We thank the VISTA software group (Brian Wandell and associates, at Stanford).
S. S. was supported by McNair 2280403105,NEI R01-EY109272, and NEI R01-EY024019 and as HHMI Early Carrer Award. A. P. and G. K. was supported by the Max-Planck Society, G. K. was supported by the PLASTICISE project of the 7th Framework Programme of the European Commission, Contract no. HEATH-F2-2009-223524.

1.データ集録<ol><li>以前にデュムランとWandell 1及びLee らに記載されているように信頼性のある網膜の視覚的応答を誘発するのに有効で刺激プロトコルを準備します。2。しかし、他の十分に確立されたパラダイムが取り組むべき具体的な実験の質問に応じても適用可能である。 </li><li>現在のバー刺激は45度刻みで、スペースの8方向に沿って画面を順次横切っ漂流。バーは一回のfMRIフレームが開始ステップを移動し、フレームが終了するまで、新しい場所にとどまるように動きがスキャナフレーム取得（TR〜2秒）と同期していることを確認します。 </li><li>正しいベースライン信号を測定するには、バー刺激1ずにエポックを追加します。 <ol><li>刺激が提示され、その上視角で視野（10°〜15までの半径）を定義します。現在の移動やちらつきチェッカーボードパターン（チェッカーサイズ= 0.94 X 0.94度2、パットバー内のRN更新レート= 250ミリ秒/パターン）が強い視覚的な応答を誘発する。 </li><li>入力以下の特定のパラメータ：モーションの8等間隔の方向、1.875度に等しいバー幅、バーがフレームあたり半分のバー幅（2秒）で移動する。さらなる詳細は、Lee らに見出すことができる。2。 </li><li>被写体の目が実験中に凝視する画面中央のスポット（〜0.25°）を生成します。時間内にランダムにスポットの色を変更します。 </li></ol></li><li> 192フレーム時間（運動の各方向に24フレーム）を持つ典型的なエコープラナーイメージング（EPI）スキャンを使用してMRIスキャナにおける被験者の脳をスキャンします。信号対雑音比を増加させるためにスキャンを4-8回繰り返す。 </li><li> EPIシーケンスのためのパラメータを設定し、次のように：TR = 2秒、TE = 40ミリ秒、マトリクスサイズ= 64×64、28スライス、ボクセルサイズ= 3×3×3ミリメートル3、フリップ角を= 90°、または、シーケンスを適用する細かい解像度（Eと。G。、2×2×2ミリメートル3）または唯一の視覚野2を覆う短いTR（ 例えば 、1〜1.5秒）。 </li><li>固定を確実にする機能的なスキャン中アイトラッカーシステムとトラック目の動きは、固定点の1〜1.5°の範囲内に維持されている。 注記：ここでは、ゴーグルシステムにおける頭部座標ベースのアイトラッカーが使用されるが、他の適切なアイトラッカーシステムが代わりに使用することができる。 </li><li>ステップ1.3.2で生成された画面中央にスポットを固定するために被験者に指示します。被験者が固着されていることを確認するには、固定スポットの色の変化を報告するように指示する。 </li><li> 1×1×1ミリメートル3解像度（; TRは= 1900ミリ秒、TE = 2.26ミリ秒、TI = 900ミリ秒、= 9°フリップ角、176パーティション例えば 、T1-MPRAGE）で、解剖学的スキャンを取得します。 注：これらの解剖学的スキャンはセグメント化のためだけでなく、スキャン内および間の両方の解剖学的構造に機能画像を整列させるために使用されます。機能との間のより良い位置合わせのためにら（EPI）の画像と解剖学は、T1強調高速のスポイルグラジエントエコー（SPGR）シーケンス1を使用して、EPIと同一の解像度で、また面内解剖スキャンを得る。 </li></ol> 2.データの前処理注：以前のPRF特性を推定するため、いくつかの典型的なfMRIデータ前処理ステップが必要とされる、そのような頭部の動き補正および解剖学的スキャンに対する機能ボリュームのアラインメントである。この記事では、得られた結果の全ての前処理、推定、分析、およびプレゼンテーションがVistaソフトウェアサイトで入手可能なオープンソースのMATLABベースのソフトウェアツールボックスVISTAラボを使用して実行されます。 http://white.stanford.edu/newlm/index.php/Main_Page。 <ol><li> MATLABに解剖スキャンをロードし、createVolAnatという関数を使用してボリューム解剖を準備します。 </li><li>機能」ItkGray」を使用してセグメントグレー状物質、白質、およびCSF。 </li><li> DICOMに変換することによって機能的なデータを準備します（ つまり、 </emrInitという関数を使用してVistaに組み込まNIFTI（ すなわち 、標準機能的MRIファイル形式）ファイル、およびロードデータにM&gt;、シーメンスの生のMRIファイル形式）ファイル。 </li><li>正しい頭の動きとアフィン行列変換に基づくrxAlignを使用してステップ2.1でロード解剖学的構造に機能的な画像を整列。 </li><li> mrVISTA分析TimeSeriesは平均tSeriesをクリックすることにより、信号対雑音比を改善するための平均官能動き補正されたスキャン。眼球運動は1〜1.5°以上の固定から逸脱している間の平均化スキャンから除外する。異なる実行からの信号は、DC-ドリフトを除去した後、別のDC-ドリフト、平均機能スキャンを持っている場合。 </li><li>マッピングは、機能スキャンやグレー状物質との間で座標計算し、以下のメニューを選択することで、機能的なスキャンで対応する灰白質ボクセルを識別する：mrVISTAウィンドウオープングレー3-ビューウィンドウを。オプションのいずれかを選択する、補間による灰白質ボクセルでBOLD信号を割り当てるmrVISTAでvailable。 </li></ol> PRF地形とパラメトリックモデリングの3の推定<ol><li>コー​​ドファイルは、以下のリンクからダウンロードします。https://sites.google.com/site/leesangkyun/prf/codes.zip、圧縮ファイルを解凍し、ローカルコンピュータの好ましい位置に配置します。 MATLABでフォルダのパスを追加します。 </li><li> mrVISTA分析網膜モデルセットパラメータ：以下のメニューを選択することで、実験に用いた刺激パラメータを設定します。刺激画像、刺激サイズ、標準的な血行動態機能、fMRIをスキャナのフレームレートのような次のパラメータを指定します。 </li><li> PRF推定に先立ち、初期パラメータセット（ 図1B）を準備します。 <ol><li>コー​​ドファイルから「tprf_set_params.m」の相互検証セットを設定します。ディバイド少なくとも2つのサブセットに時系列（テスト用1セットと訓練のための残りのセット）バーがSWEEするのは十分な長さであるP全体の刺激スペース。あるいは、ステップ2.4​​でスキャンを平均化することなく、テストのために1スキャンを除外し、訓練のための残りのスキャンを使用してスキャンを検証する。 </li><li>粗いパラメータセットを設定します（ 図1のλ、λ= [10 -2 10 -1 1 10 1 10 2]） &quot;tprf_set_params.m」で。その後、「tprf_set_params.m」で（[0.1 0.3 0.5 0.7 0.9 1 3 5 7 9]）細かいスケール範囲を設定します。 注：プログラムは最高説明される分散になりλを選択するために粗いセットを使用します。その後、プログラムはさらに最高説明された分散が得λの選択を精緻化、微細なスケール範囲を使用して、選択したλの周りの空間を検索します。 </li><li> 「tprf_set_params.m」で視覚的に反応するボクセルのために説明される分散の閾値（0.2）を設定します。 注：この閾値は、視覚的に応答するボクセルを選択するための基準として使用される。また、作るしきい値を自動的に計算することができる（非視覚的応答性脳領域における1cmの半径の球を描くことによって、例えば 、）は、非視覚的応答領域のためのROI。 </li><li> 「tprf_set_params.m」に正規化された地形でのPRF中央領域を定義するための閾値（[0.3、0.5、0.7]）のセットを設定します（ つまり 、[0から1]または[-1〜1]バー刺激なしエポックとステップ1.3.1で）。 注：しきい値のセットから提供されたプログラムは、PRFセンタモデルが最大の信号分散を説明しているPRF中心領域を定義した閾値、 すなわち 「最良」のしきい値を選択します。代替的に、地形の特徴に応じてしきい値の異なるセットを選択する。 </li></ol></li><li> 「tprf_runpRFest.m「PRFトポグラフィを計算する（ 図1）を実行し、2D異方性ガウシアンにフィット。このプロトコルに記載されているすべてのパラメータを指定した後、およびコー​​ドを実行、最終推定結果を得る。 </li></ol><img alt="図1" src="/files/ftp_upload/51811/51811fig1highres.jpg" width="700" /> 図1：PRF推定プロセス。 （A）工程の模式図は、PRF形状推定に続いて時間 （t）を ：血行動態応答関数、A（t）は ：刺激、 メートル ：PRF、レッグ：L2ノルム正則（B）PRF形状推定のための具体的な手順。とPRFセンターのモデリング。推定に必要なパラメータのセットが各ステップに記載されています。一次元地形のセクションとそのモデルが示されている。 「モデルフィッティング」の下で、黒と赤の曲線は、それぞれ、0.5の中央しきい値と地形とのPRFセンタモデルを表す。青い点線は、PRFのしきい値を示し、中心領域。

<ol>
	<li>Dumoulin, S. O., Wandell, B. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Population+receptive+field+estimates+in+human+visual+cortex.">Population receptive field estimates in human visual cortex.</a> Neuroimage. 39, 647-660 (2008).</li><li>Lee, S., Papanikolaou, A., Logothetis, N. K., Smirnakis, S. M., Keliris, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+new+method+for+estimating+population+receptive+field+topography+in+visual+cortex.">A new method for estimating population receptive field topography in visual cortex.</a> Neuroimage. 81, 144-157 (2013).</li><li>Hastie, T., Tibshirani, R., Friedman, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The elements of statistical learning : data mining, inference, and prediction. , (2009).</li><li>Sereno, M. I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Borders+of+multiple+visual+areas+in+humans+revealed+by+functional+magnetic+resonance+imaging.">Borders of multiple visual areas in humans revealed by functional magnetic resonance imaging.</a> Science. 268, 889-893 (1995).</li><li>Engel, S. A., Glover, G. H., Wandell, B. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Retinotopic+organization+in+human+visual+cortex+and+the+spatial+precision+of+functional+MRI.">Retinotopic organization in human visual cortex and the spatial precision of functional MRI.</a> Cereb Cortex. 7, 181-192 (1997).</li><li>Engel, S. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=fMRI+of+human+visual+cortex.">fMRI of human visual cortex.</a> Nature. 369, 525 (1994).</li><li>DeYoe, E. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mapping+striate+and+extrastriate+visual+areas+in+human+cerebral+cortex.">Mapping striate and extrastriate visual areas in human cerebral cortex.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 93, 2382-2386 (1996).</li><li>Greene, C. A., Dumoulin, S. O., Harvey, B. M., Ress, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+of+population+receptive+fields+in+human+early+visual+cortex+using+back-projection+tomography.">Measurement of population receptive fields in human early visual cortex using back-projection tomography.</a> J Vis. , (2014).</li><li>Zuiderbaan, W., Harvey, B. M., Dumoulin, S. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modeling+center-surround+configurations+in+population+receptive+fields+using+fMRI.">Modeling center-surround configurations in population receptive fields using fMRI.</a> J Vis. , (2012).</li><li>Harvey, B. M., Dumoulin, S. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+relationship+between+cortical+magnification+factor+and+population+receptive+field+size+in+human+visual+cortex:+constancies+in+cortical+architecture.">The relationship between cortical magnification factor and population receptive field size in human visual cortex: constancies in cortical architecture.</a> J Neurosci. 31, 13604-13612 (2011).</li><li>Haak, K. V., Cornelissen, F. W., Morland, A. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Population+receptive+field+dynamics+in+human+visual+cortex.">Population receptive field dynamics in human visual cortex.</a> PLoS One. 7, e37686 (2012).</li></ol>

The authors declare that they have no competing financial interests.

この記事では、人間の視覚野とどのように受容野のための適切なパラメトリックモデルを選択するためにそれを利用するには視覚的な人口受容野の地形を推定する方法を示します。成功レチノトピーために、適切な刺激プロトコルで効率的な分析方法を選択する必要があり、被験者の実験パラメータ（運動および固定）が最適化されるべきである。それが明確な刺激の場所とは異なるBOLD応答...

機能的磁気共鳴画像法（fMRI）対策巨視的スケールで視覚皮質の非侵襲的に機能的な組織（典型的にはミリメートルのオーダー）。早期のfMRIレチノトピー研究は、刺激位置間のコヒーレンス測定値を使用し、BOLD応答4-7を誘発した。これらの研究は、一般的に人口受容野の大きさを推定しませんでした。以降、デュムランとWandell 1 BOLD応答を予測するために、このモデルの線形関数を使用して、明示的にPRFの位置とサイズをモデル化することによってこのような制限を克服するための方法を提案した。しかし、この先駆的な方法の一つの限界は、パラメトリックPRFモデルが事前に選択されなければならない、及び誤ったPRFにつながる可能性が適切でないと判明した場合を推定することである。 パラメトリックPRF-モデル法の限界を克服するために、新しい方法が開発されている。これらのメソッドは直接sにBOLD応答を予測PRFトポグラフィを再構成することによってtimulus。グリーンらによって提案された方法8は、バック突出した個々の1D刺激空間へBOLD応答を、一般的なコンピュータ断層撮影技術のように2D刺激空間でPRFトポグラフィを構築することにより、PRFトポグラフィを再構築する。一方、我々が提案した方法2を直接線形回帰を使用して正則化技法を適用することによって、2D PRF形状を推定する。この方法では、PRFのトポグラフィは、所与のボクセルのニューロン集団の応答を推定するために刺激を乗じて重みのセットとして表される。その後、刺激により誘発される最終的な血液酸素レベル依存（BOLD）応答は、ニューロン集団の応答と標準的な血行動態応答関数を畳み込むことによって推定される。アンダー制約線形システムを解決するために、追加的に、リッジ回帰の正則化は、スパースを実施するために使用されている（ 図1参照下）。正則化技術は、ノイズやアーチファクトを抑制し、したがって、私たちの方法は、より堅牢にPRFの地形を推定することができます。 地形的な方法は、実際のP​​RF構造を明らかにすることができ、したがって、特定のパラメトリック形状を有するようにPRF形状を強制していない。適切なパラメトリックモデルは、PRFトポグラフィに基づいて選択することができる。例えば、PRFのトポグラフィは、PRFセンターとサラウンドを分離するために使用することができ、その後のPRF中心モデリングサラウンド抑制の影響ならびにに対して遠隔地に生じる他の潜在的なアーチファクトの影響を最小化することにより、より正確であることができるPRFセンター。我々は最近、PRF 9に定量的な手法と直接いくつかの他の方法との比較（ すなわち地形を推定する前に）ガウス1、等方性のフィット異方性ガウシアン、及び等方性のガウス分布の違いを行った。これはtopogrことが見出されたaphyベースの方法は、BOLD信号の時系列の変動を説明し、より高い達成することによりPRF中心モデリングに関して、これらの方法を上回る。 様々な分野でのPRF特性の正確な推定は、彼らが視野をカバーする方法明らかにし、それが視覚に関連し、特にとして視覚野の機能的な組織を調査するために重要である。そのような偏心1,10およびPRFセンターサラウンド団体9 PRFサイズの変更はよく人間の文献で ​​検討されている方法などのプロパティ。 PRFトポグラフィより正確なPRFパラメータモデリングの結果、未知の規則性を明らかにする可能性が高いと推定するための提案された方法は、容易に直接パラメトリックモデルで事前にモデル化されていない。このアプローチは、誰のためにPRF構造は必ずしも予測可能な事前ないが、視覚路病変を有する患者では、PRFの組織を研究するために特に適しているであろう。以下は、目を推定する方法を記述されているE PRF地形とどのPRFセンターをモデル化するために地形を使用する方法。

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1009">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:225px;">Name of Equipment/Software</td>
			<td style="width:219px;">Company/Provider</td>
			<td style="width:219px;"></td>
			<td style="width:347px;">Web address</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">MRI scanner</td>
			<td>Siemens/Philips/GE</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">MATLAB</td>
			<td>The Mathworks, Inc.</td>
			<td></td>
			<td>http://www.mathworks.com&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">VISTA software</td>
			<td>VISTA software group</td>
			<td></td>
			<td>http://white.stanford.edu/newlm/index.php/Software</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">PsychoToolbox</td>
			<td>PsychoToolbox&#160;</td>
			<td></td>
			<td>http://psychtoolbox.org&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Eye Tracker(VisuaStimDigital)</td>
			<td>Resonance Technology Inc</td>
			<td></td>
			<td>http://mrivideo.com/</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

topographical estimation of visual population receptive fields by fmri

細胞の隣接集団が視野の近隣の部分にマップされるように視覚野はretinotopically構成されています。機能的磁気共鳴画像は、私たちは、ボクセルベースの人口受容野（PRF）、 すなわち 、各ボクセル内の細胞を活性化し、視野の一部を推定することができます。 1）PRFモデルが事前に選択され、完全に実際のPRF形状をキャプチャしないこと、および2）PRFセンターが刺激スペースの国境近くの誤局在する傾向がある：前に、直接、PRF推定方法1は、一定の制限を受ける。ここで新たな地形PRF推定方法2は、主に、これらの制限を回避することが提案されている。線形モデルは、標準的な血行動態応答関数と視覚刺激に対するPRFの線形応答を畳み込むことにより血液酸素レベル依存（BOLD）信号を予測するために使用される。 PRF地形は、成分がSTRを表す重みベクトルとして表現さ​​れる別の視野の場所で発表刺激に対するボクセルニューロンの集合体応答のength。得られた一次方程式は、PRFトポグラフィを得、リッジ回帰3を使用してPRFウェイトベクトルについて解くことができる。推定トポグラフィーに一致するPRFモデルは、それによってそのような等 PRF-中心位置、PRFの向き、サイズ、PRFパラメータの推定値を改善する、事後選択することができる。 PRF地形が利用可能持つこともPRF構造に関する先験的仮定を加えることなく、様々なPRFの特性の抽出を可能にするのPRFパラメータ推定値を視覚的に確認することができます。このアプローチは、視覚系の障害を有する患者のPRF組織を調査するために特に有用であることを約束。

正確なPRFモデリングは正しくPRF形状をキャプチャする必要があります。 PRFの地形を知らなくても、1,9-11先行研究で使用円対称モデルの選択が合理的な選択である。局所網膜組織は視野のすべての方向に均一である場合には、地元住民の応答が神経応答の円対称の累積的な集合体として表すことができるからである。しかし、我々の観察は、これは必ずしもそうでは（ 図2）</stro...

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Topographical Estimation of Visual Population Receptive Fields by fMRI

It is important to obtain unbiased estimates of visual population receptive fields (pRFs) by functional magnetic resonance imaging. We use mild regularization constraints to estimate pRF topography without a-priori assumptions about pRF shape, allowing us to choose specific pRF models post-hoc. This is particularly advantageous in subjects with visual-pathway lesions.

fMRIのことで視覚人口受容野の地形の推定

Visual cortex is retinotopically organized so that neighboring populations of cells map to neighboring parts of the visual field. Functional magnetic ...

topographical-estimation-of-visual-population-receptive-fields-by-fmri

Research

JoVE Journal

Behavior

9.2K ビュー.  Baylor College of Medicine. It is important to obtain unbiased estimates of visual population receptive fields (pRFs) by functional magnetic resonance imaging. We use mild regularization constraints to estimate pRF topography without a-priori assumptions about pRF shape, allowing us to choose specific pRF models post-hoc. This is particularly advantageous in subjects with visual-pathway lesions.

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Functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI) with Auditory Stimulation in Songbirds

The neurobiology of birdsong, as a model for human speech, is a pronounced area of research in behavioral neuroscience. Whereas electrophysiology and molecular approaches allow the investigation of either different stimuli on few neurons, or one stimulus in large parts of the brain, blood oxygenation level dependent (BOLD) functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI) allows combining both advantages, i.e. compare the neural activation induced by different stimuli in the entire brain at once. fMRI in songbirds is challenging because of the small size of their brains and because their bones and especially their skull comprise numerous air cavities, inducing important susceptibility artifacts. Gradient-echo (GE) BOLD fMRI has been successfully applied to songbirds 1-5 (for a review, see 6). These studies focused on the primary and secondary auditory brain areas, which are regions free of susceptibility artifacts. However, because processes of interest may occur beyond these regions, whole brain BOLD fMRI is required using an MRI sequence less susceptible to these artifacts. This can be achieved by using spin-echo (SE) BOLD fMRI 7,8 . In this article, we describe how to use this technique in zebra finches (Taeniopygia guttata), which are small songbirds with a bodyweight of 15-25 g extensively studied in behavioral neurosciences of birdsong. The main topic of fMRI studies on songbirds is song perception and song learning. The auditory nature of the stimuli combined with the weak BOLD sensitivity of SE (compared to GE) based fMRI sequences makes the implementation of this technique very challenging.

Functional Magnetic Resonance Imaging fMRI with Auditory Stimulation in Songbirds

This article shows an optimized procedure for imaging of the neural substrates of auditory stimulation in the songbird brain using functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI). It describes the preparation of the sound stimuli, the positioning of the subject and the acquisition and subsequent analysis of the fMRI data.

鳴禽類における聴覚刺激と機能的磁気共鳴画像法（fMRI）

The neurobiology of birdsong, as a model for human speech, is a pronounced area of research in behavioral neuroscience. Whereas electrophysiology and ...

行動学

Best Current Practice for Obtaining High Quality EEG Data During Simultaneous fMRI

Simultaneous EEG-fMRI allows the excellent temporal resolution of EEG to be combined with the high spatial accuracy of fMRI. The data from these two modalities can be combined in a number of ways, but all rely on the acquisition of high quality EEG and fMRI data. EEG data acquired during simultaneous fMRI are affected by several artifacts, including the gradient artefact (due to the changing magnetic field gradients required for fMRI), the pulse artefact (linked to the cardiac cycle) and movement artifacts (resulting from movements in the strong magnetic field of the scanner, and muscle activity). Post-processing methods for successfully correcting the gradient and pulse artifacts require a number of criteria to be satisfied during data acquisition. Minimizing head motion during EEG-fMRI is also imperative for limiting the generation of artifacts.
Interactions between the radio frequency (RF) pulses required for MRI and the EEG hardware may occur and can cause heating. This is only a significant risk if safety guidelines are not satisfied. Hardware design and set-up, as well as careful selection of which MR sequences are run with the EEG hardware present must therefore be considered.
The above issues highlight the importance of the choice of the experimental protocol employed when performing a simultaneous EEG-fMRI experiment. Based on previous research we describe an optimal experimental set-up. This provides high quality EEG data during simultaneous fMRI when using commercial EEG and fMRI systems, with safety risks to the subject minimized. We demonstrate this set-up in an EEG-fMRI experiment using a simple visual stimulus. However, much more complex stimuli can be used. Here we show the EEG-fMRI set-up using a Brain Products GmbH (Gilching, Germany) MRplus, 32 channel EEG system in conjunction with a Philips Achieva (Best, Netherlands) 3T MR scanner, although many of the techniques are transferable to other systems.

Simultaneous electroencephalography (EEG) and functional Magnetic Resonance imaging (fMRI) is a powerful neuroimaging tool. However, the inside of an MRI scanner forms a difficult environment for EEG data recording and safety must be considered whenever operating EEG equipment inside a scanner. Here, we present an optimised EEG-fMRI data acquisition protocol.

同時fMRIの中の高品質脳波データの取得のための最も良い現在の習慣

Simultaneous  EEG-fMRI allows the excellent temporal resolution of EEG to be combined with the  high spatial accuracy of fMRI. The data  from these two ...

fMRI Validation of fNIRS Measurements During a Naturalistic Task

We present a method to compare brain activity recorded with near-infrared spectroscopy (fNIRS) in a dance video game task to that recorded in a reduced version of the task using fMRI (functional magnetic resonance imaging). Recently, it has been shown that fNIRS can accurately record functional brain activities equivalent to those concurrently recorded with functional magnetic resonance imaging for classic psychophysical tasks and simple finger tapping paradigms. However, an often quoted benefit of fNIRS is that the technique allows for studying neural mechanisms of complex, naturalistic behaviors that are not possible using the constrained environment of fMRI. Our goal was to extend the findings of previous studies that have shown high correlation between concurrently recorded fNIRS and fMRI signals to compare neural recordings obtained in fMRI procedures to those separately obtained in naturalistic fNIRS experiments. Specifically, we developed a modified version of the dance video game Dance Dance Revolution (DDR) to be compatible with both fMRI and fNIRS imaging procedures. In this methodology we explain the modifications to the software and hardware for compatibility with each technique as well as the scanning and calibration procedures used to obtain representative results. The results of the study show a task-related increase in oxyhemoglobin in both modalities and demonstrate that it is possible to replicate the findings of fMRI using fNIRS in a naturalistic task. This technique represents a methodology to compare fMRI imaging paradigms which utilize a reduced-world environment to fNIRS in closer approximation to naturalistic, full-body activities and behaviors. Further development of this technique may apply to neurodegenerative diseases, such as Parkinson&#8217;s disease, late states of dementia, or those with magnetic susceptibility which are contraindicated for fMRI scanning.

We present a method to compare functional brain activity recorded during a naturalistic task using fNIRS with activity recorded during fMRI.

自然主義タスク中fNIRS計測のfMRIの検証

We present a method to compare brain activity recorded with near-infrared spectroscopy (fNIRS) in a dance video game task to that recorded in a reduced ...

Methods to Test Visual Attention Online

Online data collection methods have particular appeal to behavioral scientists because they offer the promise of much larger and much more representative data samples than can typically be collected on college campuses. However, before such methods can be widely adopted, a number of technological challenges must be overcome &#8211; in particular in experiments where tight control over stimulus properties is necessary. Here we present methods for collecting performance data on two tests of visual attention. Both tests require control over the visual angle of the stimuli (which in turn requires knowledge of the viewing distance, monitor size, screen resolution, etc.) and the timing of the stimuli (as the tests involve either briefly flashed stimuli or stimuli that move at specific rates). Data collected on these tests from over 1,700 online participants were consistent with data collected in laboratory-based versions of the exact same tests. These results suggest that with proper care, timing/stimulus size dependent tasks can be deployed in web-based settings.

To replicate laboratory settings, online data collection methods for visual tasks require tight control over stimulus presentation. We outline methods for the use of a web application to collect performance data on two tests of visual attention.

オンライン視覚的注意をテストする方法

Online data collection methods have particular appeal to behavioral scientists because they offer the promise of much larger and much more representative ...

Visualizing Visual Adaptation

Many techniques have been developed to visualize how an image would appear to an individual with a different visual sensitivity: e.g., because of optical or age differences, or a color deficiency or disease. This protocol describes a technique for incorporating sensory adaptation into the simulations. The protocol is illustrated with the example of color vision, but is generally applicable to any form of visual adaptation. The protocol uses a simple model of human color vision based on standard and plausible assumptions about the retinal and cortical mechanisms encoding color and how these adjust their sensitivity to both the average color and range of color in the prevailing stimulus. The gains of the mechanisms are adapted so that their mean response under one context is equated for a different context. The simulations help reveal the theoretical limits of adaptation and generate &#34;adapted images&#34; that are optimally matched to a specific environment or observer. They also provide a common metric for exploring the effects of adaptation within different observers or different environments. Characterizing visual perception and performance with these images provides a novel tool for studying the functions and consequences of long-term adaptation in vision or other sensory systems.

This article describes a novel method for simulating and studying adaptation in the visual system.

視覚適応を可視化

Many techniques have been developed to visualize how an image would appear to an individual with a different visual sensitivity: e.g., because of optical ...

Measuring Attention and Visual Processing Speed by Model-based Analysis of Temporal-order Judgments

This protocol describes how to conduct temporal-order experiments to measure visual processing speed and the attentional resource distribution. The proposed method is based on a new and synergistic combination of three components: the temporal-order judgments (TOJ) paradigm, Bundesen&#39;s Theory of Visual Attention (TVA), and a hierarchical Bayesian estimation framework. The method provides readily interpretable parameters, which are supported by the theoretical and neurophysiological underpinnings of TVA. Using TOJs, TVA-based estimates can be obtained for a broad range of stimuli, whereas traditional paradigms used with TVA are mainly limited to letters and digits. Finally, the meaningful parameters of the proposed model allow for the establishment of a hierarchical Bayesian model. Such a statistical model allows assessing results in one coherent analysis both on the subject and the group level.
To demonstrate the feasibility and versatility of this new approach, three experiments are reported with attention manipulations in synthetic pop-out displays, natural images, and a cued letter-report paradigm.

Temporal-order judgments can be used to estimate processing speed parameters and attentional weights and thereby to infer the mechanisms of attentional processing. This methodology can be applied to a wide range of visual stimuli and works with many attention manipulations.

時間的順序の判決のモデルベース分析により注目し、視覚処理速度を測定します

This protocol describes how to conduct temporal-order experiments to measure visual processing speed and the attentional resource distribution. The ...

fMRI Mapping of Brain Activity Associated with the Vocal Production of Consonant and Dissonant Intervals

The neural correlates of consonance and dissonance perception have been widely studied, but not the neural correlates of consonance and dissonance production. The most straightforward manner of musical production is singing, but, from an imaging perspective, it still presents more challenges than listening because it involves motor activity. The accurate singing of musical intervals requires integration between auditory feedback processing and vocal motor control in order to correctly produce each note. This protocol presents a method that permits the monitoring of neural activations associated with the vocal production of consonant and dissonant intervals. Four musical intervals, two consonant and two dissonant, are used as stimuli, both for an auditory discrimination test and a task that involves first listening to and then reproducing given intervals. Participants, all female vocal students at the conservatory level, were studied using functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI) during the performance of the singing task, with the listening task serving as a control condition. In this manner, the activity of both the motor and auditory systems was observed, and a measure of vocal accuracy during the singing task was also obtained. Thus, the protocol can also be used to track activations associated with singing different types of intervals or with singing the required notes more accurately. The results indicate that singing dissonant intervals requires greater participation of the neural mechanisms responsible for the integration of external feedback from the auditory and sensorimotor systems than does singing consonant intervals.

The neural correlates of listening to consonant and dissonant intervals have been widely studied, but the neural mechanisms associated with production of consonant and dissonant intervals are less well known. In this article, behavioral tests and fMRI are combined with interval identification and singing tasks to describe these mechanisms.

子音と睡眠不足の声調発声に伴う脳活動のfMRIマッピング

The neural correlates of consonance and dissonance perception have been widely studied, but not the neural correlates of consonance and dissonance ...

Automated Analysis of a Nematode Population-based Chemosensory Preference Assay

The nematode, Caenorhabditis elegans' compact nervous system of only 302 neurons underlies a diverse repertoire of behaviors. To facilitate the dissection of the neural circuits underlying these behaviors, the development of robust and reproducible behavioral assays is necessary. Previous C. elegans behavioral studies have used variations of a "drop test", a "chemotaxis assay", and a "retention assay" to investigate the response of C. elegans to soluble compounds. The method described in this article seeks to combine the complementary strengths of the three aforementioned assays. Briefly, a small circle in the middle of each assay plate is divided into four quadrants with the control and experimental solutions alternately placed. After the addition of the worms, the assay plates are loaded into a behavior chamber where microscope cameras record the worms' encounters with the treated regions. Automated video analysis is then performed and a preference index (PI) value for each video is generated. The video acquisition and automated analysis features of this method minimizes the experimenter's involvement and any associated errors. Furthermore, minute amounts of the experimental compound are used per assay and the behavior chamber's multi-camera setup increases experimental throughput. This method is particularly useful for conducting behavioral screens of genetic mutants and novel chemical compounds. However, this method is not appropriate for studying stimulus gradient navigation due to the close proximity of the control and experimental solution regions. It should also not be used when only a small population of worms is available. While suitable for assaying responses only to soluble compounds in its current form, this method can be easily modified to accommodate multimodal sensory interaction and optogenetic studies. This method can also be adapted to assay the chemosensory responses of other nematode species.

We present a behavior recording setup and protocol that enables automated analysis of the nematode, Caenorhabditis elegans' preference for soluble compounds in a population-based assay. This article describes the construction of a behavior chamber, the behavioral assay protocol, and video analysis software usage.

線虫集団ベースの化学感覚嗜好アッセイの自動解析

The nematode, Caenorhabditis elegans' compact nervous system of only 302 neurons underlies a diverse repertoire of behaviors. To facilitate the dissection ...

Visual Classical Conditioning in Wood Ants

Several species of insects have become model systems for studying learning and memory formation. Although many studies focus on freely moving animals, studies implementing classical conditioning paradigms with harnessed insects have been important for investigating the exact cues that individuals learn and the neural mechanisms underlying learning and memory formation. Here we present a protocol for evoking visual associative learning in wood ants through classical conditioning. In this paradigm, ants are harnessed and presented with a visual cue (a blue cardboard), the conditional stimulus (CS), paired with an appetitive sugar reward, the unconditional stimulus (US). Ants perform a Maxilla-Labium Extension Reflex (MaLER), the unconditional response (UR), which can be used as a readout for learning. Training consists of 10 trials, separated by a 5-minute intertrial interval (ITI). Ants are also tested for memory retention 10 minutes or 1 hour after training. This protocol has the potential to allow researchers to analyze, in a precise and controlled manner, the details of visual memory formation and the neural basis of learning and memory formation in wood ants.

We present a protocol for the classical conditioning of harnessed ants that permits researchers to study visual learning and memory formation at a level of analysis not possible with freely moving individuals.

木蟻で visual の古典的条件付け

Several species of insects have become model systems for studying learning and memory formation. Although many studies focus on freely moving animals, ...

Investigating the Deployment of Visual Attention Before Accurate and Averaging Saccades via Eye Tracking and Assessment of Visual Sensitivity

This experimental protocol was designed to investigate whether visual attention is obligatorily deployed at the endpoint of saccades. To this end, we recorded the eye position of human participants engaged in a saccade task via eye tracking and assessed visual orientation discrimination performance at various locations during saccade preparation. Importantly, instead of using a single saccade target paradigm for which the saccade endpoint typically coincides roughly with the target, this protocol comprised the presentation of two nearby saccade targets, leading to a distinct spatial dissociation between target locations and saccade endpoint on a substantial number of trials. The paradigm allowed us to compare presaccadic visual discrimination performance at the endpoint of accurate saccades (landing at one of the saccade targets) and of averaging saccades (landing at an intermediate location in between the two targets). We observed a selective enhancement of visual sensitivity at the endpoint of accurate saccades but not at the endpoint of averaging saccades. Rather, before the execution of averaging saccades, visual sensitivity was equally enhanced at both targets, suggesting that saccade averaging follows from unresolved attentional selection among the saccade targets. These results argue against a mandatory coupling between visual attention and saccade programming based on a direct measure of presaccadic visual sensitivity rather than saccadic reaction times, which have been used in other protocols to draw similar conclusions. While our protocol provides a useful framework to investigate the relationship between visual attention and saccadic eye movements at the behavioral level, it can also be combined with electrophysiological measures to extend insights at the neuronal level.

This experimental protocol combined eye tracking and the assessment of presaccadic visual sensitivity in a dual task paradigm, consisting of a free choice saccade task and a visual discrimination task, to investigate the deployment of visual spatial attention before both, accurate and averaging saccades.

アイトラッ キングによる正確かつ平均サッカード前に視覚的注意の展開と視覚感度の評価を調査

This experimental protocol was designed to investigate whether visual attention is obligatorily deployed at the endpoint of saccades. To this end, we ...