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 forskningen ble gjort mulig med støtte av tilskudd fra National Science and Engineering Research Council (NSERC) til J. Bruce Morton.

En. Få godkjent Arbeide med av mennesker 2. FMRI Data Acquisition <ol><li> Acquire fMRI data i henhold til prosedyrene som er egnet for små barn (se Raschle, et al. 12). Gjør alt for å begrense mulige aldersrelaterte forskjeller i oppgaver og i bevegelse, som disse forskjellene introdusere uønskede confounds som begrenser ens evne til å trekke slutninger om utviklingshemmede-relevante forskjeller i hjerneaktivitet og funksjonell tilkobling. Merk: I den aktuel...

<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>

Høyere orden mentale operasjoner, som for eksempel muligheten til å bytte sorteringsreglene, utvikler seg raskt gjennom hele barndommen og ungdomsårene. Fordi disse mentale operasjoner involverer samhandling mellom flere distribuerte områder av hjernen, er det økende interesse for å utforske forholdet mellom utviklingen av høyere orden kognisjon og aldersrelaterte endringer i organiseringen av bred skala kortikale nettverk. Vi presenterer en metode basert på gruppe uavhengig komponent analyse brukes til oppgaveb...

Evnen til å regulere atferd utvikles gradvis i barndommen og ungdomsårene (for gjennomgang, se Diamond 1). I dimensjonsendringer kort Sortering oppgaven, for eksempel, deltakerne bytte fra sorterings kort på en måte, slik som formen, for å sortere dem på en annen måte, for eksempel farge 2 (se figur 2). Switching exacts en liten forestilling kostnad, eller bryter kostnadene, slik at svarene er vanligvis tregere og mer utsatt for feil på bryter studier der sortering regelendringer som i forhold til å gjenta forsøk der sorteringsregelen forblir den samme tre. Størrelsen av disse kostnadene vanligvis blir mindre barn som blir eldre 4, som illustrerer det faktum at kapasiteten for atferds regulering gjennomgår fortsatt utvikling tidlig i livet. Fordi komplekse mentale operasjoner, som for eksempel veksling, innebærer raske samhandling mellom flere områder av hjernen fem, er det økende interesse for relativtng utvikling av høyere orden erkjennelse til endringer i funksjonelle organiseringen av bred skala kortikale nett 6. En fremgangsmåte for å undersøke utviklingsmessige forandring i bred skala nettverk er gjennom bruk av frø baserte funksjonelle tilkoblings analyse 6,7. Det første trinnet i denne teknikken er å konsultere med tilgjengelig forskningslitteratur og definere a priori regioner av interesse, eller ROIs, som synes å være relevant for oppførsel i spørsmålet. Disse ROIs, eller noder, definere de grunnleggende skjelett av nettverket. Neste, lavfrekvente svingninger i aktivitet (eller T2 *-vektet signal intensitet) i disse ROIs er målt i 5 til 10 min mens deltakerne er i ro i en MR-skanner. Funksjonell tilkobling mellom to noder i nettverket blir deretter kvantifisert som korrelasjonen av sine respektive tids kurs. Noder som er sterkt knyttet funksjonelt bør ha lik, og dermed høyt korrelert, signaltid kurs. På den annen side bør noder som er svakt koblet funksjonelt ha ulik og dermed svakt korrelerte, signal tid kurs. For å fullføre en modell av nettverket, blir kantene (eller koblinger) trekkes mellom noder hvis tid kurs korrelerer over en gitt terskel. Tester for aldersrelaterte forskjellig funksjonell tilkobling innenfor et nett kan bli utført på hvilken som helst enkelt node-til-node-forbindelse, eller på topologien av hele settet med noder og kanter. Disse forskjellene i funksjonell tilkobling kan da være knyttet til tiltak av kognitiv ytelse samlet offline. I dette papiret, er en annen tilnærming beskrevet som er basert på gruppe uavhengig komponent analyse av oppgavebaserte fMRI data åtte. Uavhengig komponent analyse (eller ICA) er en statistisk prosedyre for blindt å avsløre skjulte kilder som ligger til grunn et sett av observasjoner slik at de avslørte kilder er maksimalt uavhengig. Brukt til analyse av fMRI data, procedure forutsetter at hvert volum er en blanding av et endelig antall romlig-uavhengige kilder. Ved hjelp av en av en rekke forskjellige algoritmer, som for eksempel Infomax algoritmen, ICA anslår deretter en unmixing matrise, som når de anvendes på de opprinnelige dataene gir et sett med maksimalt uavhengige kilder, eller komponenter. Hver komponent kan betraktes som et nettverk, for så vidt som det består av et sett av voksler som deler en felles tidsforløp. Gruppe ICA er en bestemt type av ICA hvor et felles sett med gruppe-komponenter blir først beregnet ut fra et helt datasett, og deretter deltakerspesifikke sett av gruppe komponentene blir beregnet i et back-gjenoppbyggingstrinn. Når en hel datasettet er delt inn i et sett av komponenter, er neste skritt å forkaste artifactual komponenter som representerer støykilder, og identifisere teoretisk meningsfulle komponenter som samsvarer med nettverk av interesse. Dette kan oppnås enten ved modellering komponent tid kurs i sammenheng med en GLM til IDEntify nettverk som aktiverer en predikert måte, rommessig korrelering av komponenter med en mal av et nettverk av interesse, eller begge deler. Den resulterende sett av komponenter kan deretter sendes til en gruppe sammenligning for å teste for eventuelle aldersrelaterte forskjeller i funksjonelle tilkoblingsmuligheter innenfor teoretisk interessante nettverk 7,9,10. Studerer aldersrelaterte endringer i funksjonell tilkobling gjennom anvendelse av gruppen ICA til oppgavebaserte fMRI data har flere fordeler i forhold til anvendelsen av frø-baserte teknikker for å hvile-statlige fMRI data. Først, i motsetning til frø-baserte teknikker som fokuserer på et lite sett med a priori definert Rois, utnytter den aktuelle gruppen ICA tilnærming alle vokslene som utgjør en volumetrisk tidsserier. Dette reduserer mulighetene for skjevhet som nødvendigvis oppstår når en liten gruppe av frø er valgt a priori som regioner av interesse. For det andre, å anvende funksjonell tilkobling analyse (ICA-basert eller annet) til oppgave-snarere enn hvile-state fMRI data har fordelen av å la nettverksorganisasjon og nettverksfunksjon for å bli mer direkte forbundet. Hvis, for eksempel, å undersøke kognitive eller atferdsmessige implikasjoner av funksjonell tilkobling (for eksempel variasjon i DCCS ytelse) er en prioritet, er det viktig å vise at nettverket av interesse er knyttet til utførelsen av oppgaver. Med hvile-statlige protokoller, er dette svært vanskelig fordi forskeren har ingen oversikt over eventuelle kognitive, atferdsmessige eller affektive tilstander oppleves av deltakeren under datainnsamling. Det er derfor umulig å gi direkte bevis for at noen nettverk av interesse er relevant for utførelsen av oppgaver. Derimot, når det funksjonelle tilkoblings analyse, slik som ICA, påtrykkes oppgavedata, er det mulig å få bekreftet at nettverket av interesse er i det minste i forbindelse med utførelsen av en oppgave. Endelig er ICA mindre utsatt for den negative påvirkning av støy. Støykilder, slik som de som er forbundet with bevegelser i motivet og hjerterytmen, har unike spatio-temporal profiler. Derfor, i forbindelse med en gruppe ICA, er disse kilder isolert og tilordnet separate komponenter, slik at de resterende komponenter relativt fri for disse uønskede kilder til varians. Fordi frø-baserte analyser bruke rå tid kurs i beregningen av funksjonelle tilkoblingsmuligheter, og tid kurs er, per definisjon, blandinger av nevrofysiologiske signal og kunstig støy, gruppeforskjeller i funksjonelle tilkoblings estimater kan reflektere sann gruppeforskjeller i underliggende nevrofysiologi, gruppeforskjeller strukturen av støy, eller begge deler 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

Muligheten til å justere atferden til plutselige endringer i miljøet utvikler seg gradvis i barndommen og ungdomsårene. For eksempel, i den dimensjonsendringer kort Sortering oppgave, deltakerne bytte fra sortering av kort på en måte, slik som formen, for å sortere dem på en annen måte, for eksempel farge. Justering av atferd på denne måten exacts en liten forestilling kostnad, eller bryter kostnader, slik at svarene er vanligvis tregere og mer utsatt for feil på bryter studier der sortering regelendringer i forhold til gjenta forsøk der sorteringsregelen forblir den samme. Muligheten til å fleksibelt tilpasse atferden er ofte sagt å utvikle seg gradvis, delvis fordi atferds kostnader som svitsj koster vanligvis ned med økende alder. Hvorfor aspekter av høyere orden kognisjon, som for eksempel atferds fleksibilitet, utvikle det gradvis er fortsatt et åpent spørsmål. En hypotese er at disse endringene skjer i forbindelse med funksjonelle endringer i bred skala kognitiv kontroll nettverk. På dette synet,komplekse mentale operasjoner, som for eksempel veksling, innebærer raske interaksjoner mellom flere distribuerte hjernen regioner, inkludert de som oppdatering og vedlikeholde oppgave regler, reorientere oppmerksomhet, og velger atferd. Med utvikling, funksjonelle sammenhenger mellom disse regionene styrke, noe som fører til raskere og mer effektiv sjalteoperasjoner. Den aktuelle videoen beskriver en metode for å teste denne hypotesen gjennom innsamling og multivariat analyse av fMRI data fra deltakerne i ulike aldre.

Gruppe ICA, selv på en forholdsvis liten fmri datasett, returnerer et sett av komponenter som er sammenlignbare med de som ble observert i andre studier. Figur 4 er en overlagring av 5 slike komponenter og deres tilhørende tids kurs ublandede fra en prøve av 12 barn og 13 voksne , med ca 800 bind per deltaker. Som vist i figur 4, default mode, fronto-parietal kan cingulo-ien og visuell nett lett sees fra resultatene av denne spaltning. I tillegg, legge merke til hvor lett det er å s...

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 videoen presenterer en metode for å undersøke aldersrelaterte endringer i funksjonell tilkobling av kognitive kontrollnettverk som driver med målrettede oppgaver / prosesser. Teknikken er basert på multi-variate analyse av fMRI data.

En metode for å undersøke Aldersrelaterte Forskjeller i Funksjonell Tilkobling av kognitiv kontroll Networks Associated med Dimensional Endre kort Sorter Ytelse

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 av aldersrelaterte endringer i kognitive funksjoner Bruke EmoCogMeter, en Novel Tablet-PC Based Approach

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 helautomatisk Rodent Conditioning Protokoll for sensorimotoriske Integrasjon og kognitiv kontroll eksperimenter

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 Functional Performance i<em&gt; Mdx</em&gt; Mouse 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

Transkranial magnetisk stimulering for Gransker årsaks Brain-atferdsrelasjoner og deres tid 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

Kombinert Invasive subkortikale og ikke-invasiv Surface Nevrofysiologiske Opptak for vurdering av kognitive og emosjonelle funksjoner hos 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 emosjonelle Stroop Task: Vurdering Kognitiv ytelse under Eksponering for følelsesmessig innhold

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 Trykk Injection System for Gransker Neuropharmacology of Information Processing i Awake oppfører Macaque 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 gnager Psyko Årvåkenhet Test (rPVT): En metode for å vurdere nevroevne hos 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 Control for å vurdere kognitive funksjoner hos pasienter med amyotrofisk lateral sklerose

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