JFXD, Sağlık, York Üniversitesi ve yazar Fakültesi&#39;ne Ulusal Bilim ve Mühendislik Araştırma Konseyi (NSERC) tarafından finanse edilen SO Ontario Kumar Sorunu Araştırma Merkezi (OPGRC) tarafından Doktora fon vardır.

1. MRG Oda girme önce <ol><li> Katılımcılar bütün deneysel riskler (örneğin kalp pili, klostrofobi, metalik implantlar, gebelik şansı, vb) ve onların katılımı yararları açıklayan bir rıza formu doldurunuz. </li><li> Tüm katılımcılar MRG güvenlik ve tarama anketi (kısa öykü, cerrahi önceki prosedürler vb) kontrendikasyonlar Katılımcılar ekarte edilmelidir doldurmaları gerekmektedir. </li></ol> 2. Görev Bakış ve Eğitim <ol><li> Anti-sakkaddan üzerinde görev performansı konusunda eğitim verilmesi. <ol><li> Yeşil fiksasyon yanlısı bir sakkaddan deneme gösterir. 8-10 ° görsel bir açıyla, ekranın çevresinde görülen hedefe bakmak katılımcıların söyleyin. </li><li> Kızıl fiksasyon bir anti-sakkaddan deneme gösterir. 8-10 ° (örneğin doğru hedef için görsel bir açıyla, ekranın çevresinde görünen hedef ayna karşısında bakmak katılımcı bilgilendirin, th için sabırsızlanıyoruze) bıraktı. </li></ol></li><li> Tarayıcı dışında duygusal Stroop için görev performansı konusunda eğitim verilmesi. <ol><li> Tarayıcı dışında bir bilgisayarda yüz kelime ifadeleri farklı kombinasyonları ile 15 pratik çalışmalarda bulunmaktadır. Katılımcıların görevi öğrenmek ve MRI tarayıcı uygun düğmeye basarak onları ne beklendiğini için uygulama amacı budur. Hangi düğmelerin mutlu bir ifade / sözcük, doğal bir ifade / kelime ve üzgün ifadesi / kelime raporlama basılırsa olarak katılımcıların söyleyin. Ayrıca, ne zaman tarayıcı içinde, her düğme temsil eden duygu katılımcılara hatırlatmak. </li><li> Ifadeler (Sad, Doğal, Mutlu) gösteren Açıklayıcı kelimeler tek tek yüzleri fotoğraflarınız üzerinde üst üste. Bu sözler ya uyumlu veya resim (Şekil 1) yüz tasvir duygu ile uyuşmayan vardır. Rep birine katılımcıların hatırlatan ekranda bir yazılı talimat ile her tarama başlayınMümkün ilgili düğmeye hızlı bir şekilde basarak &quot;FACE İFADE (üzgün, nötr, mutlu)&quot; veya &quot;YAZILI WORD (üzgün, nötr, mutlu)&quot; ort. </li><li> Talimat katılımcılar başka bir 1 saniye sabitlenmiş bir fiksasyon çapraz, ardından 1 saniye süreyle ekranda gösterilir. Fiksasyon çapraz 2 saniye yanıt görüntüyü izledi 250 milisaniye sonra sunulacak yüz uyaranlar tarafından takip edilir. Yanıt görüntü katılımcıların uygun düğmeye basarak verdikleri yanıtlara bildirmek için zaman vermek için kullanılır. Fiksasyon çapraz sonraki görsel sunum bu yanıtı görüntünün sonunda başlar. Her katılımcı iki komut grubu (yani yüz ifadesi VEYA yazılı kelime) birinde deneysel tarama tekrarlar. Tüm uyarılara oluşturulan ve Tanıtım 12.1 (kullanarak sunuldu <a href="http://www.neurobs.com" target="_blank">www.neurobs.com</a> ). </li></ol></li></ol> 3. Tarayıcı ve Göz Takip Kurulumu <ol><li> BEğin deney kurmak, bir dijital projektör ile MRG ekrana odaklanmış bir görüntü olarak bilgisayar uyaran yansıtarak başlar. </li><li> Katılımcılar kontrol odasında kendi sandalyeden kalkmak ve tarayıcı odaya girmesi istenir. Kulak tıkacı ve / veya kafa telefonları verilmektedir ve konuları kendi kulakları kanalları koyun. <ol><li> Konu başlığı bobininin merkezine baş pozisyonu ile sırtüstü yatıyor. Biz veri kaybı nedenleri tarama sırasında kafa hareketi beri baş hareketleri kısıtlayan onları mümkün olduğu kadar rahat değil, aynı zamanda yardımcısı yapmak için yastık ya da köpük ekler ile katılımcının vücut ve baş pozisyonu stabilize. Kafa hareketleri her yöne 1 mm daha büyüktür Hele. </li><li> Katılımcının başının üzerine yerleştirin headcoil / kaydırın ve projektörün ekrana yansıtan ayna görmek için dosdoğru bakarken onların başkanı olarak rahatlıkla mümkün eğilme var. Gözleri p olarak birincil konuma olduğunca yakın olmalıiki saat kadar sürebilir tarama oturumu üzerinden katılımcının konforu sağlamak amacıyla 8 ossible. </li></ol></li><li> Onlar tarayıcıya bir kez yansıtılan görüntünün odağını nasıl katılımcı sorun. O keskin değilse, ekrandaki görüntüyü iyileştirmek için objektif yeniden ayarlayın. </li><li> Eyetracker şimdi IRED kameraya doğru konumda olduğundan emin olmak için bir kalibrasyon ile test edilir. Kornea üzerinde yansıma ideal bir ya da düzgün çalışmıyor ise, IRED kaynak ayarlanması gerekir, ya da katılımcının baş pozisyonu yakın IRED kaynağı yansıtan ayna realigned / ayarlanması gerekir. Katılımcının kafasını ayarlandı ise daha doldurma / köpük veya yastık Bu kafa / vücut konumunu korumak için ihtiyaç halinde, konu isteyin. Monitör tarama ve kızılötesi göz izleme (yani Sensomotoric Instruments, Needham / Boston, MA) kullanarak kayıt katılımcıların yatay ve dikey göz pozisyonları sırasında ve davranışsal paradigma wh ile bu korelasyontr beyin aktivitesini analiz. 5,7 </li></ol> 4. Tarama Yöntemleri <ol><li> Katılımcının kendi sol el de karın ve sağ elinde joystick / düğmesine kutusunda acil iletişim sıkmak topu yerleştirin. Kafa yakın sağ tarafında bir E vitamini kapsülü yerleştirin. Bu, belirli bir hata yapacak anatomik taramalarında görüntülenebilir olacaktır soldan sağa görüntüleri çevirmek olmaz. MR merkezi haline yatak kaldırın ve kaydırın. </li><li> Deneyciler tüm MRG odayı terk edin ve MRG için kapıyı kapatın. </li><li> Kontrol odasında interkom aracılığıyla katılımcı iletişim ve tarama başlamak için hazır ve mümkün olduğu kadar rahat olduğunu onaylayın. Eğer değilse, gerektiği gibi yeniden ayarlamak. </li><li> Tarayıcıya sesleri yüksek olacak ve bu normal olduğunu katılımcı hatırlatın. <ol><li> İlk tarama lokalize / veya kesin reçete edebilmek için sagital bölge boyunca birkaç beyin görüntüleri toplartam anatomik ve fonksiyonel veri dilim ientation. Katılımcılar bu tarama birkaç dakika sürecektir anlatılıyor. </li><li> Deneyciler Localizer tarama sonuçlarını görüntülemek sonra, biz tüm beyin kapağı anatomik dilim bir dizi reçete. Biz olgularımızda genellikle tüm beyin (170-256 dilim) kapsayacak eksenel eğik dilim tarayın. Bu tarama dilim reçete sayısına bağlı olarak 10 yaklaşık 6 dakika süreceğini katılımcı söyle. Bazı durumlarda anatomik tarama fonksiyonel taramalar sonra yapılabilir. İkincisi bazı avantajları vardır; genellikle uzun deneylerde deneklerin yorgunluk yaşayacaksınız. Onların gözlerini kapatabilir böylece Böylece, anatomik tarama bireyler tarafından hiç dikkat gerektirmektedir. Bu görüntüleme oturumun sonunda bu taramalar yapmak yararlı olabilir. </li><li> Anatomik taramaları tamamlandıktan sonra katılımcı mikrofon üzerinden iletişim yoluyla yaklaşan Belirli tarama talimatları hatırlatılır/ Hoparlör sistemi. </li></ol></li><li> Bu örnekte, bir sözde olaya ilişkin tasarım 2 duygusal Stroop görevi aktive beyin bölgeleri tanımlamak için kullanılır, ancak gerektiğinde herhangi bir duyusal, iç algı 9 veya motor uyaran 10 kullanım için yönlendirilmiş olabilir. Bu tarandıktan sonra sonra biz anti-sakkaddan paradigma sonraki taranacak olacağı konusu talimat verir. Seçilen görüntüleme parametreleri bağlı tarama 6 dakika uzunluğunda yakın olacaktır. Biz bu uykuya konular neden daha uzun tarar bulabilirsiniz. </li><li> Toplam görüntüleme aktif analizi için gerekli toplam taramalar bağlı olarak, 120 dakika için yaklaşık 60 alır. </li></ol> 5.. fMRI Analizi <ol><li> BrainVoyager QX yazılım (veya AFNI veya SPM gibi herhangi bir analiz paketi) kullanarak verileri analiz edin. </li><li> Anatomik beyin görüntüleri üzerine işlevsel verilerin istatistiksel haritalar atma başlayın. Fonksiyonel (RO ilgi beyin bölgeleri tanımlamak) Taramaları 2 iki tip sırasında görev koşullarının her biri için ayrı belirleyiciler (yani uyumlu ve uyumsuz, yüz öğretim ve kelime öğretimi, anti-sakkaddan, pro-sakkaddan) ile, genel lineer model (GLM) kullanıyor. </li><li> GLM karşıtlıkları tüm aktif frontal bölgelerde sinyal yoğunluğu (alanlarında haritası üretmek için tüm uyumlu karşın tüm uyuşmayan yani) inceleyin, tüm katılımcılar arasında standardize BOLD sinyal hesaplamak ve / uyumlu kelime ile uyuşmayan kelime / yüz ifadesi karşılaştırmak her iki durumda 2 için ifadeler ile karşı karşıyadır. </li><li> GLMs için kullanıldı denemeler toplanan reaksiyon süreleri korelasyon, daha sonra, Şekil 4&#39;teki gibi spesifik denemeler 2 için kendi reaksiyon süreleri ile birlikte her bir boyunca beyin aktivitesi ilişkilidir. </li></ol> 6. Temsilcisi Sonuçlar Analizden sonra biz e ilişkili beyin bölgeleri göstermekdevinişsel stroop ve anti-sakkaddan tarama görevleri sırasında kaydedilmiş. Duygusal stroop paradigma sonuçlar, ifade, talimat ve beyin bölgesinin her üç faktör arasında bir etkileşim gösterdi, ancak ifade ve öğretim 2. maddesinin temel etkisi hiçbir temel etkisi yoktu. Biz yüz ifadesi üst üste duygusal kelime uyumsuz olduğu, yazılı kelime raporlama üretilen bu incongruency sol BAG 2 (Şekil 2) daha yüksek BOLD sinyal yoğunluğu gösterdi bulundu. Uyumlu ifadeler karşılaştırıldığında uyuşmayan ifadeler üzerinde büyük sinyal yoğunluğu uyumlu mutlu en büyük farkı 2 gösteren, istatistiksel olarak anlamlı bulunmuştur. Test edilen üç uyumsuz koşullar (üzgün, mutlu ve nötr) için en önemlisi RTS tüm uyumlu koşullarda (Şekil 3) ile karşılaştırıldığında sol BAG içerisinde artan bir BOLD sinyal öngördü. Bu ana içinlizis biz özellikle tepki süreleri incelenmiş ve uyumsuz ve uyumlu koşulları için RT bu beyin bölgesi içinde BOLD sinyal aktivite (Şekil 3) prediktif olup olmadığını test etmek için regresyon analizi yapılmıştır. Biz bulduğu uyumsuz ve uyumlu koşulların 2 sırasında Mutlu, Nötr ve Sad kelime ifadeleri raporlama sol BAG aktivite varyasyonun% 81 RT hesapları. Yüksek RT tüm diğer ifade koşullarına göre büyük RT / sinyal yoğunluk oranı veren uyuşmayan üzücü koşulu ile, daha büyük sol BAG aktivasyon prediktif olduğunu. Bu aktivite, iki ağ karşılaştırma yapabilmek için yukarıdaki gibi benzer bir yöntem kullanılarak, anti-sakkaddan paradigma analiz edilmiştir. Bu örnekte, biz yanlısı sakkaddan görev karşılaştırıldığında anti-sakkaddan için sol BAG hiçbir sinyal artışı olduğunu saptadılar. Daha fazla bilgi için, Ford ve ark. (2007) okuyucular bakın. <img alt="Şekil 1" src=&quot;/ Files/ftp_upload/3237/3237fig1.jpg&quot; /&gt; Şekil 1. Uyuşmayan bir deneme (SAD sözcüğü üst üste mutlu bir ifade ile yüz) bir örneği. Deney yüz uyaran (250 ms) ve katılımcının düğmesine yanıt gerektirir maskeli görüntü (2 saniye) tarafından geçmeden, fiksasyon nokta (1 saniye) ile başlayacaktır. <img alt="Şekil 2" src="/files/ftp_upload/3237/3237fig2.jpg" /> Şekil 2. Tüm fiksasyon hacimleri temel olarak kullanılmıştır. Hata çubukları ortalama (SEM), standart hata anlamına gelir. Uyuşmayan ifadeler (Sad, Doğal, Mutlu) uyumlu ifadeler 2 ile karşılaştırıldığında önemli ölçüde daha büyük BOLD sinyal değişikliği gösterdi. Ek modül işlevsel kelime komut seti katılmak sırasında uyumlu durum karşısında uyumsuz duygusal stroop için bölüm 5.2 &#39;de kontrast tarif kullanılarak lokalize inferior frontal girus (BAG) sol gösterir. <img alt = &quot;Şekil 3&quot; src = &quot;/ files/ftp_upload/3237/3237fig3.jpg&quot; /&gt; Şekil 3. &quot;Word katılın&quot; talimatı sırasında, uyumsuz-uyumlu kontrast RTS ve BOLD sinyal yoğunluğu arasında pozitif bir korelasyon gösterdi. Bu grafikte, tüm 10 deneklerin RTS ve altı koşulları her biri sırasında BOLD sinyalinin bir ortalamasıdır. Hata çubukları ortalama (SEM) 2 standart hata anlamına gelir. <img alt="Şekil 4" src="/files/ftp_upload/3237/3237fig4.jpg" /> Şekil 4. Her ifade iki tekrarları konulara sergilendi. Üst satır çalışmaların bir blok bir deneme sekansı bir yapılandırmasının şematik bir resmidir. Alt bölümü duygusal yüz ifadelerinde yer alan beyin bölgeleri keşfetmek için kullanılan iki-Gamma hemodinamik tepki fonksiyonu (İHK) bir anlatımıdır.

<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>

Biz ifşa hiçbir şey yok.

Görevle ilgili aktivasyon bir harita üretmek için; beyin bölgelerinin saptanması (veya anti-sakkaddan karşı pro-sakkaddan Stroop ya yani, uyuşmayan karşı uyumlu duygu ve yüz ifadesi) taranan görevler arasında doğru bir kontrast oluşturarak dayanır. Bu fonksiyonel haritalar davranış konusu hatalar yaptı denemeler kaldırmak için tarayıcı toplanan zaman daha rafine olabilir. Bu hataları kaldırılabilir ve fonksiyonel haritalarına daha hataları yeterli sayıda ise, bu 3,4,5,6 imal edile...

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> Ekipman Adı </td><td> Şirket </td></tr><tr><td> 3 Tesla MR makinesi </td><td> Siemens Magnetom Trio (Erlangen, Almanya) </td></tr><tr><td> iViewX Göz Takibi </td><td> SensoMotoric Instruments, Inc </td></tr><tr><td> BrainVoyager QX yazılım </td><td> Beyin Yenilik, Maastricht, Hollanda </td></tr><tr><td> Dört düğmesi Joystick </td><td> Şu Tasarımlar, Inc, Philadelphia, PA, USA </td></tr></tbody></table> Tablo 1. Özel Reaktifler ve Ekipmanları.

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

Bu yöntemler yazının amacı iki benzer görevleri tarafından angaje tamamlayıcı beyin süreçleri incelemek için beyin görüntüleme tekniği nasıl uygulanacağı açıklamaktır. Bir fMRI tarayıcısında görev ifası sırasında katılımcılar &#39;davranışı daha sonra kan oksijen seviyesi bağımlı sinyal kullanarak beyin aktivitesi ile korele edilebilir. Biz bu konuda doğru görev yapılan ve daha sonra beyin performansını düzeltmek için ilgili sinyalleri test edebilmek nerede, doğru denemeler sıralamak edebilmek davranışı ölçmek. Konularda doğru görevi gerçekleştirmek yoktur ve bu çalışmaların doğru çalışmalar ile aynı analize dahil tersine eğer, biz doğru performans için sadece idi denemeler getirecek. Böylece, birçok durumda bu hataları sonra onlara beyin aktivitesini ilişkilendirmek için kendilerini kullanılabilir. Stroop 1 ve anti-sakkaddan görevleri: Biz bir otomatik yanıtların bastırılması sırasında beyin incelemek için laboratuarda kullanılan iki tamamlayıcı görevleri açıklar.duygusal stroop paradigma ya duygusal yüz ya da yüz uyaranlara 1,2 yüz &#39;ifadeleri&#39; karşısında üst üste duygusal &#39;kelime&#39; rapor katılımcılara bildirir. Kelime ve yüz ifadesi farklı duygular bakın, hangi arasında bir çatışma dedi ve ne otomatik olarak okunur oluşur gerekir. Katılımcı kelime okuma ve yüz ifadesi iki aynı anda rakip süreçler arasındaki ihtilafı çözmek için vardır. Bir kelime okumak Bizim dürtü güçlü &#39;uyaran-tepki (SR)&#39; dernekleri yol açar; dolayısıyla inhibe bu güçlü SR en zor ve katılımcılar hataları yapmaya eğilimlidir. Bu çatışma aşmak ve yüz veya kelime dikkatini uzak yönlendiren konu genelde daha belirgin uyarıcı dikkat yönlendiren süreçler yukarıya inhibe gerektirir. Benzer şekilde, bir talimat işaret ey sonra periferik uyarıların konumu sadece dikkat yönlendirmek için kullanılan ancak anti-sakkaddan görev 3,4,5,6, içindee hareketi ayna ters konumda yapılır. Gene biz sonra beyin faaliyetleri ile korele edilebilir doğru ve hata denemeler içine davranışsal tepkilerin sıralama 7 sağlar katılımcıların göz hareketlerini kaydederek davranışı ölçmek. Şimdi Nörogörüntüleme araştırmacılar farklı bilişsel süreçleri işaret etmektedir ve içerdiği farklı sinir ağları tespit doğru ve çalışmaların farklı davranışları ölçmek için sağlar.

Watch this Scientific Journal Video about Correlating Behavioral Responses to fMRI Signals from Human Prefrontal Cortex: Examining Cognitive Processes Using Task Analysis at JoVE.com

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

Araştırmamızın amacı, beyin aktivitesini davranış korele etmektir. Doğru davranış önlemler ve görüntüleme teknikleri bize beyin-davranış ilişkileri aydınlatmak için izin verir.

İnsan Prefrontal Korteks gelen fMRI Sinyallerine Davranışsal Tepkiler ilişkilendirilmesi: Görev Analizi Bilişsel Süreçler incelenmesi

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

Research

JoVE Journal

Neuroscience

12.7K Görüntüleme.  Centre for Vision Research, York University. Araştırmamızın amacı, beyin aktivitesini davranış korele etmektir. Doğru davranış önlemler ve görüntüleme teknikleri bize beyin-davranış ilişkileri aydınlatmak için izin verir.

Video: 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.

Kerevit Yansıma Davranış Yanıtları kaydedilmesi

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

Nörobilim

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 ve difüzyon ağırlıklı görüntüleme ile Beyin Yapısı ve Fonksiyonu Co-analizi

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.

Kullanarak Fare Serebral Korteks ve Hippocampus Görselleştirme ve Dendritler ve Spine Genetik Manipülasyon<em&gt; Utero olarak</em&gt; Elektroporasyon

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.

Yüksek alan fMRI kullanılarak Yetişkin kedilerde işitme korteksi Fonksiyonel Görüntüleme

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.

Sıçanlar Naif Şeker ve Yağ Yeme ardından mezolimbik ve mezokortikal Dopamin Ödül Siteleri c-Fos Aktivasyon Eşzamanlı Algılama

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.

Recording Hücre içi Gerilim Yanıtları için Elektrofizyolojik Yöntem<em&gt; Drosophila</em&gt; Işık Uyaranların için Fotoreseptörler ve internöronlar<em&gt; İn 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.

İnsanın Koku Fonksiyonunu İncelemek İçin Free-breathing fMRI Yöntemi

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.

Kombine Transkraniyal Manyetik stimülasyon ve elektroansefalografi Dorsolateral Prefrontal korteksin

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;

Flanker Görevi ile Eşzamanlı Elektroensefalografi ve Fonksiyonel Yakın Kızılötesi Spektroskopi Kayıtlarının Yapılması

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.

İnsan Prefrontal Korteks gelen fMRI Sinyallerine Davranışsal Tepkiler ilişkilendirilmesi: Görev Analizi Bilişsel Süreçler incelenmesi

Özet

Daha Fazla Video Keşfet

Bu videodaki bölümler