FMRI ile Aware ve habersiz Korku Bellek Nöral Mekanizmalar araştırılması

Özet

Korku klima sırasında bilinçli ve farkında bellek süreçleri destekleyen nöral mekanizmalarını araştırmak için bir metodoloji açıklanmaktadır. Bu yöntem, bağımlı kandaki oksijen seviyesini (BOLD) işlevsel manyetik rezonans görüntüleme, deri iletkenliği yanıt ve farklı bellek süreçlerinin sinirsel değerlendirmek Pavlovyan korku Klima sırasında koşulsuz uyaran beklentisi izler.

Özet

Pavlov korku klima genellikle çağrışımsal öğrenme ^1-5 nöral substratları araştırmak için insanlarda fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme (fMRI) ile birlikte kullanılır. Bu çalışmalarda, beyin aktivitesinde oluşan farklılıklara öğrenme-ilişkili ve insan davranışı ile ilişkili olduğunu doğrulamak için klima davranışsal kanıt sağlaması önemlidir.

Öğrenme ve hafıza ^6-8 göstergesi olarak; Korku klima çalışmalar genellikle otonom cevapları (SCR örneğin deri iletkenliği yanıt) izlemek. Buna ek olarak, diğer davranışsal tedbirler klima etkileyen öğrenme süreci ve / veya diğer kognitif fonksiyonları hakkında değerli bilgiler sağlayabilir. Örneğin, etki koşulsuz uyaran (UCS) beklentileri şartlı yanıt (CR) ve koşulsuz yanıt (UCR) ifadesi üzerinde birçok son çalışmalarda ^9-14 ilgi bir konu olmuştur. SCR ve UCS beklentisi saat ölçerave son farkında ve habersiz korku öğrenme ve bellek süreçleri ¹⁵ nöral substratları araştırmak için fMRI ile birlikte kullanılmaktadır. Bu bilişsel süreçlerin Klima oturumunun ardından bir dereceye kadar değerlendirilebilir olsa da, post-condition değerlendirmeler deneme-to-deneme olarak beklentilerini ölçmek ve sonuç ^16,17 deforme olabilir girişime duyarlıdır ve unutma, yanı sıra diğer faktörler olamaz .

FMRI ile eşzamanlı otonomik ve davranışsal tepkilerin izlenmesi bilişsel süreçler ve davranış / otonomik yanıtları arasındaki karmaşık ilişkileri arabuluculuk nöral substratlar değerlendirilebilir hangi bir mekanizma sağlar. Ancak, MRI ortamında otonomik ve davranışsal tepkilerin izlenmesi pratik sorunları bir dizi oluşturmaktadır. Özellikle, 1) standart davranışsal ve fizyolojik izleme ekipmanları güvenle MR SCA yakınında kullanılamaz demir malzemeden yapılmıştırnner, 2) Bu cihaz MR tarama odasının dışına yerleştirilen zaman, konuya projelendirme kabloları) beyin görüntüleri, 3 eserler üreten RF paraziti taşıyabilir eserler, tarama sırasında anahtarlama gradyenti deri iletkenlik sinyali içinde imal edilebilir 4) davranışsal tepkilerin motor talepleri tarafından üretilen fMRI sinyal ilgi bilişsel süreçlerle ilgili faaliyeti ayırt edilmesi gerekebilir. Bu sorunların her fizyolojik izleme ekipmanları ve ek veri analizi prosedürleri kurulum değişiklikler ile çözülebilir. Burada aynı anda fMRI sırasında otonom ve davranışsal yanıtları izleyebilir ve korku klima sırasında bilinçli ve farkında bellek süreçleri araştırmak için bu yöntemlerin kullanımını göstermek için bir metodoloji sunmak.

Protokol

1. Psikofizyoloji

Biopac Systems, Inc fizyolojik izleme sistemi (özel ekipman bkz. Tablo) En görüntüleme tesislerinde standart dışı ekipman olduğunu. (Şekil 1) bu protokolü açıklanan fizyolojik izleme ve diğer ekipman kurmak için katılımcı varıştan önce 15-30 dakika programlayın.

1. Bir standart Ethernet crossover kablo (CBLETH2) kullanarak bir kontrol odası bilgisayar işletim AcqKnowledge (Biopac Systems, Inc) Biopac MP150 (MP150WSW) fizyolojik izleme yazılımı kurun.
2. Bir DB25 M / F şerit kablo kullanarak yazılım, bir kontrol odasında bilgisayar işletim Sunum (Albany, CA nörodavranışsal Systems, Inc) Biopac İzole Digital Interface (STP100C) bağlayın.
3. Blendajlı uzatma kablosu (MECMRI-3) kullanılarak kontrol odası içindeki RF parazit filtresi (MRIRFIF) için Biopac GSR amplifikatör (EDA-100C-MRI) bağlayın.
4. Bir shielde için RF parazit filtresi (MRIRFIF) bağlayınMRI tarama odasının içindeki d uzatma kablosu (MECMRI-1).
5. Radyo saydam elektrotlar (EL508) takmak karbon fiber kurşun teller (KURŞUN 108) için blendajlı uzatma kablosu bağlayın. Not: sıkı bir spiral kabloları Bükme tarama sırasında oluşturulabilir deri iletkenlik verileri eserler azaltır.
6. Katılımcının sol elinin orta ve yüzük parmaklarının distal falanks radyo saydam elektrotlar (EL508) takın.
7. Ekipman tarama doğası nedeniyle, MRG odasına oda sıcaklıkları genellikle 21 ° C'nin altında ayarlandığında El sıcaklığını korumak için bir battaniye ile katılımcı örtün.

2. Davranış Yanıtları (Joystick)

1. USB-mini kablo kullanarak; kolunun fORP Arayüz Ünitesi (Philadelphia, PA Mevcut Tasarımlar, Inc), bir kontrol odasında bilgisayar işletim Sunum yazılımı (Albany, CA nörodavranışsal Systems, Inc) bağlayın.
2. FORP Arayüz Ünitesi w için bir fiber optik kablo bağlayınkontrol odası ithin sonra MRG odasına bir dalga kılavuzu ile kablo geçmektedir.
3. MR uyumlu joystick fiber optik kablo bağlayın.
4. Doğrudan katılımcıların rahat ve kolay ulaşmak pozisyonda joystick'e yerleştirmek için.

3. Stimulus Sunum

1. IFIS-SA (Invivo Corp, Orlando, FL) kontrol odası konsolu (Şekil 1) harici VGA ve ses portları için bir kontrol odasında bilgisayar işletim Sunum yazılımı kurun.
2. IFIS kontrol odası konsol ve IFIS Peripheral Interface Birimi MRG odasının içindeki yanı sıra Peripheral Interface Ünitesi ve Görsel / İşitsel Ekran Ünitesi arasındaki bağlantıları arasındaki fiber optik kablo bağlantılarını kontrol edin.
3. Katılımcı kafa bobini bağlı bir ayna aracılığıyla monitör görüntüleyebilirsiniz böyle kafa bobini arkasında Görsel / İşitsel Ekran Ünitesi yerleştirin.
4. IFIS sisteme Görsel / İşitsel Ekran Ünitesi akustik arayüz kutusu bağlayınVinil hortum kullanarak 's MR-uyumlu stereo kulaklık.
5. Bir ses basınç seviyesi ölçer kullanılarak işitsel uyaran hacmini kalibre edin.

4. Deneysel Prosedür

1. 2 ton çalışma sırasında birkaç kez sunulacağını ve tonları hacmi üstünde ve altında onların algısal eşiği (Şekil 2) değişir katılımcıların bilgilendirin.
2. Ya sesini duyduktan sonra hemen joystick kutusu üzerinde bir düğmeye basmak Direkt katılımcılar, daha sonra 0 ile 100 ölçekte bir derecelendirme çubuğu (Şekil 3) konumunu kontrol etmek için joystick'i hareket ettirerek UCS alma onların beklenti güncellemek için.
3. 0 ile 100 arasında sürekli bir ölçekte kendi UCS beklentisi derecelendirmek için katılımcılara söyleyin. 0 değerlendirme onlar 50 puan onlar UCS sunulacak olmadığını kesin olarak gösteriyor, ve 100 puan onlar UCS sunulacak kesin belirtmek, UCS sunulan olmayacak kesin gösteriyor ki onları bilgilendirin. Doğrudan particip ara beklentilerini belirtmeleri ölçekte diğer değerleri kullanmak için karıncalar. Sonra, katılımcılar arasından yapmak için joystick'i kullanarak uygulama sağlar.
4. Klimalı uyaranlara (CS) ve UCS gibi yüksek bir beyaz gürültü (100dB, 500ms) olarak 2 ton (20s ITI;; 10s süresi 700 ve 1300 Hz) kullanarak bir diferansiyel korku klima prosedür katılımcıların açığa çıkarın.
5. CS + (UCS ile coterminating) ve CS-(UCS olmadan sunulan) aynı CS fazla 2 çalışmalarda ardışık sunulmaktadır böyle bir yalancı rasgele sırayla 60 çalışmaların bugünkü 60 denemeleri.
6. Denkleştirme CS + ve katılımcılar CS-across olarak hizmet tonları.
7. CS + ve CS-bağımsız hacim modüle eder. Aynı CS Duruşma CS ses seviyesini ayarlayın. Bir düğmeye basın (algılanan bir yargılamanın ardından yani) yapılmış ise CS hacmi 5dB azaltın. Bir düğmeye basın (bir anlaşılmamış davası sonrasında yani) yapılan değilse ses 5dB artırın.

ve_title "> 5. Tarama Prosedürü

1. Fonksiyonel verileri için anatomik bir referans olarak hizmet standardı yüksek çözünürlüklü T1 ağırlıklı yapısal görüntüleri (örn. MPRAGE) toplayın.
2. Klima işlem sırasında tüm beyin BOLD fMRI toplayın. Otuz altı, 4mm kalınlığında dilimler nispeten standart görüntüleme parametreleri (örneğin, TR = 2000ms, TE = 30ms, FOV = 24cm, 64x64 matris) ile beyin karşılamak için yeterli olmalıdır. FMRI tetikleyici kutusunu kullanarak uyaran sunum fMRI edinimi eşitleyin.

6. SCR Veri Toplama ve Analizi

1. AcqKnowledge yazılım ve 1. bölümde açıklanan MR uyumlu Biopac fizyolojik izleme sistemi kullanılarak 2.000 Hz'de örnek deri iletkenliği.
2. (Bkz. Şekil 4) görüntüleme sırasında üretilen eserler azaltmak için deri iletkenlik verileri için 1 Hz Sonsuz darbe yanıtlı (IIR) alçak geçiren sayısal filtre uygulayın.
3. 250 Hz'de deri iletkenliği veriler tekrar örneklenir.
4. SCR Hesaplayanıtı başlangıcından yanıtı tepe deri iletkenlik seviyesi fark olarak.
5. SCR verilerin istatistiksel analizi öncesinde yanıtı genliklerinin dağılımı normale dönüştürülmüş karekök olabilir.

7. UCS Beklentisi Veri Toplama ve Analizi

1. Sunum yazılımı kullanılarak örnek (40 Hz) ve kayıt UCS beklentisi verileri.
2. CS sunumun son saniye boyunca ortalama (1s örnek) tepki olarak UCS beklentisi hesaplayın.

8. Fonksiyonel MR Veri Toplama ve Analizi

1. Bir fonksiyonel görüntüleme analiz yazılım paketi (örneğin AFNI ¹⁸⁾ kullanarak beyin görüntüleme verileri (örneğin, dilim zamanlama düzeltme, görüntü kaydı, düzlemsel yumuşatma) komple standart önişleme.
2. CS + ve CS-, hem de UCS algılanan ve anlaşılmamış denemeleri için standart sıkıntı (hareket) ve uyarıcı bazlı regresyonu oluşturur.
3. Bir motor yanıtı tabanlı r oluşturmareferans noktası düğmesine basın yanıtları ile ilgili motor aktivite için hesap için bir sıkıntı regresör olarak hizmet dalga.
   1. Bir sopa işlevi oluşturma düğmesine basın yanıtları zamanlaması için kodlar.
   2. Kurallı hemodinamik tepki fonksiyonu (İHK) ile düğmeye basın sopa işlevi Convolve.
4. Joystick yanıtları ile ilgili motor aktivitesi için hesabınıza bir sıkıntı regresör olarak hizmet motor yanıtı tabanlı referans dalga oluşturun.
   1. Bir sopa işlevi oluşturun UCS beklentisi derecelendirme eğim değişiklikleri (örneğin eğim mutlak değer> 10) zamanlaması için kodlar.
   2. Kanonik İHK ile joystick yamaç sopa işlevi Convolve.
5. Tüm uyaran tabanlı ve sıkıntı Regresör kullanarak ilk düzey analizler gerçekleştirin.
6. Bir ikinci düzey gerçekleştirin aktivasyon CS tipi, bir algı ana etkisi, ya da bir ana etkisi gösterir bölgelerini belirlemek amacıyla tekrarlanan ölçümler için ANOVACS tipi X algı etkileşimi.

9. Temsilcisi Sonuçlar:

Metodolojisi algılanan CS-denemeler (Şekil 5) ^10,15,19 sırasında algılanan CS + denemeler ve düşük değerlendirme esnasında nispeten yüksek UCS beklentisi değerlendirme burada tipik sonuçlarını sundu. Bu sonuçlar katılımcıların CS-UCS yükümlülükler farkında olduklarını gösterir. Anlaşılmamış denemeleri üzerinde, UCS beklentisi değerlendirme genellikle pre-CS yorumu değişmeden kalır. 50 belirten katılımcılar UCS ^10,15,19 (Şekil 5) sunulacak olup olmadığı konusunda emin yakınındaki bu anlaşılmamış CS + ve CS-denemeler UCS beklentileri genellikle düşer. Anlaşılmamış CS + ve diferansiyel UCS beklentisi yorumu üretmek için bu yetersizlik katılımcıların anlaşılmamış Klima denemeler (Şekil 6), ihtimal farkındalık ifade edemiyoruz CS-gösterir. Buna karşılık, SCR öğrenme ile ilgili değişiklikler algılanan ve klima tr anlaşılmamış hem sırasında gözlenmiştir IALS ^10,15,19. Özellikle, SCR algılanan CS büyüktü + algılanan daha CS-. Benzer bir şekilde, daha büyük bir SCR'ler sırasında ortaya konmuştur anlaşılmamış CS + anlaşılmamış göre CS-denemeler ^10,15,19 (Şekil 6). Birlikte ele alındığında, bu davranışsal ve otonomik veriler anlaşılmamış denemeler acil farkında olmadan algılanan denemeler kontenjan bilinci ile korku klima, korku ve klima göstermektedir. Bu metodoloji kullanılarak fonksiyonel görüntüleme araştırması algılanan ilgili öğrenme ile ilgili hipokampal aktivasyon gösterdi, ama klima denemeler ¹⁵ (Şekil 7) anlaşılmamış değil. Buna karşılık, diferansiyel amigdala etkinliği algılandığı ve klima denemeleri ¹⁵ anlaşılmamış hem gözlenmiştir. Bu bulgular amigdala bilinci olan ve olmayan CR ifade destekler iken hipokampus, kontenjan farkındalık ilgili süreçler desteklediği görüşü ile uyumlu bulunmuştur.

/ 3083/3083fig1.jpg "alt =" Şekil 1 "/>
Şekil 1. Uyaran sunum ve psikofizyolojik / davranışsal yanıt denetimi için temel donanımının diyagramı. Sunum yazılımı görsel-işitsel uyaranlara ve sağ eli ile bir joystick hareket tarafından yapılan monitör UCS beklentisi değerlendirme sunmak için kullanılır. AcqKnowledge yazılım ve donanım Biopac sol gelen deri iletkenliği izlemek için kullanılır. Katı (Biopac), tek (IFIS Görsel-İşitsel) kesikli ve çift kesik çizgi (Fiber optik joystick) farklı uyarıcı sunum ve tepki izleme sistemleri için kablolar betimliyor. Siyah oklar bilgi akışının yönünü gösterir.

Şekil 2. Şartlanmış Uyaranlar. CS + ve CS-aynı CS fazla 2 çalışmalarda ardışık sunulmaktadır böyle bir yalancı rasgele sırayla. Günümüze CS + ve CS-bağımsız hacim değişir. CS algılanan Eğer (Bir düğmeye basın) ile gösterilir, aynı CS Duruşma CS ses 5dB azaltın. CS (herhangi bir düğmeye basın tarafından gösterilen) anlaşılmamış ise, aynı CS Duruşma CS ses 5db yükseltmek.

Şekil 3. UCS beklentisi değerlendirme ölçeği. Bir 0 100 ölçekli UCS sunum beklentilerini derecelendirmek katılımcılara söyleyin. UCS sunulan olmayacak 0 Oy kesinlik gösteren, 100 puan UCS sunulacak kesinlik göstermektedir ve 50 puan UCS sunulacak olup olmadığı konusunda belirsizlik yansıtmaktadır. Orta değerlendirme UCS beklentisinin geçişleri göstermek için kullanılmalıdır.

Şekil 4. Ham ve filtrelenmiş deri iletkenlik verilerinin karşılaştırılması. a) Ham deri iletkenlik verileri fMRI toplanmıştır. b) Deri iletkenlik verilerinin ardından uygulamayıBir 1Hz IIR alçak geçiren filtrenin lication.

Şekil 5. UCS beklentisi değerlendirme. -Katılımcılar genellikle algılanan CS-denemeler algılanan CS + denemeler ve düşük beklentileri yüksek UCS beklentileri rapor. Anlaşılmamış CS + ve CS-denemeler UCS beklentileri farklılık yok.

Şekil 6. UCS beklentisi ve SCR. UCS süresindeki farklılıklar genellikle algılanan CS + ve CS-denemeler belirten katılımcılar canlandırma şarta farkında gözlenmektedir. Anlaşılmamış denemeleri üzerinde, UCS beklentisi değerlendirme genellikle katılımcıların acil farkındalık ifade edemiyoruz belirten farklılık yok. Buna karşılık, klimalı SCR'ler farklılıklar genellikle hem algılanan ve anlaşılmamış klima çalışmalarda gözlenmiştir. Bu bulgular ile öğrendim korku ifadesi yansıtıyor (yani on denemelerdeki algılanan) ve (yani anlaşılmamış denemeler) acil farkında olmadan.

Şekil 7. Fonksiyonel hipokampusun MR ve amigdala. Hipokampal yanıtları genel olarak algılanan CS-ziyade CS + göre daha büyüktür, fakat kurutma denemeler anlaşılmamış değildir. Diferansiyel amigdala tepkiler genellikle hem algılanan ve anlaşılmamış klima çalışmalarda gözlenmiştir. Bu bulgular amigdala bilinci olan ve olmayan korku ifadesi destekler iken hipokampus, kontenjan farkındalık ilgili süreçler desteklediği görüşü ile uyumlu bulunmuştur.

Tartışmalar

Burada anlatılan korku Klima metodolojisi farkında ve habersiz korku bellek süreçlerinin nöral mekanizmalarını araştırmak için bir araç sağlar. Bu yöntem, davranışsal otonomik ve fMRG verilerin eş zamanlı olarak izlenmesi yararlanır. Davranışsal (yani UCS beklentisi) ve otonomik yanıtların izlenmesi (yani SCR) bu yöntem önemli bir bileşenidir. SCR CR ifade indeksi sağlarken UCS beklentisi, olumsallık farkındalığının değerlendirilmesi için bir araç sağlar. Birlikte, bu davranışsal ve...

Malzemeler

Name	Company	Catalog Number	Comments
Ekipman	Şirket	Ürün numarası
Entegre Fonksiyonel Görüntüleme Sistemi (IFIS-SA)	Invivo Corp, Orlando, FL
Ana Kontrol Ünitesi (kontrol odasında bulunan) Periferik Arayüz Ünitesi (MRG odasında bulunan) Görsel / İşitsel Ekran Ünitesi (MRG odasında bulunan), içerir: 6.4 "(çapraz) LCD video ekranı 640 x 480 çözünürlük ve görüş 15 ° alanı akustik arayüz kutusu stereo pnömatik ses sunar MR-uyumlu stereo kulaklık
FİZYOLOJİK İZLEME SİSTEMİ	Biopac Systems, Inc, Goleta, CA
Veri AcquisitWindows için iyon ve Analiz Sistemi (MP150) İzole Digital Interface (Dijital Arayüz) Galvanik Deri Cevabı (GSR) Amplifikatör MRG Kablo / Dönüştürücü Amplifikatör set Filtre Sistemi, şunları içerir: MRG uzatma kablosu (Odası filtre) RF parazit filtresi MRG uzatma kablosu (GSR amplifikatör filtre) Ek bileşenler: DB25 M / F ribbon kablosu Tek radiotranslucent elektrotlar Karbon fiber açar		MP150WSW STP100C EDA100C-MR MECMRI-TRANS - MECMRI-1 - MRIRFIF - MECMRI-3 CBL110C EL508 LEAD108
JOYSTICK	Mevcut Tasarımlar, Inc, Philadelphia, PA
Legacy Joystick		HH-JOY-4
Legacy fORP Arayüz		FIU-005