Name: a method for investigating age-related differences in the functional connectivity of cognitive control networks associated with dimensional change card sort performance
Uploaded: 2014-05-07T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about A Method for Investigating Age-related Differences in the Functional Connectivity of Cognitive Control Networks Associated with Dimensional Change Card Sort P

Denne forskning blev gjort muligt med støtte fra tilskud fra National Science and Engineering Research Council (NSERC) til J. Bruce Morton.

1.. Få godkendt Arbejde med personmotiver 2.. FMRI Data Acquisition <ol><li> Anskaf fMRI data efter procedurer egnet til små børn (se Raschle, et al. 12). Gøre alt for at begrænse eventuelle aldersrelaterede forskelle i opgavevaretagelsen og bevægelse, da disse forskelle introducere uønskede confounds der begrænser ens evne til at drage slutninger om udviklingsmæssigt relevante forskelle i hjernens aktivering og funktionelle tilslutningsmuligheder. Bemærk...

<ol>
	<li>Diamond, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Normal+Development+of+Prefrontal+Cortex+from+Birth+to+Young+Adulthood:+Cognitive+Functions+Anatomy,+and+Biochemistry.">Normal Development of Prefrontal Cortex from Birth to Young Adulthood: Cognitive Functions Anatomy, and Biochemistry.</a> Principles of Frontal Lobe Function. , 1-38 (2002).</li><li>Zelazo, P. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Dimensional+Change+Card+Sort+(DCCS):+a+method+of+assessing+executive+function+in+children.">The Dimensional Change Card Sort (DCCS): a method of assessing executive function in children.</a> Nat Protoc. 1, 297-301 (2006).</li><li>Monsell, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Task+switching.">Task switching.</a> Trends Cogn Sci (Regul Ed. 7, 134-140 (2003).</li><li>Crone, E. A., Bunge, S. A., van der Molen, M. W., Ridderinkhof, K. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Switching+between+tasks+and+responses:+a+developmental+study.">Switching between tasks and responses: a developmental study.</a> Developmental Science. 9, 278-287 (2006).</li><li>Cole, M. W., Schneider, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+cognitive+control+network:+Integrated+cortical+regions+with+dissociable+functions.">The cognitive control network: Integrated cortical regions with dissociable functions.</a> Neuroimage. 37, 343-360 (2007).</li><li>Fair, D. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+distinct+control+networks+through+segregation+and+integration.">Development of distinct control networks through segregation and integration.</a> Proc Natl Acad Sci USA. 104, 13507-13512 (2007).</li><li>Uddin, L. Q., Supekar, K., Menon, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Typical+and+atypical+development+of+functional+human+brain+networks:+insights+from+resting-state+FMRI.">Typical and atypical development of functional human brain networks: insights from resting-state FMRI.</a> Frontiers in systems neuroscience. 4, (2010).</li><li>Calhoun, V. D., Adali, T., Pearlson, G. D., Pekar, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+method+for+making+group+inferences+from+functional+MRI+data+using+independent+component+analysis.">A method for making group inferences from functional MRI data using independent component analysis.</a> Human brain mapping. 14, 140-151 (2001).</li><li>Fransson, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Resting-state+networks+in+the+infant+brain.">Resting-state networks in the infant brain.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 104, 15531-15536 (2007).</li><li>Supekar, K., Menon, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Developmental+maturation+of+dynamic+causal+control+signals+in+higher-order+cognition:+a+neurocognitive+network+model.">Developmental maturation of dynamic causal control signals in higher-order cognition: a neurocognitive network model.</a> PLoS computational biology. 8, (2012).</li><li>Power, J. D., Barnes, K. A., Snyder, A. Z., Schlaggar, B. L., Petersen, S. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spurious+but+systematic+correlations+in+functional+connectivity+MRI+networks+arise+from+subject+motion.">Spurious but systematic correlations in functional connectivity MRI networks arise from subject motion.</a> Neuroimage. 59, 2142-2154 (2012).</li><li>Raschle, N. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Making+MR+Imaging+Child's+Play+-+Pediatric+Neuroimaging+Protocol,+Guidelines+and+Procedure.">Making MR Imaging Child's Play - Pediatric Neuroimaging Protocol, Guidelines and Procedure.</a> (29), (2009).</li><li>Morton, J. B., Bosma, R., Ansari, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Age-related+changes+in+brain+activation+associated+with+dimensional+shifts+of+attention:+an+fMRI+study.">Age-related changes in brain activation associated with dimensional shifts of attention: an fMRI study.</a> Neuroimage. 46, 249-256 (2009).</li><li>Ezekiel, F., Bosma, R., Morton, J. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dimensional+Change+Card+Sort+performance+associated+with+age-related+differences+in+functional+connectivity+of+lateral+prefrontal+cortex.">Dimensional Change Card Sort performance associated with age-related differences in functional connectivity of lateral prefrontal cortex.</a> Developmental Cognitive Neuroscience. , (2013).</li><li>Calhoun, V. D., Kiehl, K. A., Pearlson, G. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modulation+of+temporally+coherent+brain+networks+estimated+using+ICA+at+rest+and+during+cognitive+tasks.">Modulation of temporally coherent brain networks estimated using ICA at rest and during cognitive tasks.</a> Human brain mapping. 29, 828-838 (2008).</li><li>Allen, E. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+baseline+for+the+multivariate+comparison+of+resting-state+networks.">A baseline for the multivariate comparison of resting-state networks.</a> Front Syst Neurosci. 5, (2011).</li><li>Calhoun, V. D., Liu, J., Adali, 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+review+of+group+ICA+for+fMRI+data+and+ICA+for+joint+inference+of+imaging,+genetic,+and+ERP+data.">A review of group ICA for fMRI data and ICA for joint inference of imaging, genetic, and ERP data.</a> Neuroimage. 45, (2009).</li><li>Allen, E. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tracking+whole-brain+connectivity+dynamics+in+the+resting+state.">Tracking whole-brain connectivity dynamics in the resting state.</a> Cerebral Cortex. , (2012).</li></ol>

Højere ordens mentale operationer, såsom muligheden for at skifte sortering regler udvikler sig hurtigt igennem hele barndommen og ungdomsårene. Fordi disse mentale operationer omfatte vekselvirkninger mellem flere distribuerede områder af hjernen, der er stigende interesse i at udforske forholdet mellem udviklingen af ​​højere orden kognition og aldersrelaterede ændringer i organiseringen af ​​en bred skala kortikale netværk. Vi præsenterer en metode baseret på gruppe uafhængig komponent analyse anven...

Evnen til at regulere adfærd udvikler sig gradvist i barndommen og ungdommen (for gennemgang, se Diamond 1). I Dimensional Change Card Sorter opgave, for eksempel, deltagerne skifte fra sortering kortene én måde, som form, at sortere dem på en anden måde, såsom farve 2 (se figur 2). Switching exacts en lille præstation omkostninger, eller skifte omkostninger, således at svarene er typisk langsommere og mere fejlbehæftet på switch forsøg, hvor ændringer sorteringsregel sammenlignet at gentage forsøg, hvor sortering regel forbliver den samme 3. Størrelsen af disse omkostninger typisk får mindre som børnene bliver ældre 4, der illustrerer, at kapaciteten for adfærdsregulering undergår fortsat udvikling tidligt i livet. Fordi komplekse mentale operationer, såsom switching, involvere hurtige samspil mellem flere områder af hjernen 5, er der voksende interesse i relating udviklingen af højere orden kognition til ændringer i den funktionelle organisation bred skala kortikale netværk 6. En metode til at undersøge udviklingsmæssige ændringer i bred skala netværk er gennem brug af frø-baserede funktionel konnektivitet analyse 6,7. Det første skridt i denne teknik er at rådføre sig med tilgængelige forskningslitteratur og definere a priori regioner af interesse, eller ROIs, der synes at være relevante for den pågældende adfærd. Disse ROI&#39;er eller knudepunkter, definerer grundskelet af netværket. Dernæst lavfrekvente svingninger i aktiviteten (eller T2 *-vægtede signal intensitet) i disse ROIs måles i 5 til 10 minutter, mens deltagerne er i hvile i en MR-scanner. Funktionel konnektivitet mellem to knudepunkter i nettet derefter kvantificeres som korrelationen mellem deres respektive tidsforløb. Nodes, der er stærkt forbundet funktionelt bør have ens, og derfor stærkt korreleret, signaltidsforløb. På den anden side bør noder, der er svagt forbundet funktionelt have forskellig og dermed svagt korreleret, signalerer tidsforløbet. For at fuldføre en model af netværket, kanter (eller links) trukket mellem knudepunkter, hvis tid kurser korrelerer over en valgt tærskel. Kan gennemføres test for aldersbetingede forskelle i funktionel konnektivitet inden for et netværk på en enkelt node-til-node-forbindelse, eller om topologi af det samlede sæt af knuder og kanter. Disse forskelle i funktionelle tilslutningsmuligheder kan derefter relateret til foranstaltninger af kognitiv præstation indsamlet offline. I dette papir, er en anden fremgangsmåde, der er beskrevet, der er baseret på gruppearbejde uafhængig komponent analyse af task-baserede fMRI data 8. Komponent analyse (eller ICA) er en statistisk procedure for blindt at afsløre skjulte kilder bag et sæt observationer sådan, at de åbenbarede kilder er maksimalt uafhængige. Bruges til analyse af fMRI data pROCEDURE antager, at hver enhed er en blanding af et begrænset antal rumligt uafhængige kilder. Ved hjælp af en af ​​en række forskellige algoritmer, såsom Infomax algoritme ICA derefter estimerer en unmixing matrix, som når de anvendes til de oprindelige data giver et sæt af maksimalt uafhængige kilder eller komponenter. Hver komponent kan opfattes som et netværk, for så vidt som det består af et sæt voxels, der deler en fælles tidsforløb. Group ICA er en særlig form for ICA, hvor et fælles sæt af tilknyttede komponenter først estimeret ud fra et helt datasæt, og derefter deltager-specifikke sæt af gruppens komponenter beregnes på en back-rekonstruktion trin. Når en hel datasæt nedbrydes til et sæt af komponenter, er det næste skridt er at kassere kunstig komponenter, der repræsenterer støjkilder og identificere teoretisk meningsfulde komponenter, der svarer til netværk af interesse. Dette kan opnås enten ved modellering komponent tidsforløb i forbindelse med en GLM til IDEntify netværk, der aktiverer på en forudsagt måde, rumligt korrelerende komponenter med en skabelon af et netværk af interesse, eller begge dele. Den resulterende sæt af komponenter kan så blive forelagt for en gruppe sammenligning at teste for eventuelle aldersrelaterede forskelle i funktionel konnektivitet i teoretisk interessante netværk 7,9,10. Studere aldersrelaterede ændringer i funktionel konnektivitet gennem anvendelse af gruppen ICA til task-baseret fMRI data har flere fordele i forhold til anvendelse af frø-baserede teknikker til at hvile-state fMRI data. Først, i modsætning til frø-baserede teknikker, der fokuserer på et lille sæt af a priori definerede ROIs, den aktuelle gruppe ICA tilgang udnytter alle voxel omfatter en række volumetrisk tid. Dette mindsker mulighederne for bias, som nødvendigvis opstår, når en lille gruppe af frø udvælges a priori som områder af interesse. For det andet, at anvende funktionel konnektivitet analyse (ICA-baseret eller på anden måde) til opgave-snarere end at hvile-state fMRI data har den fordel, at nettet organisation og netværk funktion, der skal mere direkte forbundet. Hvis, for eksempel, er en prioritet at undersøge de kognitive eller adfærdsmæssige konsekvenser af funktionel konnektivitet (såsom variation i DCCS ydeevne), er det vigtigt at vise, at netværket af interesse er forbundet med opgaveløsningen. Med hvile-state-protokoller, er det meget vanskeligt, fordi forskeren ikke har nogen registrering af eventuelle kognitive, adfærdsmæssige eller affektive tilstande opleves af deltageren under dataopsamling. Det er derfor umuligt at give direkte bevis for, at ethvert net af interesse er relevant for opgaveløsningen. Derimod når funktionel konnektivitet analyse, som ICA, der anvendes til opgaven-data, er det muligt at bekræfte, at netværket af interesse på mindst er forbundet med udførelsen af ​​en opgave. Endelig ICA er mindre udsat for den negative påvirkning af støj. Støjkilder, såsom dem forbundet with emne bevægelse og hjerterytmen, har unikke spatio-temporale profiler. Derfor, i forbindelse med en gruppe ICA, disse kilder isoleres og tildeles særskilte komponenter, forlader resterende komponenter relativt fri for disse uønskede kilder varians. Fordi frø-baserede analyser anvender rå tidsforløb i estimering af funktionelle tilslutningsmuligheder, og tidsforløb er, per definition, blandinger af neurofysiologiske signal og kunstig støj, gruppe forskelle i funktionelle tilslutningsmuligheder skøn kan afspejle sande gruppe forskelle i den underliggende neurofysiologi, gruppe forskelle i strukturen af støj eller begge 11.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:741px;" width="740">
	<colgroup>
		<col span="4" />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="30">
			<td height="30" style="height:30px;width:185px;">Name of equipment</td>
			<td style="width:185px;">Company</td>
			<td style="width:185px;">Catalog Number</td>
			<td style="width:185px;">Comments (optional)</td>
		</tr>
		<tr height="30">
			<td height="30" style="height:30px;width:185px;">SPM8</td>
			<td style="width:185px;">The MathWorks, Inc.</td>
			<td style="width:185px;">R2013a</td>
			<td style="width:185px;"></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a method for investigating age-related differences in the functional connectivity of cognitive control networks associated with dimensional change card sort performance

Evnen til at tilpasse adfærd til pludselige ændringer i miljøet udvikler sig gradvist i barndommen og ungdommen. For eksempel i Dimensional Change Card Sorter opgave, deltagerne skifte fra sortering kortene én måde, som form, at sortere dem på en anden måde, såsom farve. Justering adfærd på denne måde exacts en lille præstation omkostninger, eller skifte omkostninger, således at svarene er typisk langsommere og mere fejlbehæftet på switch forsøg, hvor ændringer sorteringsregel sammenlignet at gentage forsøg, hvor sortering regel forbliver den samme. Evnen til fleksibelt at tilpasse adfærd er ofte siges at udvikle sig gradvist, delvis fordi adfærdsmæssige omkostninger såsom switch omkostningerne typisk falder med stigende alder. Hvorfor aspekter af højere orden kognition, såsom adfærdsmæssige fleksibilitet, udvikle sig, så efterhånden er et åbent spørgsmål. En hypotese er, at disse ændringer sker i forbindelse med funktionelle ændringer i bred skala kognitiv kontrol netværk. På dette synspunkt,komplekse mentale operationer, såsom switching, involvere hurtige vekselvirkninger mellem flere distribuerede områder af hjernen, herunder dem, opdatere og vedligeholde opgave regler nyorientere opmærksomhed og vælge adfærd. Med udvikling, funktionelle forbindelser mellem disse regioner styrker, hvilket fører til hurtigere og mere effektiv og frakoblinger. Den aktuelle video beskriver en metode til at teste denne hypotese gennem indsamling og multivariate analyse af fMRI data fra deltagere i forskellige aldre.

Group ICA, selv på en forholdsvis lille fMRI datasæt, vil vende tilbage et sæt af komponenter svarende til dem observeret i andre studier. Figur 4 er en sammenlægning af 5 sådanne komponenter og deres tilknyttede tidsforløb ublandede fra en prøve af 12 børn og 13 voksne med ca 800 volumener per deltager. Som vist i figur 4, standardtilstand, fronto-parietal kan cingulo-ø, og visuel netværk let ses fra resultaterne af denne nedbrydning. Samt, mærke hvor let det er at skelne bl...

Watch this Scientific Journal Video about A Method for Investigating Age-related Differences in the Functional Connectivity of Cognitive Control Networks Associated with Dimensional Change Card Sort P

A Method for Investigating Age-related Differences in the Functional Connectivity of Cognitive Control Networks Associated with Dimensional Change Card Sort Performance

Denne video præsenterer en metode til at undersøge aldersrelaterede ændringer i funktionel konnektivitet af kognitive kontrol netværk engageret af målrettede opgaver / processer. Teknikken er baseret på multi-variate analyse af fMRI data.

En metode til undersøgelse Aldersrelaterede Forskelle i Funktionel Connectivity af kognitiv kontrol Networks associeret med Dimensional Change Card Sorter Ydelse

The ability to adjust behavior to sudden changes in the environment develops gradually in childhood and adolescence. For example, in the Dimensional ...

Research

JoVE Journal

Behavior

Assessment of Age-related Changes in Cognitive Functions Using EmoCogMeter, a Novel Tablet-computer Based Approach

Vurdering af aldersrelaterede ændringer i kognitive funktioner Brug EmoCogMeter, en roman tablet-computer-metode

The main goal of this study was to assess the usability of a tablet-computer-based application (EmoCogMeter) in investigating the effects of age on ...

A Fully Automated Rodent Conditioning Protocol for Sensorimotor Integration and Cognitive Control Experiments

En fuldautomatisk gnaver Conditioning Protokol for sansemotoriske integration og kognitiv kontrolforsøg

Rodents have been traditionally used as a standard animal model in laboratory experiments involving a myriad of sensory, cognitive, and motor tasks. ...

Assessing Functional Performance in the Mdx Mouse Model

Assessing Functional Performance in the Mdx Mouse Model

Vurdere Funktionel Performance i<em&gt; Mdx</em&gt; Mus Model

Duchenne muscular dystrophy (DMD) is a severe and progressive muscle wasting disorder for which no cure is available. Nevertheless, several potential ...

Transcranial Magnetic Stimulation for Investigating Causal Brain-behavioral Relationships and their Time Course

Transcranial magnetisk stimulation til Undersøgelse Causal Brain-adfærdsmæssige relationer og deres Time Course

Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a safe, non-invasive brain stimulation technique that uses a strong electromagnet in order to temporarily ...

Combined Invasive Subcortical and Non-invasive Surface Neurophysiological Recordings for the Assessment of Cognitive and Emotional Functions in Humans

Kombinerede Invasive subcortical og Non-invasiv Surface neurofysiologisk Optagelser til vurdering af kognitive og emotionelle funktioner i mennesker

In spite of the success in applying non-invasive electroencephalography (EEG), magneto-encephalography (MEG) and functional magnetic resonance imaging ...

The Emotional Stroop Task: Assessing Cognitive Performance under Exposure to Emotional Content

Den følelsesmæssige Stroop Opgave: Vurdering Kognitiv Præstationer under Udsættelse for Emotional Content

The emotional Stroop effect (ESE) is the result of longer naming latencies to ink colors of emotion words than to ink colors of neutral words. The ...

A Pressure Injection System for Investigating the Neuropharmacology of Information Processing in Awake Behaving Macaque Monkey Cortex

En Pressure Injection System til Undersøgelse af Neuropharmacology of Information Processing i Awake Behaving makak Monkey Cortex

The top-down modulation of feed-forward cortical information processing is functionally important for many cognitive processes, including the modulation ...

The Rodent Psychomotor Vigilance Test (rPVT): A Method for Assessing Neurobehavioral Performance in Rats and Mice

The Rodent Psychomotor Vigilance Test rPVT: A Method for Assessing Neurobehavioral Performance in Rats and Mice

Den gnaver Psykomotorisk Årvågenhed Test (rPVT): en metode til vurdering neurobehavioral Performance i rotter og mus

The human Psychomotor Vigilance Test (PVT) is a widely used procedure for measuring changes in fatigue and sustained attention. The present article ...

Eye-Tracking Control to Assess Cognitive Functions in Patients with Amyotrophic Lateral Sclerosis

Eye-Tracking Kontrol at vurdere kognitive funktioner hos patienter med amyotrofisk lateral sklerose

Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a neurodegenerative disorder with pathological involvement of upper and lower motoneurons, subsequently leading to ...