Financiado pela National Science e Pesquisa de Engenharia Conselho (NSERC) para JFXD, Faculdade de Saúde, York University e autor SO tem PhD financiamento pelo problema Gambling Ontario Research Centre (OPGRC).

1. Antes de entrar na sala de RM <ol><li> Os participantes preencher um formulário de consentimento explicando todos os riscos experimental (GE marcapasso, claustrofobia, implantes metálicos, a chance de gravidez, etc), e os benefícios de sua participação. </li><li> Todos os participantes são obrigados a preencher a segurança MRI e questionário de triagem (breve histórico médico, os procedimentos anteriores cirúrgico etc) Participantes com contra-indicações devem ser excluídos. </li></ol> 2. Visão Geral da Tarefa e Formação <ol><li> Fornecer treinamento sobre o desempenho de tarefas no anti-sacada. <ol><li> Fixação verde indica um estudo pró-sacada. Instruir os participantes a olhar para o alvo aparecendo na periferia da tela, com um ângulo visual de 8-10 °. </li><li> Fixação vermelho indica um julgamento anti-sacada. Instrua participante a olhar para o espelho em frente do alvo aparecendo na periferia da tela, em um ângulo visual de 8-10 ° (por exemplo, para o alvo certo, olhar para the à esquerda). </li></ol></li><li> Fornecer treinamento sobre o desempenho de tarefas para o Stroop emocional fora do scanner. <ol><li> Inclui 15 provas práticas com diferentes combinações de palavras-rosto expressões em um computador fora do scanner. O objetivo da prática é que os participantes aprendem a tarefa eo que é esperado deles em pressionar o botão apropriado no scanner de ressonância magnética. Instrua os participantes a respeito de qual botão for pressionado para relatar uma expressão feliz / palavra, expressão neutra palavra / expressão triste e / palavra. Além disso, quando dentro do scanner, lembrar aos participantes de que a emoção de cada botão representa. </li><li> As palavras descritivas que indicam as expressões (feliz, Neutro, Sad) são sobrepostos sobre as imagens de faces individuais. Estas palavras são ou congruente ou incongruente com a emoção representada pelo rosto na imagem (Figura 1). Comece cada digitalização com uma instrução de escrita na tela lembrando os participantes, quer report a &quot;expressão facial (feliz, neutro, triste)&quot; ou a &quot;palavra escrita (feliz, neutro, triste)&quot; pressionando o botão correspondente o mais rapidamente possível. </li><li> A instrução é apresentado durante 1 segundo, seguido por uma cruz de fixação, que os participantes fixada em 1 seg para uma outra. A cruz de fixação é seguido pelos estímulos de face apresentados por 250 milissegundos e, em seguida, seguido pela imagem resposta durante 2 segundos. A imagem de resposta é usado para dar aos participantes tempo para relatar as suas respostas ao pressionar o botão apropriado. A próxima apresentação visual da cruz fixação começa depois do fim desta imagem de resposta. Cada participante repete a verificação experimental em um dos dois grupos de instrução (isto é, expressão face ou palavra escrita). Todos os estímulos foram criados e apresentados utilizando Apresentação 12,1 ( <a href="http://www.neurobs.com" target="_blank">www.neurobs.com</a> ). </li></ol></li></ol> 3. Scanner e configuração eye tracking <ol><li> Para begin a criação do experimento, comece por projetar o estímulo computador como uma imagem focalizada na tela na RM com um projetor digital. </li><li> Os participantes são convidados a se levantar da sua cadeira na sala de controle e entra na sala de scanner. Earplugs e / ou fones de ouvido são fornecidos e assuntos colocá-los em seus canais ouvidos. <ol><li> O objecto reside supina com a sua posição de cabeça para o centro da bobina cabeça. Nós estabilizar o corpo do participante e posição da cabeça com travesseiros ou inserções de espuma para torná-los o mais confortável possível, mas também para auxiliar na restringindo o seu movimento da cabeça desde o movimento da cabeça durante a digitalização causas de perda de dados. Especialmente se o movimento da cabeça é maior do que 1 mm em qualquer direcção. </li><li> Deslize / colocar o headcoil sobre a cabeça do participante e tê-los inclinar sua cabeça o mais confortavelmente possível, olhando para a frente para ver o espelho que reflete a tela do projetor. Os olhos devem estar o mais próximo para a posição primária como pOSSÍVEIS 8, a fim de manter o conforto do participante sobre a sessão de digitalização que pode durar até duas horas. </li></ol></li><li> Peça ao participante como o foco da imagem projetada é de uma vez eles estão no scanner. Se não é afiada, re-ajustar a lente para melhorar a imagem no ecrã. </li><li> O eyetracker está agora testada por meio de uma calibração para garantir que a câmara IRED está no local correcto. Se a reflexão sobre a córnea não é o ideal ou funcionando corretamente, a fonte IRED deve ser ajustada, ou o espelho que reflete a fonte IRED próximo da posição do participante cabeça deve ser realinhados / ajustado. Se a cabeça do participante foi ajustado, pergunte se o assunto mais padding / ou espuma travesseiros são necessários para manter esta posição da cabeça / corpo. Durante a verificação do monitor e posições dos participantes discográficas oculares horizontais e verticais usando um rastreador de olho infravermelho (ie Sensomotoric Instruments, Needham / Boston, MA) e correlacioná-los com o paradigma comportamental when analisar a atividade cerebral. 5,7 </li></ol> 4. Procedimentos de digitalização <ol><li> Coloque a bola de emergência aperto contato no abdômen do participante em sua mão esquerda ea caixa de joystick / botão na mão direita. Colocar uma cápsula de vitamina E, no lado direito perto da cabeça. Isso vai ser visível nos exames anatômicos que farão um erro certo não vai virar as imagens da esquerda para a direita. Levante e faça deslizar a cama para o centro da ressonância magnética. </li><li> Verifique se todos os experimentadores deixar a sala de RM e fechar a porta para o MRI. </li><li> Comunique-se com o participante através do interfone na sala de controle e confirmar que eles estão preparados para começar a varredura e são tão confortáveis ​​quanto possível. Se não, reajustar, conforme necessário. </li><li> Relembre o participante que os ruídos do scanner será alto e isso é normal. <ol><li> A primeira verificação recolhe uma poucas imagens do cérebro ao longo da região sagital de ser capaz de localizar / prescrever o exacto ouientation das fatias para os dados completos anatómicas e funcional. Aos participantes é dito esta análise levará alguns minutos. </li><li> Uma vez que os experimentadores ver os resultados da verificação do localizador, que prescrevem uma série de cortes anatômicos que cobrem todo o cérebro. Em nossos casos que normalmente varredura axial fatias oblíquas que abrangem todo o cérebro (170 a 256 fatias). Diga ao participante que este scan irá demorar cerca de 6 a 10 minutos dependendo do número prescrito de fatias. Em alguns casos a verificação anatómica pode ser feito após as verificações funcionais. Existem algumas vantagens de ser este, geralmente em experimentos de longa assuntos vai experimentar fadiga. Assim, a análise anatômica não precisa de atenção dos sujeitos para que eles possam fechar os olhos. Pode ser útil para fazer estas verificações no final da sessão de imagem. </li><li> Uma vez scans anatômicas sejam concluídas o participante está lembrado das instruções específicas do scan próximo através da comunicação através do microfone/ Alto-falante do sistema. </li></ol></li><li> Neste exemplo, um desenho de eventos relacionados com pseudo 2 é utilizado para identificar as regiões do cérebro activadas pela tarefa de Stroop emocional, mas qualquer percepção sensorial, interna 9 ou motor estímulo 10 poderia ser dirigida para utilização quando necessário. Após estes são verificados, então vamos instruir o assunto que o paradigma anti-saccade será digitalizado seguinte. Dependendo dos parâmetros de imagem escolhidas a digitalização vai estar perto de 6 minutos de duração. Achamos que varre mais do que isso induzir indivíduos a adormecer. </li><li> A sessão de imagem total leva cerca de 60 a 120 de minutos, dependendo das verificações totais necessários para a análise. </li></ol> 5. Análise fMRI <ol><li> Analisar os dados usando BrainVoyager QX software (ou qualquer pacote de análise, tais como AFNI ou SPM). </li><li> Comece por sobreposição de mapas funcionais dados estatísticos em imagens cerebrais anatômicas. Funcionalmente definir as regiões cerebrais de interesse (ROÉ), utilizando o modelo linear geral (GLM), com preditores independentes (ou seja, congruente e incongruente instrução, face e instrução palavra, anti-sacada, pró-sacada) para cada uma das condições da tarefa durante os dois tipos de exames 2. </li><li> Examine a intensidade do sinal em todas as regiões ativadas frontais dos contrastes GLM (ou seja, todos contra todos congruentes incongruente para produzir um mapa de áreas), calcular o sinal BOLD padronizada em todos os participantes e comparar a expressão palavra / face incongruente com a palavra congruente / enfrenta expressões para ambas as 2 condições. </li><li> Correlacionar os tempos de reacção recolhidos sobre os ensaios que foram utilizados para os MLG, em seguida, correlacionar a actividade cerebral através de cada indivíduo com os seus tempos de reacção próprias para os ensaios específicos 2 como na Figura 4. </li></ol> 6. Os resultados representativos Após a análise vamos mostrar regiões do cérebro que se relacionam com o e-stroop de promoção e anti-sacádicos tarefas gravado durante a digitalização. Os resultados do paradigma de Stroop emocional mostrou um efeito de interacção entre todos os três factores de expressão, instrução e região do cérebro, mas não houve efeito principal de expressão e de nenhum efeito principal da instrução 2. Descobrimos que, quando a expressão da face foi incongruente à palavra sobreposta emocional, esta incongruência produzido a partir de relatar a palavra escrita mostrou uma maior intensidade de sinal BOLD no IFG esquerdo 2 (Figura 2). A intensidade de sinal maior nas expressões incongruentes em comparação com as expressões congruentes foi estatisticamente significativa, com feliz congruente mostrando a maior diferença 2. O mais importante é o RTS para as três condições testadas incongruentes (triste, feliz e neutro) previu um sinal de aumento BOLD dentro IFG esquerda em comparação com todas as condições congruentes (Figura 3). Para este analise que especificamente examinados os tempos de reacção e conduzida uma análise de regressão para testar se RT para as condições incongruentes e congruente foram preditivos da actividade sinal BOLD dentro desta região do cérebro (Figura 3). Descobrimos que as contas RT para 81% da variação na atividade IFG esquerda ao relatar as expressões da palavra feliz, Neutral, e triste durante as condições incongruentes e congruentes 2. Superior RT é preditiva de maior ativação IFG esquerda, com a condição incongruente triste ceder a razão maior intensidade RT / sinal em comparação com todas as condições de expressão outros. Foram analisados ​​os paradigmas anti-sacádicos utilizando métodos semelhantes como acima, para ser capaz de comparar as duas redes de actividade. Neste exemplo, verificou-se que não havia sinal aumentado em IFG esquerda para a anti-saccade em comparação com a tarefa pró-saccade. Para mais detalhes, consultar os leitores a Ford et al. (2007). <img alt="A Figura 1" src=&quot;/ Files/ftp_upload/3237/3237fig1.jpg&quot; /&gt; Figura 1. Um exemplo de um julgamento incongruente (rosto com uma expressão feliz sobreposta pela palavra SAD). A experiência vai começar com o ponto de fixação (1 segundo), prosseguindo pelo estímulo cara (250 ms) e a imagem mascarada (2 segundos), que requer uma resposta do participante botão. <img alt="A Figura 2" src="/files/ftp_upload/3237/3237fig2.jpg" /> Figura 2. Todos os volumes de fixação foram utilizados como a linha de base. As barras de erro significar o erro padrão da média (SEM). Expressões incongruente (feliz, Neutro, Sad) mostrou mudança de sinal BOLD significativamente maior em comparação com expressões congruentes 2. A imagem ampliada mostra deixado giro frontal inferior (IFG), que foi funcionalmente localizados usando o contraste descrever em 5,2 ponto para o Stroop emocional incongruente contra a condição congruente durante a atender conjunto de instruções palavra. <img alt = &quot;Figura 3&quot; src = &quot;/ files/ftp_upload/3237/3237fig3.jpg&quot; /&gt; Figura 3. Durante o &quot;Atender a Palavra&quot; de instruções, incongruente-congruentes de contraste mostrou uma correlação positiva entre a RTS e intensidade do sinal BOLD. Este gráfico é uma média de todas as 10 RTs sujeitos e sinal BOLD durante cada um dos seis condições. As barras de erro significar o erro padrão da média (SEM) 2. <img alt="A Figura 4" src="/files/ftp_upload/3237/3237fig4.jpg" /> Figura 4. Duas repetições de cada expressão foi exibido para os sujeitos. Linha superior é uma ilustração esquemática de uma sequência de ensaio a partir de um bloco de ensaios. Seção inferior é uma representação da função de resposta de dois Gamma hemodinâmica (HRF) usado para descobrir regiões do cérebro envolvidas nas expressões faciais emocionais.

<ol>
	<li>Stroop, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Studies+of+interference+in+serial+verbal+reactions.">Studies of interference in serial verbal reactions.</a> Journal of Experimental Psychology. 18, 643-662 (1935).</li><li>Ovaysikia, S., Tahir, K. A., Chan, J. L., DeSouza, J. F. X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Word+wins+over+face:+emotional+Stroop+effect+activates+the+frontal+cortical+network.">Word wins over face: emotional Stroop effect activates the frontal cortical network.</a> Front Hum. Neurosci. 4, 234 (2011).</li><li>Hallett, P. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Primary+and+secondary+saccades+to+goals+defined+by+instructions.">Primary and secondary saccades to goals defined by instructions.</a> Vision Res. 18, 1279-1296 (1978).</li><li>Connolly, J. D., Goodale, M. A., DeSouza, J. F. X., Menon, R. S., Vilis, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+comparison+of+frontoparietal+fMRI+activation+during+anti-saccades+and+anti-pointing.">A comparison of frontoparietal fMRI activation during anti-saccades and anti-pointing.</a> J. Neurophysiol. 84, 1645-1655 (2000).</li><li>DeSouza, J. F. X., Menon, R. S., Everling, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preparatory+set+associated+with+pro-saccades+and+anti-saccades+in+humans+investigated+with+event-related+FMRI.">Preparatory set associated with pro-saccades and anti-saccades in humans investigated with event-related FMRI.</a> J. Neurophysiol. 89, 1016-1023 (2003).</li><li>Everling, S., DeSouza, J. F. X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rule-dependent+activity+for+prosaccades+and+antisaccades+in+the+primate+prefrontal+cortex.">Rule-dependent activity for prosaccades and antisaccades in the primate prefrontal cortex.</a> J. Cogn. Neurosci. 17, 1483-1496 (2005).</li><li>Ford, K. A., Goltz, H. C., Brown, M. R. G., Everling, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neural+processes+associated+with+antisaccade+task+performance+investigated+with+event-related+fMRI.">Neural processes associated with antisaccade task performance investigated with event-related fMRI.</a> J. Neurophysiol. 94, 429-440 (2005).</li><li>DeSouza, J. F. X., Nicolle, D. A., Vilis, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Task-dependent+changes+in+the+shape+and+thickness+of+Listing's+plane.">Task-dependent changes in the shape and thickness of Listing's plane.</a> Vision Res. 37, 2271-2282 (1997).</li><li>Hadjikhani, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanisms+of+migraine+aura+revealed+by+functional+MRI+in+human+visual+cortex.">Mechanisms of migraine aura revealed by functional MRI in human visual cortex.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 98, 4687-4692 (2001).</li><li>DeSouza, J. F. X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Eye+position+signal+modulates+a+human+parietal+pointing+region+during+memory-guided+movements.">Eye position signal modulates a human parietal pointing region during memory-guided movements.</a> J. Neurosci. 20, 5835-5840 (2000).</li></ol>

Não temos nada a divulgar.

Identificar regiões do cérebro consiste em criar um contraste exacta entre as tarefas digitalizados (isto é, em qualquer de Stroop a, emoção incongruente contra congruente e expressão facial; ou anti-saccade contra pró-saccade), a fim de produzir um mapa de activação relacionados com a tarefa. Estes mapas funcionais podem ser mais refinado quando o comportamento é coletado no scanner para remover ensaios em que o sujeito cometeu erros. Estes erros pode ser removido e, se houvesse números suficientes de erros do que os mapas funcionais podia ser feita de estes 3,4,5,6. O mais importante, ao analisar os tempos de reação para as tarefas de Stroop tarefa incongruentes que tiveram maior tempo de reação também tinha sinais BOLD em maior córtex frontal esquerdo (IFG). Se não coletar esses dados comportamentais não teríamos essa nova visão no córtex pré-frontal 2. Esta técnica permite a medição de padrões de actividade em áreas do cérebro associadas com um determinado serhaviors tais como ensaios corretos e 7 de erro através de medidas de premir os botões 2 ou gravações de movimento dos olhos. O desafio de utilizar estas técnicas encontra-se na correlação exacta dos dados de comportamento que podem ser medidos na ordem de milissegundos, com os dados funcionais derivados de fluxo sanguíneo (sinal BOLD), que tem uma resolução temporal de 4-5S (Figura 4 ). Portanto, a olhar para a actividade neural associada com um comportamento particular, o atraso associado com a hemodinâmica devem ser tidos em conta. Com estímulos rapidamente apresentados, o aumento do sinal BOLD ocorre ao longo da apresentação de vários estímulos face / palavra par. A fim de analisar o efeito da congruência (ou de uma expressão facial) temos que superar essa disparidade na resolução temporal sequencialmente, apresentando dois do tipo mesmo estímulo. Isto é mostrado na Figura 4, onde os dois primeiros dois estímulos são incongruente-feliz rosto apresentações followed por dois triste incongruente neutro e dois incongruente. Assim, um contraste que se baseia na comparação de congruência com incongruência irá abranger um bloco de 6.5s, tempo suficiente para capturar a resposta hemodinâmica. Além disso, o movimento dos participantes durante a verificação cria distorções dentro do campo magnético e este pode produzir a activação artificial nos resultados ou pode deslocar activação funcional para a localização anatómica incorrecta. Movimentos excessivos pelos sujeitos, enquanto no scanner pode ser visto pelo experimentador e assuntos podem ser lembrados para permanecer o mais imóvel possível entre as varreduras. Correcção adicional para o movimento pode ser realizado posthoc no software, no entanto movimento maior do que alguns milímetros geralmente resulta em uma verificação funcional de ser descartado. Aqui não encontramos pressiona o botão resultou em um deslocamento significativo do braço e na cabeça, no entanto, o movimento dos sujeitos durante as pesquisas deve ser dada cuidadosa consideração para qualquer requirin paradigmag movimentos ainda pequenos.

A correction was made to <a href="http://http://www.jove.com/video/3237">Correlating Behavioral Responses to fMRI Signals from Human Prefrontal Cortex: Examining Cognitive Processes Using Task Analysis</a>. Joseph DeSouza and Laura Pynn middle initials were omitted at publication.
These have been corrected to:
Joseph F.X. DeSouza Laura K. Pynn

A correction was made to <a href="http://http://www.jove.com/video/3237">Correlating Behavioral Responses to fMRI Signals from Human Prefrontal Cortex: Examining Cognitive Processes Using Task Analysis</a>. Some of the authors middle initials were omitted.

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

<table border="1"><tbody><tr><td> Nome do Equipamento </td><td> Companhia </td></tr><tr><td> 3-Tesla aparelho de ressonância magnética </td><td> Siemens Magnetom Trio (Erlangen, Alemanha) </td></tr><tr><td> iViewX eye tracking </td><td> SensoMotoric Instruments, Inc. </td></tr><tr><td> BrainVoyager QX software </td><td> Inovação cérebro, Maastricht, Holanda </td></tr><tr><td> Quatro botões Joystick </td><td> Projetos atuais, Inc., Philadelphia, PA, USA </td></tr></tbody></table> Tabela 1. Reagentes e equipamentos específicos.

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

O objetivo deste artigo é descrever métodos de como implementar uma técnica de neuroimagem para examinar os processos cerebrais envolvidos complementares por duas tarefas semelhantes. Comportamento dos participantes durante a realização da tarefa em um scanner fMRI pode ser correlacionada com a atividade do cérebro usando o sangue oxigênio-dependente do nível de sinal. Nós medimos o comportamento para poder classificar ensaios corretos, onde o participante realizou a tarefa corretamente e, em seguida, ser capaz de examinar o cérebro sinaliza relacionado para corrigir o desempenho. Inversamente, se os sujeitos não executar a tarefa correctamente, e estes ensaios estão incluídos na mesma análise com os ensaios correctas teríamos introduzir ensaios que eram não só para o desempenho correcto. Assim, em muitos casos, estes erros podem ser usados ​​se a correlacionar a actividade cerebral, em seguida, a eles. Descrevemos duas tarefas complementares que são utilizados no nosso laboratório para examinar o cérebro durante a supressão de uma resposta automática: a Stroop 1 e anti-sacádicos tarefas. Oparadigma de Stroop emocional instrui os participantes, quer relatar o sobreposto &quot;palavra&quot; emocional através das faces afetivas ou as expressões faciais dos &#39;do 1,2 estímulos rosto. Quando a palavra ea expressão facial se referem a diferentes emoções, um conflito entre o que deve ser dito eo que é lido automaticamente ocorre. O participante tem de resolver o conflito entre dois processos simultaneamente concorrentes de leitura de palavras e expressão facial. Nosso desejo de ler uma palavra leva a forte &quot;estímulo-resposta (SR)&quot; associações, daí inibir estes SR forte é difícil e os participantes são propensos a cometer erros. A superação desse conflito e dirigindo a atenção para longe do rosto ou a palavra requer o assunto para inibir a fundo os processos que normalmente direciona a atenção para o estímulo mais saliente. Do mesmo modo, na tarefa anti-saccade 3,4,5,6, onde um taco de instruções é usado para dirigir a atenção apenas para um local de estímulo periférico, mas então o eymovimento e é preparado para a posição de espelho oposto. No entanto, mais uma vez, medir o comportamento gravando os movimentos dos olhos dos participantes que permite a classificação das respostas comportamentais em ensaios corretos e erro 7, que então pode ser correlacionada com a atividade do cérebro. Neuroimagem agora permite aos pesquisadores medir comportamentos diferentes dos ensaios corretos e de erro que são indicativos de diferentes processos cognitivos e identificar as diferentes redes neurais envolvidas.

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

O objetivo da nossa pesquisa é correlacionar o comportamento de atividade cerebral. Precisas medidas comportamentais e técnicas de imagem permitem elucidar as relações cérebro-comportamento.

Correlacionando as respostas comportamentais aos sinais de fMRI córtex pré-frontal humano: Examinando Processos Cognitivos Usando Análise de Tarefa

The aim of this methods paper is to describe how to implement a neuroimaging technique to examine complementary brain processes engaged by two similar ...

correlating-behavioral-responses-to-fmri-signals-from-human

Universidad San Sebastian

Research

JoVE Journal

Neuroscience

12.7K visualizações.  Centre for Vision Research, York University. O objetivo da nossa pesquisa é correlacionar o comportamento de atividade cerebral. Precisas medidas comportamentais e técnicas de imagem permitem elucidar as relações cérebro-comportamento.

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

Recording Behavioral Responses to Reflection in Crayfish

Social behavior depends on sensory input from the visual, mechanical and olfactory systems. One important issue concerns the relative roles of each sensory modality in guiding behavior. The role of visual inputs has been examined by isolating visual stimuli from mechanical and chemosensory stimuli. In some studies (Bruski &amp; Dunham, 1987: Delgado-Morales et al., 2004) visual inputs have been removed with blindfolds or low light intensity, and effects of remaining sensory modalities have been elucidated. An alternative approach is to study the effects of visual inputs in the absence of any appropriate mechanical and chemosensory cues. This approach aims to identify the exclusive role of visual inputs. 
We have used two methods to provide visual stimuli to crayfish without providing chemical and mechanical cues. In one method, crayfish are videotaped in an aquarium where half of the walls are covered in mirrors to provide a reflective environment, and the other half are covered in a non-reflective (matte finish) plastic. This gives the crayfish a choice between reflective and non-reflective environments. The reflective environment provides visual cues in the form of reflected images of the crayfish as it moves throughout half of the tank; these visual cues are missing from the non-reflective half of the tank. An alternative method is to videotape the behavior of crayfish in an aquarium separated by a smaller chamber at each end, with a crayfish in one small chamber providing visual cues and an inert object in the opposite small chamber providing visual input from a non-moving, non-crayfish source. 
Our published results indicate that responses of crayfish to the reflective environment depend on socialization and dominance rank. Socialized crayfish spent more time in the reflective environment and exhibited certain behaviors more frequently there than in the non-reflective environment; isolated crayfish showed no such differences. Crayfish that were housed in same-sex pairs developed a social rank of either dominant or subordinate. Responses to reflection differed between dominant and subordinate crayfish (May &amp; Mercier, 2006; May &amp; Mercier, 2007). Dominant crayfish spent more time on the reflective side, entered reflective corners more frequently and spent more time in reflective corners compared to the non-reflective side. Subordinate crayfish walked in reverse more often on the reflective side than on the non-reflective side. Preliminary data suggest similar effects from visual cues provided by a crayfish in a small adjoining chamber (May et al., 2008).

We have developed two methods for studying effects of visual cues on behavior in the absence of tactile and chemical cues. One method involves videotaping responses of crayfish to reflective walls in an aquarium; the other examines effects of visual inputs provided by a live crayfish behind a transparent partition.

Gravação de respostas comportamentais à Reflexão em Crayfish

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

Neurociência

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.

Co-análise de estrutura e função cerebral usando ressonância magnética funcional e imagem ponderada em difusão

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

Visualization and Genetic Manipulation of Dendrites and Spines in the Mouse Cerebral Cortex and Hippocampus using In utero Electroporation

In utero electroporation (IUE) has become a powerful technique to study the development of different regions of the embryonic nervous system 1-5. To date this tool has been widely used to study the regulation of cellular proliferation, differentiation and neuronal migration especially in the developing cerebral cortex 6-8. Here we detail our protocol to electroporate in utero the cerebral cortex and the hippocampus and provide evidence that this approach can be used to study dendrites and spines in these two cerebral regions.
Visualization and manipulation of neurons in primary cultures have contributed to a better understanding of the processes involved in dendrite, spine and synapse development. However neurons growing in vitro are not exposed to all the physiological cues that can affect dendrite and/or spine formation and maintenance during normal development. Our knowledge of dendrite and spine structures in vivo in wild-type or mutant mice comes mostly from observations using the Golgi-Cox method 9. However, Golgi staining is considered to be unpredictable. Indeed, groups of nerve cells and fiber tracts are labeled randomly, with particular areas often appearing completely stained while adjacent areas are devoid of staining. Recent studies have shown that IUE of fluorescent constructs represents an attractive alternative method to study dendrites, spines as well as synapses in mutant / wild-type mice 10-11 (Figure 1A). Moreover in comparison to the generation of mouse knockouts, IUE represents a rapid approach to perform gain and loss of function studies in specific population of cells during a specific time window. In addition, IUE has been successfully used with inducible gene expression or inducible RNAi approaches to refine the temporal control over the expression of a gene or shRNA 12. These advantages of IUE have thus opened new dimensions to study the effect of gene expression/suppression on dendrites and spines not only in specific cerebral structures (Figure 1B) but also at a specific time point of development (Figure 1C).
Finally, IUE provides a useful tool to identify functional interactions between genes involved in dendrite, spine and/or synapse development. Indeed, in contrast to other gene transfer methods such as virus, it is straightforward to combine multiple RNAi or transgenes in the same population of cells. 
In summary, IUE is a powerful method that has already contributed to the characterization of molecular mechanisms underlying brain function and disease and it should also be useful in the study of dendrites and spines.

Visualization and Genetic Manipulation of Dendrites and Spines in the Mouse Cerebral Cortex and Hippocampus using In utero Electroporation

This article describes in detail a protocol to electroporate in utero the cerebral cortex and the hippocampus at E14.5 in mice. We also show that this is a valuable method to study dendrites and spines in these two cerebral regions.

Visualização e manipulação genética de dendritos e espinhas no córtex cerebral e hipocampo do rato usando<em&gt; In utero</em&gt; Eletroporação

In utero electroporation (IUE) has become a powerful technique to study the development of different regions of the embryonic nervous system 1-5. To date ...

Functional Imaging of Auditory Cortex in Adult Cats using High-field fMRI

Current knowledge of sensory processing in the mammalian auditory system is mainly derived from electrophysiological studies in a variety of animal models, including monkeys, ferrets, bats, rodents, and cats. In order to draw suitable parallels between human and animal models of auditory function, it is important to establish a bridge between human functional imaging studies and animal electrophysiological studies. Functional magnetic resonance imaging (fMRI) is an established, minimally invasive method of measuring broad patterns of hemodynamic activity across different regions of the cerebral cortex. This technique is widely used to probe sensory function in the human brain, is a useful tool in linking studies of auditory processing in both humans and animals and has been successfully used to investigate auditory function in monkeys and rodents. The following protocol describes an experimental procedure for investigating auditory function in anesthetized adult cats by measuring stimulus-evoked hemodynamic changes in auditory cortex using fMRI. This method facilitates comparison of the hemodynamic responses across different models of auditory function thus leading to a better understanding of species-independent features of the mammalian auditory cortex.

Functional studies of the auditory system in mammals have traditionally been conducted using spatially-focused techniques such as electrophysiological recordings. The following protocol describes a method of visualizing large-scale patterns of evoked hemodynamic activity in the cat auditory cortex using functional magnetic resonance imaging.

Imagem Funcional do Cortex Auditivo em gatos adultos usando de alta campo fMRI

Current knowledge of sensory processing in the mammalian auditory system is mainly derived from electrophysiological studies in a variety of animal ...

Simultaneous Detection of c-Fos Activation from Mesolimbic and Mesocortical Dopamine Reward Sites Following Naive Sugar and Fat Ingestion in Rats

This study uses cellular c-fos activation to assess effects of novel ingestion of fat and sugar on brain dopamine (DA) pathways in rats. Intakes of sugars and fats are mediated by their innate attractions as well as learned preferences. Brain dopamine, especially meso-limbic and meso-cortical projections from the ventral tegmental area (VTA), has been implicated in both of these unlearned and learned responses. The concept of distributed brain networks, wherein several sites and transmitter/peptide systems interact, has been proposed to mediate palatable food intake, but there is limited evidence empirically demonstrating such actions. Thus, sugar intake elicits DA release and increases c-fos-like immunoreactivity (FLI) from individual VTA DA projection zones including the nucleus accumbens (NAC), amygdala (AMY) and medial prefrontal cortex (mPFC) as well as the dorsal striatum. Further, central administration of selective DA receptor antagonists into these sites differentially reduce acquisition and expression of conditioned flavor preferences elicited by sugars or fats. One approach by which to determine whether these sites interacted as a distributed brain network in response to sugar or fat intake would be to simultaneous evaluate whether the VTA and its major mesotelencephalic DA projection zones (prelimbic and infralimbic mPFC, core and shell of the NAc, basolateral and central-cortico-medial AMY) as well as the dorsal striatum would display coordinated and simultaneous FLI activation after oral, unconditioned intake of corn oil (3.5%), glucose (8%), fructose (8%) and saccharin (0.2%) solutions. This approach is a successful first step in identifying the feasibility of using cellular c-fos activation simultaneously across relevant brain sites to study reward-related learning in ingestion of palatable food in rodents.

The goal of this study is to identify reward-related distributed brain networks by delineating a reliable immunohistological technique using cellular c-fos activation to measure simultaneous changes in dopamine pathways and terminal sites after novel ingestion of fat and sugar in rats.

Detecção simultânea de c-Fos Ativação de mesolímbico e mesocortical dopamina Sites Recompensa Após Naive açúcar e gordura ingestão em ratos

This study uses cellular c-fos activation to assess effects of novel ingestion of fat and sugar on brain dopamine (DA) pathways in rats. Intakes of sugars ...

Electrophysiological Method for Recording Intracellular Voltage Responses of Drosophila Photoreceptors and Interneurons to Light Stimuli In Vivo

Voltage responses of insect photoreceptors and visual interneurons can be accurately recorded with conventional sharp microelectrodes. The method described here enables the investigator to measure long-lasting (from minutes to hours) high-quality intracellular responses from single Drosophila R1-R6 photoreceptors and Large Monopolar Cells (LMCs) to light stimuli. Because the recording system has low noise, it can be used to study variability among individual cells in the fly eye, and how their outputs reflect the physical properties of the visual environment. We outline all key steps in performing this technique. The basic steps in constructing an appropriate electrophysiology set-up for recording, such as design and selection of the experimental equipment are described. We also explain how to prepare for recording by making appropriate (sharp) recording and (blunt) reference electrodes. Details are given on how to fix an intact fly in a bespoke fly-holder, prepare a small window in its eye and insert a recording electrode through this hole with minimal damage. We explain how to localize the center of a cell's receptive field, dark- or light-adapt the studied cell, and to record its voltage responses to dynamic light stimuli. Finally, we describe the criteria for stable normal recordings, show characteristic high-quality voltage responses of individual cells to different light stimuli, and briefly define how to quantify their signaling performance. Many aspects of the method are technically challenging and require practice and patience to master. But once learned and optimized for the investigator's experimental objectives, it grants outstanding in vivo neurophysiological data.

Electrophysiological Method for Recording Intracellular Voltage Responses of Drosophila Photoreceptors and Interneurons to Light Stimuli In Vivo

Sharp microelectrodes enable accurate electrophysiological characterization of photoreceptor and visual interneuron output in living Drosophila. Here we show how to use this method to record high-quality voltage responses of individual cells to controlled light stimulation. This method is ideal for studying neural information processing in insect compound eyes.

Método eletrofisiológico para respostas gravação intracelular de tensão<em&gt; Drosophila</em&gt; Fotorreceptores e Interneurônios à luz Estímulos<em&gt; In Vivo</em

Voltage responses of insect photoreceptors and visual interneurons can be accurately recorded with conventional sharp microelectrodes. The method ...

A Free-breathing fMRI Method to Study Human Olfactory Function

The study of human olfaction is a highly complex and valuable field with applications ranging from biomedical research to clinical evaluation. Currently, evaluation of the functions of the human central olfactory system with functional magnetic resonance imaging (fMRI) is still a challenge because of several technical difficulties. There are some significant variables to take into account when considering an effective method for mapping the function of the central olfactory system using fMRI, including proper odorant selection, the interaction between odor presentation and respiration, and potential anticipation of or habituation to odorants. An event-related, respiration-triggered olfactory fMRI technique can accurately administer odorants to stimulate the olfactory system while minimizing potential interference. It can effectively capture the precise onsets of fMRI signals in the primary olfactory cortex using our data post-processing method. The technique presented here provides an efficient and practical means for generating reliable olfactory fMRI results. Such a technique can ultimately be applied in the clinical realm as a diagnostic tool for diseases associated with olfactory degeneration, including Alzheimer&#39;s and Parkinson&#39;s disease, as we begin to further understand the complexities of the human olfactory system.

We present the technical challenges and solutions for obtaining reliable functional magnetic resonance imaging (fMRI) data from the human central olfactory system. This includes special considerations in olfactory fMRI paradigm design, descriptions of fMRI data acquisition with an MRI-compatible olfactometer, odorant selection, and a special software tool for data post-processing.

Um método de fmRI de respiração livre para estudar a função olfativa humana

The study of human olfaction is a highly complex and valuable field with applications ranging from biomedical research to clinical evaluation. Currently, ...

Combined Transcranial Magnetic Stimulation and Electroencephalography of the Dorsolateral Prefrontal Cortex

Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a non-invasive method that produces neural excitation in the cortex by means of brief, time-varying magnetic field pulses. The initiation of cortical activation or its modulation depends on the background activation of the neurons of the cortical region activated, the characteristics of the coil, its position and its orientation with respect to the head. TMS combined with simultaneous electrocephalography (EEG) and neuronavigation (nTMS-EEG) allows for the assessment of cortico-cortical excitability and connectivity in almost all cortical areas in a reproducible manner. This advance makes nTMS-EEG a powerful tool that can accurately assess brain dynamics and neurophysiology in test-retest paradigms that are required for clinical trials. Limitations of this method include artifacts that cover the initial brain reactivity to stimulation. Thus, the process of removing artifacts may also extract valuable information. Moreover, the optimal parameters for dorsolateral prefrontal (DLPFC) stimulation are not fully known and current protocols utilize variations from the motor cortex (M1) stimulation paradigms. However, evolving nTMS-EEG designs hope to address these issues. The protocol presented here introduces some standard practices for assessing neurophysiological functioning from stimulation to the DLPFC that can be applied in patients with treatment resistant psychiatric disorders that receive treatment such as transcranial direct current stimulation (tDCS), repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS), magnetic seizure therapy (MST) or electroconvulsive therapy (ECT).

The protocol presented here is for TMS-EEG studies utilizing intracortical excitability test-retest design paradigms. The intent of the protocol is to produce reliable and reproducible cortical excitability measures for assessing neurophysiological functioning related to therapeutic interventions in the treatment of neuropsychiatric diseases such as major depression.

Estimulação magnética transcraniana combinada e Eletroencefalografia do córtex pré-frontal Dorsolateral

Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a non-invasive method that produces neural excitation in the cortex by means of brief, time-varying magnetic ...

Conducting Concurrent Electroencephalography and Functional Near-Infrared Spectroscopy Recordings with a Flanker Task

Concurrent EEG and fNIRS recordings offer an excellent opportunity to gain a full understanding of the neural mechanism of cognitive processing by inspecting the relationship between the neural and hemodynamic signals. EEG is an electrophysiological technology that can measure the rapid neuronal activity of the cortex, whereas fNIRS relies on the hemodynamic responses to infer brain activation. The combination of EEG and fNIRS neuroimaging techniques can identify more features and reveal more information associated with the functioning of the brain. In this protocol, fused EEG-fNIRS measurements were performed for concurrent recordings of evoked-electrical potentials and hemodynamic responses during a Flanker task. In addition, the critical steps for setting up the hardware and software system as well as the procedures for data acquisition and analysis were provided and discussed in detail. It is expected that the present protocol can pave a new avenue for improving the understanding of the neural mechanisms underlying various cognitive processes by using the EEG and fNIRS signals.

The present protocol describes how to perform concurrent EEG and fNIRS recordings and how to inspect the relationship between the EEG and fNIRS data.&#160;

Realização de Eletroencefalografia simultânea e gravações de espectroscopia quase infravermelha funcional com uma tarefa flanker

Concurrent EEG and fNIRS recordings offer an excellent opportunity to gain a full understanding of the neural mechanism of cognitive processing by ...

Isolation of Adult Human Astrocyte Populations from Fresh-Frozen Cortex Using Fluorescence-Activated Nuclei Sorting

The complexity of human astrocytes remains poorly defined in primary human tissue, requiring better tools for their isolation and molecular characterization. Fluorescence-activated nuclei sorting (FANS) can be used to successfully isolate and study human neuronal nuclei (NeuN+) populations from frozen archival tissue, thereby avoiding problems associated with handling&#160;fresh tissue. However, efforts to similarly isolate astroglia from the non-neuronal (NeuN-) element are lacking. A recently developed and validated immunotagging strategy uses three transcription factor antibodies to simultaneously isolate enriched neuronal (NeuN+), astrocyte (paired box protein 6 (PAX6)+NeuN-), and oligodendrocyte progenitor (OLIG2+NeuN-) nuclei populations from non-diseased, fresh (unfixed) snap-frozen&#160;postmortem human temporal neocortex tissue.
This technique was shown to be useful for the characterization of cell type-specific transcriptome alterations in primary pathological epilepsy neocortex. Transcriptomic analyses confirmed that PAX6+NeuN- sorted populations are robustly enriched for pan-astrocyte markers and capture astrocytes in both resting and reactive conditions. This paper describes the FANS methodology for the isolation of astrocyte-enriched nuclei populations from fresh-frozen human cortex, including tissue dissociation into single-nucleus (sn) suspension; immunotagging of nuclei with anti-NeuN and anti-PAX6 fluorescently conjugated antibodies; FANS gating strategies and quality control metrics for optimizing sensitivity and specificity during sorting and for confirming astrocyte enrichment; and recommended procurement for downstream transcriptome and chromatin accessibility sequencing at bulk or sn resolution. This protocol is applicable for non-necrotic, fresh-frozen, human cortical specimens with various pathologies and recommended postmortem tissue collection within 24 h.

We have developed a method that enriches for and isolates human astrocyte populations from fresh-frozen tissue for use in downstream molecular analyses.