버밍엄 강사 개발 권한 부여 프로그램에서 알라바마의 대학에 의해 제공 지원.

<html> 1. 정신 생리학 Biopac 시스템즈 생리 모니터링 시스템 (특정 장비의 표 참조) 대부분의 이미징 시설 비표준 장비입니다. 생리적 모니터링 및이 프로토콜에서 설명하는 다른 장비 (그림 1)을 설정하기 전에 참가자 도착 15~30분 일정. <ol><li> 제어 방 컴퓨터 운영 AcqKnowledge (Biopac 시스템즈) 표준 이더넷 크로스 오버 케이블 (CBLETH2)를 사용하여 Biopac MP150 (MP150WSW)에 생리적 모니터링 소프트웨어를 연결합니다. </li><li> DB25 M / F 리본 케이블을 사용하여 소프트웨어, 제어 방 컴퓨터 운영 프레 젠 테이션 (알바니, CA Neurobehavioral 시스템, Inc의)에 Biopac 절연 디지털 인터페이스 (STP100C)를 연결합니다. </li><li> 차폐된 연장 케이블 (MECMRI - 3)를 사용하여 컨트롤 룸 내에있는 RF 간섭 필터 (MRIRFIF)에 Biopac GSR 앰프 (EDA - 100C - MRI)을 연결합니다. </li><li> MRI 스캔 챔버 내에서 차폐된 연장 케이블을 RF 간섭 필터 (MRIRFIF) (MECMRI - 1)를 연결합니다. </li><li> 라디오 반투명 전극 (EL508)에 첨부 탄소 섬유 리드 와이어 (리드 108)로 차폐된 연장 케이블을 연결합니다. 참고 : 꽉 나선형의 리드를 숨기며하면 스캔하는 동안 만들 수있는 피부 전도성 데이터에 유물을 줄여줍니다. </li><li> 참가자의 왼쪽 가운데 손가락과 반지의 말초 헛점에 라디오 반투명 전극 (EL508)를 연결합니다. </li><li> 장비를 스캔의 성격으로 인해, MRI 챔버 룸 온도는 종종 21 ° C. 아래의 설정 손 온도를 유지하기 위해 담요와 함께 참가자 커버. </li></ol> 2. 행동 응답 (조이스틱) <ol><li> USB - 미니 케이블을 사용하고, 조이스틱의 fORP 인터페이스 유닛 (필라델피아, PA 전류 설계, Inc의)에, 컨트롤 룸 컴퓨터 운영 프레 젠 테이션 소프트웨어 (알바니, CA Neurobehavioral 시스템, Inc의) 연결합니다. </li><li> 컨트롤 룸 내에 fORP 인터페이스 단위로 광섬유 케이블을 연결 후, MRI 챔버에 웨이브 가이드를 통해 케이블을 통과. </li><li> MR - 호환 조이스틱에 광섬유 케이블을 연결합니다. </li><li> 편안하고 접근하기 쉬운 위치에 조이스틱을 장소에 직접 참가. </li></ol> 3. 자극 프레 젠 테이션 <ol><li> IFIS - SA (Invivo 주식 회사, 올랜도, FL) 조종실 콘솔 (그림 1)의 외부 VGA 및 오디오 포트 제어 방 컴퓨터 운영 프레 젠 테이션 소프트웨어를 연결합니다. </li><li> IFIS 컨트롤 룸 콘솔 및 주변 기기 IFIS 인터페이스 단위 MRI 챔버 내에서뿐만 아니라 주변 기기 인터페이스 장치와 비주얼 / 오디오 디스플레이 장치 사이의 연결 사이에 광섬유 케이블 연결을 확인합니다. </li><li> 참가자가 머리 코일에 부착된 거울을 통해 모니터를 볼 수 같은 머리 코일 뒤에있는 비주얼 / 오디오 디스플레이 장치를 놓습니다. </li><li> 비닐 튜브를 사용하여 IFIS 시스템의 MR - 호환 스테레오 헤드폰에 대한 시각 / 오디오 디스플레이 유닛의 음향 인터페이스 상자를 연결합니다. </li><li> 음압 레벨 미터를 사용하여 청각 자극의 볼륨을 보정합니다. </li></ol> 4. 실험 절차 <ol><li> 이 색조가 공부하는 동안 여러 번 표시됩니다 것을, 그리고 음색의 볼륨이 위 아래에 자신의 인식 한계 (그림 2) 다를 것이다 참가자에게 알리십시오. </li><li> 두 음색을 듣고 즉시 조이스틱 상자에 버튼을 눌러 직접 참가자는 다음 0-100 규모로 평가 바 (그림 3)의 위치를​​ 제어하기 위해 조이스틱을 이동하여 UCS를받는 그들의 기대를 업데이 트합니다. </li><li> 0에서 100로 지속적인 규모로 자신의 UCS의 예상을 평가하기 위해 참가자들에게 지시한다. 0 등급 그들이 UCS가 제공되지 않습니다 확신 나타내는 것을 그들에게 알려, 50 등급은 그들이 UCS가 나타납니다 여부 불확실 표시, 100의 등급들은 UCS가 나타납니다 확신 나타냅니다. 직접 참가자 중간 기대를 나타내는 척도에서 다른 값을 사용할 수 있습니다. 그런 다음 참가자 등급을 확인하기 위해 조이스틱을 사용하여 연습하실 수 있습니다. </li><li> 에어컨 자극 (CS) 및 UCS로 큰 백색 노이즈 (100dB, 500ms)로 2 톤을 (20 ITI,, 10 초 지속 시간 700 및 1,300 Hz에서)를 사용하여 차동 공포 컨디셔닝 절차 참가자를 쉽게받을 수 있습니다. </li><li> CS + (UCS와 coterminating)와 60 재판의 현재 60 재판 CS - (UCS없이 제시) 같은 CS의 더 이상 2보다 실험이 연속적으로 제시되는 그러한 pseudorandom의 순서를 유지해야합니다. </li><li> 균형을 맞출 CS + 및 CS - 전체 참가자의 역할 음색합니다. </li><li> CS + 및 CS - 독립적으로의 볼륨을 조절. 같은 CS와 이후 재판 CS 볼륨을 조정합니다. 버튼을 눌러이 (인식 평가판 다음과 같은 IE) 만든 경우 CS 볼륨 5dB를 줄이십시오. (눈치 채이지 않은 재판을 다음과 같은 IE) 버튼을 눌러이 만들어되지 않은 경우 볼륨 5dB을 향상시킬 수 있습니다. </li></ol><html> ve_title &quot;&gt; 5. 스캐닝 절차 <ol><li> 기능 데이터에 대한 해부 학적 기준으로서 표준 고해상도 T1 - 가중 구조 이미지 (예 : MPRAGE)를 수집합니다. </li><li> 에어컨 절차 중에 전체 뇌의 굵은 fMRI를 수집합니다. 서른 여섯, 4mm 두께의 조각은 상대적으로 표준 이미징 매개 변수 (예 : TR = 2000ms, TE = 30ms, FOV = 24cm, 64x64 매트릭스)와 함께 머리를 커버하기에 충분해야합니다. fMRI 트리거 상자를 사용하여 자극 프레 젠 테이션과 함께 fMRI 인수를 동기화할 수 있습니다. </li></ol> 6. SCR 데이터 수집 및 분석 <ol><li> AcqKnowledge 소프트웨어 및 제 1에서 설명한 MR - 호환 Biopac 생리적 모니터링 시스템을 사용하여 2,000 Hz에서에서 샘플 피부 전도. </li><li> (그림 4 참조) 이미징 동안 생산 유물을 줄이기 위해 피부 전도성 데이터 1 Hz에서 무한 임펄스 응답 (IIR) 저역 통과 디지털 필터를 적용합니다. </li><li> 250 Hz에서에서 피부 전도성 데이터를 Resample. </li><li> 응답 최대 응답 발병으로부터 피부 전도성 수준의 차이로 SCR을 계산합니다. </li><li> SCR 데이터는 이전 통계 분석에 응답 amplitudes의 분포를 정상화하기 위해 변화 제곱근 수 있습니다. </li></ol> 7. UCS의 예상 데이터 수집 및 분석 <ol><li> 샘플 (40 Hz에서)와 프레 젠 테이션 소프트웨어를 사용하여 기록 UCS의 예상 데이터입니다. </li><li> CS 프레 젠 테이션의 마지막 순간 동안의 평균 (1s 샘플) 응답으로 UCS의 기대를 계산합니다. </li></ol> 8. 기능성 MRI 데이터 수집 및 분석 <ol><li> 기능 영상 분석 소프트웨어 패키지를 (예 : AFNI 18)를 사용하여 뇌 영상 자료 (예 : 슬라이스 타이밍 보정, 이미지 등록, 공간 스무딩)의 완전한 표준 전처리. </li><li> 표준 성가신 (예 : 움직임)과 CS + 및 CS -뿐만 아니라 UCS의 인식과 눈치 채이지 않은 실험에 대한 자극 기반 regressors를 만듭니다. </li><li> 모터 응답 기반의 버튼을 눌러 응답에 관련된 모터 활동 계정에 성가신 regressor ​​역할을 참조 파형을 생성합니다. <ol class="lalpha"><li> 스틱 함수를 만든 버튼을 눌러 응답의 타이밍에 대한 코드. </li><li> 정식 hemodynamic 응답 기능 (HRF)로 버튼을 눌러 스틱 기능을 말다. </li></ol></li><li> 조이스틱 응답에 관련된 모터 활동 계정에 성가신 regressor ​​역할을하는 모터 대응 기반 레퍼런스 파형을 만들 수 있습니다. <ol class="lalpha"><li> 스틱 함수를 만든 UCS 기대 등급의 기울기의 변화 (예 : 기울기 절대값&gt; 10)의 타이밍 코드. </li><li> 정식 HRF와 조이스틱 사면 스틱 기능을 말다. </li></ol></li><li> 모든 자극 기반 및 폐가 regressors를 사용하여 첫 번째 수준의 분석을 수행합니다. </li><li> 두 번째 수준의 ANOVA가 활성화 CS 타입, 인식의 주요 효과, 또는 CS 타입 X 인식 상호 작용의 주요 효과를 표시하는 영역을 식별하는 조치를 반복 수행합니다. </li></ol> 9. 대표 결과 : 방법론은 인식 CS - 실험 (그림 5) 10,15,19 동안 인식 CS + 시련과 낮은 등급 중 상대적으로 높은 UCS 기대 등급 여기 일반적으로 결과를 발표했다. 이러한 결과는 참가자들이 CS - UCS 우연 인식하고 있음을 나타냅니다. 눈치 채이지 않은 시련에, UCS의 예상 등급은 일반적으로 사전에 CS 평가에서 변경되지 않습니다. 50 나타내는 참가자는 UCS가 10,15,19 (그림 5)가 나타납니다 여부가 확실치 부근이 눈치 채이지 않은 CS + 및 CS - 실험에서 UCS의 expectancies는 일반적으로 가을. 눈치 채이지 않은 CS + 및 차동 UCS 기대 등급을 생산하는이 무능력 것을 참가자들이 눈치 채이지 않은 컨디셔닝 실험 (그림 6)에서 자신의 우발 인식을 표현할 수없는 CS 번 나타냅니다. 대조적으로, SCR 학습 관련 변경 내용이 모두 인식하고 눈치 채이지 않은 컨디셔닝 재판 10,15,19 중에 관찰되었습니다. 특히, SCRs가 인식하는 것보다 인식 CS +에 큰되었습니다 CS -. 마찬가지로, 큰 SCRs는 눈치 채이지 않은 CS 중에 입증되었습니다 + CS - 시련 10,15,19 (그림 6) 눈치 채이지 않은 이상. 합쳐 놓으면, 이러한 행동 및 자율 데이터 눈치 채이지 않은 실험에 대비한 의식없이 인식 실험에 비상 인식과 공포 컨디셔닝 및 공포 컨디셔닝을 보여줍니다. 이 방법론을 사용하여 기능 영상 연구는 인식에 대한 학습과 관련된 hippocampal 활성화를 보여주지만, 컨디셔닝 실험 15 (그림 7)를 눈치 채이지 않은하지 않았습니다. 대조적으로, 차동 편도체의 활동이 모두 인식하고 눈치 채이지 않은 컨디셔닝 실험 15 관찰되었다. 편도체는 인식과 CR없이 표현을 지원하면서 이러한 결과는 해마는 비상 인식과 관련된 프로세스를 지원하는 전망과 일치하고 있습니다. / 3083/3083fig1.jpg &quot;고도 =&quot;그림 1 &quot;/&gt; 그림 1. 자극 프레 젠 테이션 및 행동 / psychophysiological 응답 모니터링을위한 기본적인 장비의 다이어그램. 프레 젠 테이션 소프트웨어는 오른손으로 조이스틱을 이동하여 만들어진 시청각 자극 및 모니터 UCS 기대 등급을 제시하는 데 사용됩니다. AcqKnowledge 소프트웨어 및 Biopac 장비는 왼쪽에서 피부 전도성을 모니터링하는 데 사용됩니다. 고체는 (Biopac), 단일 (IFIS 시청각) 점선과 점선 더블 라인 (광섬유 조이스틱)이 뚜렷한 자​​극 프레 젠 테이션 및 응답 모니터링 시스템을위한 케이블을 묘사. 검은 화살표는 정보 흐름 방향을 나타냅니다. <img src="/files/ftp_upload/3083/3083fig2.jpg" alt="그림 2"/> 그림 2. 냉방 자극. CS + 및 CS - 같은 CS의 더 이상 2보다 실험이 연속적으로 제시되는 그러한 pseudorandom 주문.을 제시 CS + 및 CS - 독립적으로의 볼륨을 다릅니다. CS는 (A 버튼을 누르십시오로 표시) 인식 경우, 같은 CS의 후속 재판에 CS 볼륨 5dB 감소. CS가 (NO 버튼을 누르십시오로 표시) 눈치 채이지 않은 경우, 동일한 CS와 이후 재판 CS 볼륨 5dB를 올립니다. <img src="/files/ftp_upload/3083/3083fig3.jpg" alt="그림 3"/> 그림 3. UCS 기대 등급 규모. 0-100 스케일에서 UCS 프레 젠 테이션 자신의 기대를 평가하기 위해 참가자들에게 지시한다. 0 등급은 UCS가 제공되지 않습니다 확신을 나타냅니다 100의 평가는 UCS가 나타납니다 확신을 표시하고, 50 등급은 UCS가 나타납니다 여부 불확실성을 반영합니다. 중급 등급은 UCS의 기대에 순서를 나타내기 위해 사용해야합니다. <img src="/files/ftp_upload/3083/3083fig4.jpg" alt="그림 4"/> 그림 4. 원료 및 필터링 피부 전도성 데이터의 비교. A) 원시 피부 전도성 데이터는 fMRI 수집된. B) 피부 전도성 데이터 1Hz IIR 저역 통과 필터의 적용 후. <img src="/files/ftp_upload/3083/3083fig5.jpg" alt="그림 5"/> 그림 5. UCS 기대 등급. - 참가자는 일반적으로 인식 CS - 실험에서 인식 CS + 시련과 낮은 expectancies에서 높은 UCS의 expectancies를보고합니다. 눈치 채이지 않은 CS + 및 CS - 실험에서 UCS의 expectancies이 다를하지 않습니다. <img src="/files/ftp_upload/3083/3083fig6.jpg" alt="그림 6"/> 그림 6. UCS의 기대와 SCR. UCS의 기대의 차이는 일반적으로 나타내는 참가자들이 자극 우연 인식 인식 CS + 및 CS - 실험에서 관찰됩니다. 눈치 채이지 않은 시련에, UCS의 예상 등급은 일반적으로 참가자들의 우발 인식을 표현할 수 없습니다 나타내는 다를하지 않습니다. 대조적으로, 시설 SCRs의 차이는 일반적으로 모두 인식하고 눈치 채이지 않은 컨디셔닝 실험에서 관찰됩니다. 이러한 결과는와 (즉, 인식 실험에)와 (즉, 눈치 채이지 않은 실험)에 대비한 인식하지 않고 배운 공포 표현을 반영합니다. <img src="/files/ftp_upload/3083/3083fig7.jpg" alt="그림 7"/> 그림 7. 해마와 편도의 기능 MRI. Hippocampal 반응은 일반적으로 CS -에 대한 인식이 있지만, 컨디셔닝 재판을 눈치 채이지 않은 아니라보다 CS +로 큽니다. 차동 편도체의 반응은 대개 두 인식하고 눈치 채이지 않은 컨디셔닝 실험에서 관찰됩니다. 편도체는 인식과 두려움없이 표현을 지원하면서 이러한 결과는 해마는 비상 인식과 관련된 프로세스를 지원하는 전망과 일치하고 있습니다.

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관심 없음 충돌 선언하지 않습니다.

여기에 설명된 공포 컨디셔닝 방법론 인식하고 인식하지 못하는 두려움 메모리 프로세스의 신경 메커니즘을 조사하는 수단을 제공합니다. 이 방법은, 행동 자율, 그리고 fMRI 데이터의 동시 모니터링을 활용합니다. 모니터링 행동 (즉, UCS 기대)와 자율 반응 (즉, SCR)은이 방법의 중요한 구성 요소입니다. SCR은 CR의 표현의 색인을 제공하는 반면 UCS의 기대는 비상 인식을 평가하는 수단을 제공합니다....

<table border="1"><tbody><tr><td> 장비 </td><td> 회사 </td><td> 항목 번호 </td></tr><tr><td> 통합 기능 이미징 시스템 (IFIS - SA) </td><td> Invivo 주식 회사, 올랜도, FL </td><td></td></tr><tr><td> 마스터 제어 유닛 (컨트롤 룸에 위치) 주변 기기 인터페이스 장치 (MRI 챔버에 위치) 비주얼 오디오 / 표시 단위는 (MRI 챔버에 위치)가 포함되어 있습니다 : <ul><li> 6.4 &quot;(대각선) LCD 비디오 화면 <ul><li> 640 X 480 해상도와보기 15 ° 필드 </li></ul></li><li> 음향 인터페이스 상자 <ul><li> 스테레오 공기 사운드를 제공합니다 </li></ul></li><li> MR - 호환 스테레오 헤드폰 </li></ul></td><td></td><td></td></tr><tr><td> 생리적 모니터링 시스템 </td><td> Biopac 시스템즈, Goleta, CA </td><td></td></tr><tr><td> Windows 용 데이터 수집 및 분석 시스템 (MP150) 절연 디지털 인터페이스 (디지털 인터페이스) 갈바 니 피부 반응 (GSR) 증폭기 MRI 케이블 / 변환기 증폭기 세트에 필터 시스템이 포함되어 있습니다 : <ul><li> MRI 연장 케이블 (상공 회의소는 필터) </li><li> RF 간섭 필터 </li><li> MRI 연장 케이블 (GSR 증폭기는 필터) </li></ul> 추가 구성 요소 : DB25 M / F 리본 케이블 일회용 전극 radiotranslucent 탄소 섬유 리드 </td><td></td><td valign="top"> MP150WSW STP100C EDA100C - MRI MECMRI - TRANS - MECMRI - 1 - MRIRFIF - MECMRI - 3 CBL110C EL508 LEAD108 </td></tr><tr><td> 조종간 </td><td> 현재 디자인, 주식 회사, 필라델피아, PA </td><td></td></tr><tr><td> 레거시 조이스틱 </td><td></td><td> HH - 기쁨 - 4 </td></tr><tr><td> 레거시 인터페이스 fORP </td><td></td><td> FIU - 005 </td></tr></tbody></table>

investigating the neural mechanisms of aware and unaware fear memory with fmri

파블로프의 조건 반사 공포 컨디셔너는 종종 연관 학습 1-5의 신경 기판을 조사하기 위해 인간의 기능성 자기 공명 영상 (fMRI)와 함께 사용됩니다. 이러한 연구에서, 뇌 활동에 차이가 학습과 관련된 인간의 행동과 상관 아르를 확인하는 에어컨의 행동 증거를 제공하는 것이 중요합니다. 학습과 기억 6-8의 인덱스로, 공포 컨디셔닝 연구는 종종 자율 반응을 (SCR 예 : 피부 전도성 응답) 모니터링합니다. 또한, 다른 행동 조치는 학습 과정 및 / 또는 시설에 영향을 미치는 다른인지 기능에 대한 유용한 정보를 제공할 수 있습니다. 예를 들어, 영향을 무조건 자극 (UCS) expectancies가 (UCR)는 몇 가지 최근 연구에서 9-14에 대한 관심의 주제를왔다 에어컨 반응 (CR)과 무조건 반응의 표현에있다. SCR 및 UCS 기대 대책은 최근 인식하고 자각 공포 학습과 기억 과정 15 신경 기판을 조사하기 위해 fMRI와 함께 사용되었습니다. 이러한인지 과정은 에어컨 세션 다음 어느 정도로 평가할 수 있지만, 사후 컨디셔닝 평가는 재판 - 투 - 시험 기준에 기대를 측정하고 간섭에 민감한하고 잊고 있으며,뿐만 아니라 결과 16,17를 왜곡하는 다른 요인 수 없습니다 . fMRI와 동시에 자율과 행동 반응을 모니터링하는 것은인지 과정과 행동 / 자율 반응 사이의 복잡한 관계를 중재 신경 기판을 평가 수있는 메커니즘을 제공합니다. 그러나, MRI 환경에서 자율과 행동 반응을 모니터링하는 것은 실질적인 문제의 번호를 포즈. 이 장비는 MRI 스캔 챔버 외부에 배치하면 특히, 1) 표준 행동 및 생리적 모니터링 장비) 안전 MRI 스캐너, 2 근처에 이용하실 수 없습니다 철재료의 건설이고, 주제 돌출 케이블 RF 노이즈를 수행 수 ) 뇌 이미지, 3 아티팩트를 생성 유물은 행동 반응의 모터 요구에 의해 만들어진 fMRI 신호가 관심의인지 과정에 관한 활동에서 구별해야 할 수도 있습니다) 스캔, 4시 그라디언트를 전환하여 피부 전도성 신호 내에 생산할 수 . 이러한 문제의 각 생리적 모니터링 장비와 추가 데이터 분석 절차의 설정에 수정 해결할 수 있습니다. 여기 우리는 동시에 fMRI 동안 자율과 행동 반응을 모니터하는 방법을 제시하고, 두려움 컨디셔닝 동안 인식하고 자각 메모리 프로세스를 조사하기 위해 이러한 방법의 사용을 보여줍니다.

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Investigating the Neural Mechanisms of Aware and Unaware Fear Memory with fMRI

공포 컨디셔닝 동안 인식하고 자각 메모리 프로세스를 지원하는 신경 메커니즘을 조사 방법론은 설명합니다. 이 방법은 종속 혈액 산소 수준 (굵게) 기능 자기 공명 이미징, 피부 전도 반응과 별개의 메모리 프로세스의 신경 상호를 평가하는 파블로프의 조건 반사 공포 컨디셔닝 동안 무조건 자극 기대를 모니터링합니다.

fMRI로 인식하고 알지도 못하는 두려움 메모리의 신경 메커니즘을 조사

Pavlovian fear conditioning is often used in combination with functional magnetic resonance imaging (fMRI) in humans to investigate the neural substrates ...

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Research

JoVE Journal

Neuroscience

12.8K 조회수.  University of Alabama at Birmingham. 공포 컨디셔닝 동안 인식하고 자각 메모리 프로세스를 지원하는 신경 메커니즘을 조사 방법론은 설명합니다. 이 방법은 종속 혈액 산소 수준 (굵게) 기능 자기 공명 이미징, 피부 전도 반응과 별개의 메모리 프로세스의 신경 상호를 평가하는 파블로프의 조건 반사 공포 컨디셔닝 동안 무조건 자극 기대를 모니터링합니다.

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Simultaneous fMRI and Electrophysiology in the Rodent Brain

To examine the neural basis of the blood oxygenation level dependent (BOLD) magnetic resonance imaging (MRI) signal, we have developed a rodent model in which functional MRI data and in vivo intracortical recording can be performed simultaneously. The combination of MRI and electrical recording is technically challenging because the electrodes used for recording distort the MRI images and the MRI acquisition induces noise in the electrical recording. To minimize the mutual interference of the two modalities, glass microelectrodes were used rather than metal and a noise removal algorithm was implemented for the electrophysiology data. In our studies, two microelectrodes were separately implanted in bilateral primary somatosensory cortices (SI) of the rat and fixed in place. One coronal slice covering the electrode tips was selected for functional MRI. Electrode shafts and fixation positions were not included in the image slice to avoid imaging artifacts. The removed scalp was replaced with toothpaste to reduce susceptibility mismatch and prevent Gibbs ringing artifacts in the images. The artifact structure induced in the electrical recordings by the rapidly-switching magnetic fields during image acquisition was characterized by averaging all cycles of scans for each run. The noise structure during imaging was then subtracted from original recordings. The denoised time courses were then used for further analysis in combination with the fMRI data. As an example, the simultaneous acquisition was used to determine the relationship between spontaneous fMRI BOLD signals and band-limited intracortical electrical activity. Simultaneous fMRI and electrophysiological recording in the rodent will provide a platform for many exciting applications in neuroscience in addition to elucidating the relationship between the fMRI BOLD signal and neuronal activity.

We have developed a method for simultaneous functional magnetic resonance imaging and electrophysiological recording in the rodent brain, providing a platform for the investigation of the relationship between neural activity and the blood oxygenation level dependent (BOLD) MRI signal.

쥐 두뇌에 동시 fMRI와 전기 생리학

To examine the neural basis of the blood oxygenation level dependent (BOLD) magnetic resonance imaging (MRI) signal, we have developed a rodent model in ...

연구

신경과학

Extinction Training During the Reconsolidation Window Prevents Recovery of Fear

Fear is maladaptive when it persists long after circumstances have become safe. It is therefore crucial to develop an approach that persistently prevents the return of fear. Pavlovian fear-conditioning paradigms are commonly employed to create a controlled, novel fear association in the laboratory. After pairing an innocuous stimulus (conditioned stimulus, CS) with an aversive outcome (unconditioned stimulus, US) we can elicit a fear response (conditioned response, or CR) by presenting just the stimulus alone1,2 . Once fear is acquired, it can be diminished using extinction training, whereby the conditioned stimulus is repeatedly presented without the aversive outcome until fear is no longer expressed3. This inhibitory learning creates a new, safe representation for the CS, which competes for expression with the original fear memory4. Although extinction is effective at inhibiting fear, it is not permanent. Fear can spontaneously recover with the passage of time. Exposure to stress or returning to the context of initial learning can also cause fear to resurface3,4.
Our protocol addresses the transient nature of extinction by targeting the reconsolidation window to modify emotional memory in a more permanent manner. Ample evidence suggests that reactivating a consolidated memory returns it to a labile state, during which the memory is again susceptible to interference5-9. This window of opportunity appears to open shortly after reactivation and close approximately 6hrs later5,11,16, although this may vary depending on the strength and age of the memory15. By allowing new information to incorporate into the original memory trace, this memory may be updated as it reconsolidates10,11. Studies involving non-human animals have successfully blocked the expression of fear memory by introducing pharmacological manipulations within the reconsolidation window, however, most agents used are either toxic to humans or show equivocal effects when used in human studies12-14. Our protocol addresses these challenges by offering an effective, yet non-invasive, behavioral manipulation that is safe for humans.
By prompting fear memory retrieval prior to extinction, we essentially trigger the reconsolidation process, allowing new safety information (i.e., extinction) to be incorporated while the fear memory is still susceptible to interference. A recent study employing this behavioral manipulation in rats has successfully blocked fear memory using these temporal parameters11. Additional studies in humans have demonstrated that introducing new information after the retrieval of previously consolidated motor16, episodic17, or declarative18 memories leads to interference with the original memory trace14. We outline below a novel protocol used to block fear recovery in humans.

Conditioned fear can be diminished through an inhibitory process called extinction, but can resurface under conditions such as the passage of time or exposure to stress. Our protocol presents a novel way of preventing fear recovery by introducing extinction during the reconsolidation window (the re-storage phase of a reactivated memory).

Reconsolidation 창 동안 멸종 교육은 두려움의 복구를 방지

Fear is maladaptive when it persists long after circumstances have become safe. It is therefore crucial to develop an approach that persistently prevents ...

Optical Recording of Suprathreshold Neural Activity with Single-cell and Single-spike Resolution

Signaling of information in the vertebrate central nervous system is often carried by populations of neurons rather than individual neurons. Also propagation of suprathreshold spiking activity involves populations of neurons. Empirical studies addressing cortical function directly thus require recordings from populations of neurons with high resolution. Here we describe an optical method and a deconvolution algorithm to record neural activity from up to 100 neurons with single-cell and single-spike resolution. This method relies on detection of the transient increases in intracellular somatic calcium concentration associated with suprathreshold electrical spikes (action potentials) in cortical neurons. High temporal resolution of the optical recordings is achieved by a fast random-access scanning technique using acousto-optical deflectors (AODs)1. Two-photon excitation of the calcium-sensitive dye results in high spatial resolution in opaque brain tissue2. Reconstruction of spikes from the fluorescence calcium recordings is achieved by a maximum-likelihood method. Simultaneous electrophysiological and optical recordings indicate that our method reliably detects spikes (&gt;97% spike detection efficiency), has a low rate of false positive spike detection (&lt; 0.003 spikes/sec), and a high temporal precision (about 3 msec) 3. This optical method of spike detection can be used to record neural activity in vitro and in anesthetized animals in vivo3,4.

Understanding the function of the vertebrate central nervous system requires recordings from many neurons because cortical function arises on the level of populations of neurons. Here we describe an optical method to record suprathreshold neural activity with single-cell and single-spike resolution, dithered random-access scanning. This method records somatic fluorescence calcium signals from up to 100 neurons with high temporal resolution. A maximum-likelihood algorithm deconvolves the underlying suprathreshold neural activity from the somatic fluorescence calcium signals. This method reliably detects spikes with high detection efficiency and a low rate of false positives and can be used to study neural populations in vitro and in vivo.

단일 셀 및 단일 스파이크 해상도 suprathreshold 신경 활동의 광 기록

Signaling of information in the vertebrate central nervous system is often carried by populations of neurons rather than individual neurons. Also ...

Co-analysis of Brain Structure and Function using fMRI and Diffusion-weighted Imaging

The study of complex computational systems is facilitated by network maps, such as circuit diagrams. Such mapping is particularly informative when studying the brain, as the functional role that a brain area fulfills may be largely defined by its connections to other brain areas. In this report, we describe a novel, non-invasive approach for relating brain structure and function using magnetic resonance imaging (MRI). This approach, a combination of structural imaging of long-range fiber connections and functional imaging data, is illustrated in two distinct cognitive domains, visual attention and face perception. Structural imaging is performed with diffusion-weighted imaging (DWI) and fiber tractography, which track the diffusion of water molecules along white-matter fiber tracts in the brain (Figure 1). By visualizing these fiber tracts, we are able to investigate the long-range connective architecture of the brain. The results compare favorably with one of the most widely-used techniques in DWI, diffusion tensor imaging (DTI). DTI is unable to resolve complex configurations of fiber tracts, limiting its utility for constructing detailed, anatomically-informed models of brain function. In contrast, our analyses reproduce known neuroanatomy with precision and accuracy. This advantage is partly due to data acquisition procedures: while many DTI protocols measure diffusion in a small number of directions (e.g., 6 or 12), we employ a diffusion spectrum imaging (DSI)1, 2 protocol which assesses diffusion in 257 directions and at a range of magnetic gradient strengths. Moreover, DSI data allow us to use more sophisticated methods for reconstructing acquired data. In two experiments (visual attention and face perception), tractography reveals that co-active areas of the human brain are anatomically connected, supporting extant hypotheses that they form functional networks. DWI allows us to create a "circuit diagram" and reproduce it on an individual-subject basis, for the purpose of monitoring task-relevant brain activity in networks of interest.

We describe a novel approach for simultaneous analysis of brain function and structure using magnetic resonance imaging (MRI). We assess brain structure with high-resolution diffusion-weighted imaging and white-matter fiber tractography. Unlike standard structural MRI, these techniques allow us to directly relate anatomical connectivity to functional properties of brain networks.

fMRI 및 확산 - 가중 영상을 사용하여 뇌의 구조와 기능의 공동 분석

The study of complex computational systems is facilitated by network maps, such as circuit diagrams. Such mapping is particularly informative when ...

Whole Cell Patch Clamp for Investigating the Mechanisms of Infrared Neural Stimulation

It has been demonstrated in recent years that pulsed, infrared laser light can be used to elicit electrical responses in neural tissue, independent of any further modification of the target tissue. Infrared neural stimulation has been reported in a variety of peripheral and sensory neural tissue in vivo, with particular interest shown in stimulation of neurons in the auditory nerve. However, while INS has been shown to work in these settings, the mechanism (or mechanisms) by which infrared light causes neural excitation is currently not well understood. The protocol presented here describes a whole cell patch clamp method designed to facilitate the investigation of infrared neural stimulation in cultured primary auditory neurons. By thoroughly characterizing the response of these cells to infrared laser illumination in vitro under controlled conditions, it may be possible to gain an improved understanding of the fundamental physical and biochemical processes underlying infrared neural stimulation.

Infrared nerve stimulation has been proposed as an alternative to electrical stimulation in a range of nerve types, including those associated with the auditory system. This protocol describes a patch clamp method for studying the mechanism of infrared nerve stimulation in a culture of primary auditory neurons.

적외선 신경 자극의 메커니즘을 조사하는 전체 세포 패치 클램프

It has been  demonstrated in recent years that pulsed, infrared laser light can be used to  elicit electrical responses in neural tissue, independent of ...

Optogenetic Perturbation of Neural Activity with Laser Illumination in Semi-intact Drosophila Larvae in Motion

Drosophila larval locomotion is a splendid model system in developmental and physiological neuroscience, by virtue of the genetic accessibility of the underlying neuronal components in the circuits1-6. Application of optogenetics7,8 in the larval neural circuit allows us to manipulate neuronal activity in spatially and temporally patterned ways9-13. Typically, specimens are broadly illuminated with a mercury lamp or LED, so specificity of the target neurons is controlled by binary gene expression systems such as the Gal4-UAS system14,15. In this work, to improve the spatial resolution to "sub-genetic resolution", we locally illuminated a subset of neurons in the ventral nerve cord using lasers implemented in a conventional confocal microscope. While monitoring the motion of the body wall of the semi-intact larvae, we interactively activated or inhibited neural activity with channelrhodopsin16,17 or halorhodopsin18-20, respectively. By spatially and temporally restricted illumination of the neural tissue, we can manipulate the activity of specific neurons in the circuit at a specific phase of behavior. This method is useful for studying the relationship between the activities of a local neural assembly in the ventral nerve cord and the spatiotemporal pattern of motor output.

Optogenetic Perturbation of Neural Activity with Laser Illumination in Semi-intact Drosophila Larvae in Motion

Here we describe a protocol for optogenetic manipulation of motoneuronal activity while monitoring changes in motor output (muscle contraction) in semi-intact Drosophila larvae using lasers within a conventional confocal microscope. This technique enables researchers to achieve local perturbation of neural activity in a few neuromeres to elucidate the dynamics of motor circuits.

세미 그대로의 레이저 조명과 신경 활동의 Optogenetic 섭동<em&gt; 초파리</em모션&gt; 유충

Drosophila larval locomotion is a splendid model system in developmental and physiological neuroscience, by virtue of the genetic accessibility of the ...

Deep Brain Stimulation with Simultaneous fMRI in Rodents

In order to visualize the global and downstream neuronal responses to deep brain stimulation (DBS) at various targets, we have developed a protocol for using blood oxygen level dependent (BOLD) functional magnetic resonance imaging (fMRI) to image rodents with simultaneous DBS. DBS fMRI presents a number of technical challenges, including accuracy of electrode implantation, MR artifacts created by the electrode, choice of anesthesia and paralytic to minimize any neuronal effects while simultaneously eliminating animal motion, and maintenance of physiological parameters, deviation from which can confound the BOLD signal.&#160;Our laboratory has developed a set of procedures that are capable of overcoming most of these possible issues. For electrical stimulation, a homemade tungsten bipolar microelectrode is used, inserted stereotactically at the stimulation site in the anesthetized subject. In preparation for imaging, rodents are fixed on a plastic headpiece and transferred to the magnet bore. For sedation and paralysis during scanning, a cocktail of dexmedetomidine and pancuronium is continuously infused, along with a minimal dose of isoflurane; this preparation minimizes the BOLD ceiling effect of volatile anesthetics. In this example experiment, stimulation of the subthalamic nucleus (STN) produces BOLD responses which are observed primarily in ipsilateral cortical regions, centered in motor cortex. Simultaneous DBS and fMRI allows the unambiguous modulation of neural circuits dependent on stimulation location and stimulation parameters, and permits observation of neuronal modulations free of regional bias. This technique may be used to explore the downstream effects of modulating neural circuitry at nearly any brain region, with implications for both experimental and clinical DBS.

This protocol describes a standard method for simultaneous functional magnetic resonance imaging and deep brain stimulation in the rodent. The combined use of these experimental tools allows for the exploration of global downstream activity in response to electrical stimulation at virtually any brain target.

설치류에 동시 fMRI를 깊은 뇌 자극

In order to visualize the global and downstream neuronal responses to deep brain stimulation (DBS) at various targets, we have developed a protocol for ...

A Protocol for the Administration of Real-Time fMRI Neurofeedback Training

Neurologic disorders are characterized by abnormal cellular-, molecular-, and circuit-level functions in the brain. New methods to induce and control neuroplastic processes and correct abnormal function, or even shift functions from damaged tissue to physiologically healthy brain regions, hold the potential to dramatically improve overall health. Of the current neuroplastic interventions in development, neurofeedback training (NFT) from functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI) has the advantages of being completely non-invasive, non-pharmacologic, and spatially localized to target brain regions, as well as having no known side effects. Furthermore, NFT techniques, initially developed using fMRI, can often be translated to exercises that can be performed outside of the scanner without the aid of medical professionals or sophisticated medical equipment. In fMRI NFT, the fMRI signal is measured from specific regions of the brain, processed, and presented to the participant in real-time. Through training, self-directed mental processing techniques, that regulate this signal and its underlying neurophysiologic correlates, are developed. FMRI NFT has been used to train volitional control over a wide range of brain regions with implications for several different cognitive, behavioral, and motor systems. Additionally, fMRI NFT has shown promise in a broad range of applications such as the treatment of neurologic disorders and the augmentation of baseline human performance. In this article, we present an fMRI NFT protocol developed at our institution for modulation of both healthy and abnormal brain function, as well as examples of using the method to target both cognitive and auditory regions of the brain.

The ability to induce and/or control neural plasticity may be critical in future treatments for neurologic disorders and the recovery from brain injury. In this paper, we present a protocol on the use of neurofeedback training with functional magnetic resonance imaging to modulate human brain function.

관리의 실시간 fMRI Neurofeedback 훈련에 대 한 프로토콜

Neurologic disorders are characterized by abnormal cellular-, molecular-, and circuit-level functions in the brain. New methods to induce and control ...

Time-dependent Increase in the Network Response to the Stimulation of Neuronal Cell Cultures on Micro-electrode Arrays

Micro-electrode arrays (MEAs) can be used to investigate drug toxicity, design paradigms for next-generation personalized medicine, and study network dynamics in neuronal cultures. In contrast with more traditional methods, such as patch-clamping, which can only record activity from a single cell, MEAs can record simultaneously from multiple sites in a network, without requiring the arduous task of placing each electrode individually. Moreover, numerous control and stimulation configurations can be easily applied within the same experimental setup, allowing for a broad range of dynamics to be explored. One of the key dynamics of interest in these in vitro studies has been the extent to which cultured networks display properties indicative of learning. Mouse neuronal cells cultured on MEAs display an increase in response following training induced by electrical stimulation. This protocol demonstrates how to culture neuronal cells on MEAs; successfully record from over 95% of the plated dishes; establish a protocol to train the networks to respond to patterns of stimulation; and sort, plot, and interpret the results from such experiments. The use of a proprietary system for stimulating and recording neuronal cultures is demonstrated. Software packages are also used to sort neuronal units. A custom-designed graphical user interface is used to visualize post-stimulus time histograms, inter-burst intervals, and burst duration, as well as to compare the cellular response to stimulation before and after a training protocol. Finally, representative results and future directions of this research effort are discussed.

Mouse neuronal cells cultured on multi-electrode arrays display an increase in response following electrical stimulation. This protocol demonstrates how to culture neurons, how to record activity, and how to establish a protocol to train the networks to respond to patterns of stimulation.

미세 전극 배열에서 신경 세포 배양의 자극에 대한 네트워크 반응의 시간 의존적 증가

Micro-electrode arrays (MEAs) can be used to investigate drug toxicity, design paradigms for next-generation personalized medicine, and study network ...

Simultaneous Recordings of Cortical Local Field Potentials, Electrocardiogram, Electromyogram, and Breathing Rhythm from a Freely Moving Rat

Monitoring the physiological dynamics of the brain and peripheral tissues is necessary for addressing a number of questions about how the brain controls body functions and internal organ rhythms when animals are exposed to emotional challenges and changes in their living environments. In general experiments, signals from different organs, such as the brain and the heart, are recorded by independent recording systems that require multiple recording devices and different procedures for processing the data files. This study describes a new method that can simultaneously monitor electrical biosignals, including tens of local field potentials in multiple brain regions, electrocardiograms that represent the cardiac rhythm, electromyograms that represent awake/sleep-related muscle contraction, and breathing signals, in a freely moving rat. The recording configuration of this method is based on a conventional micro-drive array for cortical local field potential recordings in which tens of electrodes are accommodated, and the signals obtained from these electrodes are integrated into a single electrical board mounted on the animal's head. Here, this recording system was improved so that signals from the peripheral organs are also transferred to an electrical interface board. In a single surgery, electrodes are first separately implanted into the appropriate body parts and the target brain areas. The open ends of all of these electrodes are then soldered to individual channels of the electrical board above the animal's head so that all of the signals can be integrated into the single electrical board. Connecting this board to a recording device allows for the collection of all of the signals into a single device, which reduces experimental costs and simplifies data processing, because all data can be handled in the same data file. This technique will aid the understanding of the neurophysiological correlates of the associations between central and peripheral organs.

This study introduces a method for the simultaneous recording of local field potentials in the brain, electrocardiograms, electromyograms, and breathing signals of a freely moving rat. This technique, which reduces experimental costs and simplifies data analysis, will contribute to the understanding of the interactions between the brain and peripheral organs.

대뇌 피 질의 로컬 필드 전위, 심전도, 치십시오, 그리고 자유롭게 움직이는 쥐에서 리듬 호흡의 동시 녹음

Monitoring the physiological dynamics of the brain and peripheral tissues is necessary for addressing a number of questions about how the brain controls ...