential of a tablet-based application for detection and monitoring of cognitive dysfunction.

We tested the usability of a tablet-computer-based application (EmoCogMeter) in investigating the effects of age on cognition. Results show an age-related cognitive decline, thereby proving the usability of our application. Findings underline the great clinical and practical potential of a tablet-based application for detection and monitoring of cognitive dysfunction.

Valutazione dei cambiamenti legati all&#39;età delle funzioni cognitive Utilizzando EmoCogMeter, un nuovo approccio Tablet Computer Based

The main goal of this study was to assess the usability of a tablet-computer-based application (EmoCogMeter) in investigating the effects of age on ...

A Fully Automated Rodent Conditioning Protocol for Sensorimotor Integration and Cognitive Control Experiments

Rodents have been traditionally used as a standard animal model in laboratory experiments involving a myriad of sensory, cognitive, and motor tasks. Higher cognitive functions that require precise control over sensorimotor responses such as decision-making and attentional modulation, however, are typically assessed in nonhuman primates. Despite the richness of primate behavior that allows multiple variants of these functions to be studied, the rodent model remains an attractive, cost-effective alternative to primate models. Furthermore, the ability to fully automate operant conditioning in rodents adds unique advantages over the labor intensive training of nonhuman primates while studying a broad range of these complex functions.
Here, we introduce a protocol for operantly conditioning rats on performing working memory tasks. During critical epochs of the task, the protocol ensures that the animal's overt movement is minimized by requiring the animal to 'fixate' until a Go cue is delivered, akin to nonhuman primate experimental design. A simple two alternative forced choice task is implemented to demonstrate the performance. We discuss the application of this paradigm to other tasks.

A fully automated protocol for rodent operant conditioning is proposed. The protocol relies on precise temporal control of behavioral events to investigate the extent to which this control influences neural activity underlying sensorimotor integration and cognitive control experiments.

Un completamente automatizzata Roditore condizionata Protocollo per Sensomotoria Integrazione e esperimenti di controllo cognitive

Rodents have been traditionally used as a standard animal model in laboratory experiments involving a myriad of sensory, cognitive, and motor tasks. ...

Assessing Functional Performance in the Mdx Mouse Model

Duchenne muscular dystrophy (DMD) is a severe and progressive muscle wasting disorder for which no cure is available. Nevertheless, several potential pharmaceutical compounds and gene therapy approaches have progressed into clinical trials. With improvement in muscle function being the most important end point in these trials, a lot of emphasis has been placed on setting up reliable, reproducible, and easy to perform functional tests to pre clinically assess muscle function, strength, condition, and coordination in the mdx mouse model for DMD. Both invasive and noninvasive tests are available. Tests that do not exacerbate the disease can be used to determine the natural history of the disease and the effects of therapeutic interventions (e.g. forelimb grip strength test, two different hanging tests using either a wire or a grid and rotarod running). Alternatively, forced treadmill running can be used to enhance disease progression and/or assess protective effects of therapeutic interventions on disease pathology. We here describe how to perform these most commonly used functional tests in a reliable and reproducible manner. Using these protocols based on standard operating procedures enables comparison of data between different laboratories.

Assessing Functional Performance in the Mdx Mouse Model

The primary outcome measure in clinical trials for neuromuscular disorders is generally improved muscle function. Therefore, assessing the effect of potential therapeutic compounds on muscle performance pre clinically in mouse models is of great importance. We here describe several functional tests to address this.

Valutare prestazioni funzionali nel<em&gt; Mdx</em&gt; Mouse Model

Duchenne muscular dystrophy (DMD) is a severe and progressive muscle wasting disorder for which no cure is available. Nevertheless, several potential ...

Irrelevant Stimuli and Action Control: Analyzing the Influence of Ignored Stimuli via the Distractor-Response Binding Paradigm

Selection tasks in which simple stimuli (e.g. letters) are presented and a target stimulus has to be selected against one or more distractor stimuli are frequently used in the research on human action control. One important question in these settings is how distractor stimuli, competing with the target stimulus for a response, influence actions. The distractor-response binding paradigm can be used to investigate this influence. It is particular useful to separately analyze response retrieval and distractor inhibition effects. Computer-based experiments are used to collect the data (reaction times and error rates). In a number of sequentially presented pairs of stimulus arrays (prime-probe design), participants respond to targets while ignoring distractor stimuli. Importantly, the factors response relation in the arrays of each pair (repetition vs. change) and distractor relation (repetition vs. change) are varied orthogonally. The repetition of the same distractor then has a different effect depending on response relation (repetition vs. change) between arrays. This result pattern can be explained by response retrieval due to distractor repetition. In addition, distractor inhibition effects are indicated by a general advantage due to distractor repetition. The described paradigm has proven useful to determine relevant parameters for response retrieval effects on human action.

The distractor-response binding paradigm is described. It can be used to shed light on the influence irrelevant stimuli, competing with targets for a response, can have on human action. Both response retrieval effects and distractor inhibition effects can be analyzed within the paradigm.

Stimoli irrilevanti e Azione di controllo: Analizzare l&#39;influenza di stimoli Ignorato tramite il distrattore-Response Binding Paradigm

Selection tasks in which simple stimuli (e.g. letters) are presented and a target stimulus has to be selected against one or more distractor stimuli are ...

Combined Invasive Subcortical and Non-invasive Surface Neurophysiological Recordings for the Assessment of Cognitive and Emotional Functions in Humans

In spite of the success in applying non-invasive electroencephalography (EEG), magneto-encephalography (MEG) and functional magnetic resonance imaging (fMRI) for extracting crucial information about the mechanism of the human brain, such methods remain insufficient to provide information about physiological processes reflecting cognitive and emotional functions at the subcortical level. In this respect, modern invasive clinical approaches in humans, such as deep brain stimulation (DBS), offer a tremendous possibility to record subcortical brain activity, namely local field potentials (LFPs) representing coherent activity of neural assemblies from localized basal ganglia or thalamic regions. Notwithstanding the fact that invasive approaches in humans are applied only after medical indication and thus recorded data correspond to altered brain circuits, valuable insight can be gained regarding the presence of intact brain functions in relation to brain oscillatory activity and the pathophysiology of disorders in response to experimental cognitive paradigms. In this direction, a growing number of DBS studies in patients with Parkinson&#39;s disease (PD) target not only motor functions but also higher level processes such as emotions, decision-making, attention, memory and sensory perception. Recent clinical trials also emphasize the role of DBS as an alternative treatment in neuropsychiatric disorders ranging from obsessive compulsive disorder (OCD) to chronic disorders of consciousness (DOC). Consequently, we focus on the use of combined invasive (LFP) and non-invasive (EEG) human brain recordings in assessing the role of cortical-subcortical structures in cognitive and emotional processing trough experimental paradigms (e.g. speech stimuli with emotional connotation or paradigms of cognitive control such as the Flanker task), for patients undergoing DBS treatment.

The present protocol aims at assessing cognitive-emotional functions in the basal ganglia by simultaneous neurophysiological recording of local field potentials and non-invasive brain cortical activity (EEG). The procedure is exemplified by the use of paradigms involving speech stimuli with emotional connotation or the Flanker task involving cognitive control.

Invasiva sottocorticali e superficie non invasiva neurofisiologiche registrazioni per la valutazione delle cognitivo ed emotivo funzioni combinate negli esseri umani

In spite of the success in applying non-invasive electroencephalography (EEG), magneto-encephalography (MEG) and functional magnetic resonance imaging ...

The Emotional Stroop Task: Assessing Cognitive Performance under Exposure to Emotional Content

The emotional Stroop effect (ESE) is the result of longer naming latencies to ink colors of emotion words than to ink colors of neutral words. The difference shows that people are affected by the emotional content conveyed by the carrier words even though they are irrelevant to the color-naming task at hand. The ESE has been widely deployed with patient populations, as well as with non-selected populations, because the emotion words can be selected to match the tested pathology. The ESE is a powerful tool, yet it is vulnerable to various threats to its validity. This report refers to potential sources of confounding and includes a modal experiment that provides the means to control for them. The most prevalent threat to the validity of existing ESE studies is sustained effects and habituation wrought about by repeated exposure to emotion stimuli. Consequently, the order of exposure to emotion and neutral stimuli is of utmost importance. We show that in the standard design, only one specific order produces the ESE.

The emotional Stroop effect (ESE) is the result of longer naming latencies to ink colors of emotion words than those of neutral words. This report refers to potential sources of confounding and includes a modal experiment that provides the means to control for them.

La emotivo Stroop Task: Valutare la performance cognitiva in esposizione al contenuto emotivo

The emotional Stroop effect (ESE) is the result of longer naming latencies to ink colors of emotion words than to ink colors of neutral words. The ...

A Pressure Injection System for Investigating the Neuropharmacology of Information Processing in Awake Behaving Macaque Monkey Cortex

The top-down modulation of feed-forward cortical information processing is functionally important for many cognitive processes, including the modulation of sensory information processing by attention. However, little is known about which neurotransmitter systems are involved in such modulations. A practical way to address this question is to combine single-cell recording with local and temporary neuropharmacological manipulation in a suitable animal model. Here we demonstrate a technique combining acute single-cell recordings with the injection of neuropharmacological agents in the direct vicinity of the recording electrode. The video shows the preparation of the pressure injection/recording system, including preparation of the substance to be injected. We show a rhesus monkey performing a visual attention task and the procedure of single-unit recording with block-wise pharmacological manipulations.

Here, we show the pressure injection of neuropharmacological substances during single-cell recording in an awake, behaving macaque monkey. This procedure allows pharmacological manipulation in the direct vicinity of a cortical recording site.

Un sistema di iniezione di pressione per Indagare la Neurofarmacologia di Information Processing in Svegliatevi Comportarsi Macaco Cortex

The top-down modulation of feed-forward cortical information processing is functionally important for many cognitive processes, including the modulation ...

The Rodent Psychomotor Vigilance Test (rPVT): A Method for Assessing Neurobehavioral Performance in Rats and Mice

The human Psychomotor Vigilance Test (PVT) is a widely used procedure for measuring changes in fatigue and sustained attention. The present article describes a rodent version of the PVT&#8212;termed the &#34;rPVT&#34;&#8212;that measures similar aspects of attention (i.e., performance accuracy, motor speed, premature responding, and lapses in attention). Data are presented that demonstrate both the short- and long-term usefulness of the rPVT when employed with laboratory rats. Rats easily learn the rPVT, and learning to perform the basic procedure takes less than two weeks of training. Once acquired, rat performances in the rPVT show a high degree of similarity to these same performance measures in the human PVT, including similarities in, lapses in attention, reaction times, vigilance decrements across session time (i.e., the human &#34;time-on-task&#34; effects), and the response-stimulus interval (RSI) effect described for humans. Thus the rPVT can be an extremely valuable tool for assessing the effects of a wide range of variables on sustained attention quite similar to human PVT performances, and thus can be useful for developing novel treatments for neurobehavioral dysfunctions.

The Rodent Psychomotor Vigilance Test rPVT: A Method for Assessing Neurobehavioral Performance in Rats and Mice

A rat version of the human Psychomotor Vigilance Test (PVT) is described that measures aspects of attention similar to those measured with the human PVT, including aspects of human vigilance such as performance accuracy, motor speed, premature responding, and lapses in attention.

Il roditore psicomotorio vigilanza Test (rPVT): un metodo per la valutazione delle prestazioni neurocomportamentali in ratti e topi

The human Psychomotor Vigilance Test (PVT) is a widely used procedure for measuring changes in fatigue and sustained attention. The present article ...

Eye-Tracking Control to Assess Cognitive Functions in Patients with Amyotrophic Lateral Sclerosis

Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a neurodegenerative disorder with pathological involvement of upper and lower motoneurons, subsequently leading to progressive loss of motor and speech abilities. In addition, cognitive functions are impaired in a subset of patients. To evaluate these potential deficits in severely physically impaired ALS patients, eye-tracking is a promising means to conduct cognitive tests. The present article focuses on how eye movements, an indirect means of communication for physically disabled patients, can be utilized to allow for detailed neuropsychological assessment. The requirements, in terms of oculomotor parameters that have to be met for sufficient eye-tracking in ALS patients are presented. The properties of stimuli, including type of neuropsychological tests and style of presentation, best suited to successfully assess cognitive functioning, are also described. Furthermore, recommendations regarding procedural requirements are provided. Overall, this methodology provides a reliable, easy to administer and fast approach for assessing cognitive deficits in patients who are unable to speak or write such as patients with severe ALS. The only confounding factor might be deficits in voluntary eye movement control in a subset of ALS patients.

Cognitive deficits are common in about one third of patients with amyotrophic lateral sclerosis, a neurological condition leading to progressive impairments in speech and movement abilities. To conduct cognitive tests in patients unable to speak or write a reliable and easy to administer eye-tracking paradigm was developed.

Eye-tracking di controllo per valutare le funzioni cognitive in pazienti con Sclerosi Laterale Amiotrofica

Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a neurodegenerative disorder with pathological involvement of upper and lower motoneurons, subsequently leading to ...