뇌 영상의 감각적 양상 사이인지 작업을 전송 :의 fMRI 연구 작업 설계를위한 시사점 및 결과의 해석
Summary
Transferring a paradigm with a history of use in EEG experiments to an fMRI experiment is considered. It is demonstrated that manipulating the task demands in the visual oddball task resulted in different patterns of BOLD activation and illustrated how task design is crucial in fMRI experiments.
Abstract
As cognitive neuroscience methods develop, established experimental tasks are used with emerging brain imaging modalities. Here transferring a paradigm (the visual oddball task) with a long history of behavioral and electroencephalography (EEG) experiments to a functional magnetic resonance imaging (fMRI) experiment is considered. The aims of this paper are to briefly describe fMRI and when its use is appropriate in cognitive neuroscience; illustrate how task design can influence the results of an fMRI experiment, particularly when that task is borrowed from another imaging modality; explain the practical aspects of performing an fMRI experiment. It is demonstrated that manipulating the task demands in the visual oddball task results in different patterns of blood oxygen level dependent (BOLD) activation. The nature of the fMRI BOLD measure means that many brain regions are found to be active in a particular task. Determining the functions of these areas of activation is very much dependent on task design and analysis. The complex nature of many fMRI tasks means that the details of the task and its requirements need careful consideration when interpreting data. The data show that this is particularly important in those tasks relying on a motor response as well as cognitive elements and that covert and overt responses should be considered where possible. Furthermore, the data show that transferring an EEG paradigm to an fMRI experiment needs careful consideration and it cannot be assumed that the same paradigm will work equally well across imaging modalities. It is therefore recommended that the design of an fMRI study is pilot tested behaviorally to establish the effects of interest and then pilot tested in the fMRI environment to ensure appropriate design, implementation and analysis for the effects of interest.
Introduction
인지 신경 과학의 방법을 개발할 설립 실험 작업은 새로운 뇌 영상 방식으로 사용됩니다. (예를 들어, 별개의 메모리 서브 – 성분) 행동 도메인 및 특정 기능을 프로빙 적합한 실험적 작업에서 조사 된 대부분의 신경 심리학 적 개념이 개발되고 테스트 된 이후 이것은 논리 진행된다. 새로운 기술이 이러한 행동 관찰의 신경 토대에 대한 증거를 등장으로 새로운 뇌 영상 방법을 모색한다. 단순히 영상 검사를 위해 잘 연구 된 행동 작업에 그리는 유혹 할 수도 있지만, 몇 가지 중요한주의 사항이 고려되어야한다. 하나는 중요한 자주 무시하더라도, 상기 고려 행동 증거를 조사하는 가장 적합한 영상 법을 사용하는 것이다. 인지 신경 과학 심리학의 관점에서 신경 액티브에 대한 우리의 이해를 향상시키기 위해 사용할 수있는 여러 뇌 영상 방법이 있습니다성만은 관심의 개념을 기초; 예를 들어, 뇌파 (EEG), 인 자기 (MEG), 경 두개 자기 자극 (TMS), 기능성 자기 공명 영상 (fMRI)과 양전자 방출 단층 촬영 (PET)에 대한. 이러한 방법은 모두 자신의 장점, 단점과 적절한 응용 프로그램을 가지고있다. 여기의 fMRI 실험에 행동 및 뇌파 실험의 긴 역사를 가진 패러다임을 전송 고려된다. EEG는 지각 및인지 과정과 관련된 신경 반응을 조사하기 위해 수십 년간 사용되어왔다. 이와 같이, 많은 패러다임이 방법에 사용하기 위해 개발되어 시간이 지남에 따라 진화 해왔다. 기능성 자기 공명 영상인지 신경 과학에서 최근에 등장하는 기술이며,이의 fMRI에서 사용되는 뇌파 연구에서 개발 된 몇 가지 패러다임을 주도하고있다. 새로운 기술과 뇌파 실험에서 지식 기반을 구축하는 것은 논리적 인 단계이지만, 그럼에도 불구하고 몇 가지 중요한 점은 이전에 무시 될 수 있습니다. 기술의매우 다른 다시 및 작업에 따라 설계 될 필요가있다. 이 방법은 특히, 작동 방법에 대한 지식을 필요로 패러다임의 변조 전위가 취한 조치를 사용하는 방법에 영향을 미칠 것이다. 의 fMRI 실험의 디자인에 대한 자세한 내용은 관심있는 독자는 아래의 링크에 관한 것이다 http://imaging.mrc-cbu.cam.ac.uk/imaging/DesignEfficiency . 작업 디자인의 fMRI 환경 EEG 연구를 위해 개발 패러다임을 전송의 컨텍스트에서 고려 될 것이다. 본 논문의 목적은 다음과 같습니다 i)는 잠시의 fMRI를 설명하고 그것의 사용은인지 신경 과학에 적절한 때; ⅱ) 작업 설계는 해당 작업이 다른 영상 기법에서 차용 특히의 fMRI 실험의 결과에 영향을 미칠 수있는 방법을 설명합니다; 및 ⅲ)의 fMRI 실험을 수행 실용적인 측면을 설명한다.
기능성 MRI는 현재 널리 사용 TECHN입니다개새끼와 같은인지 신경 과학에서 사용되는 일반적인 방법입니다. 기술의 fMRI의 장점과 단점이 가능한 다른 기술들과 관련하여 고려되어야 특정 실험에 적합한 여부에 대한 결정을하기 위해. 상기 방법의 단점은 오히려 혈역학 응답과 컨벌루션하는 대사 반응 (산소 요구)의 신경 활동의 상관 관계이며,이 신경 활동의 직접 측정하지 않다는 것이다. 따라서 그 시간 해상도는 측정 된 전기 신호가 기본이되는 신경 활동보다는 신진 대사 반응에 가까운 예를 들어, 전기 생리학에 비해 좋지 않습니다. EEG에서의 fMRI는 초의 순서로 해상도에 비해 밀리 위해 시간 해상도를 갖는다. 그러나의 fMRI의 주요 장점은 기술의 공간 해상도가 우수하다는 것이다. 또한, 비 침습적이고, 따라서 주체는 공동으로 물질을 섭취 할 필요가 없습니다ntrast 제나는 양전자 방출 단층 촬영 (PET)에서 케이스 것 같은 방사선에 노출된다. 따라서,의 fMRI는 뇌의 영역을 인식,인지, 행동에 참여하는 조사 실험에 적합한 기술이다.
본 논문에서는 시각적 괴짜 패러다임의 fMRI (자세한 내용은 그림 1 참조)에 잘 설립 EEG-작업의 전송 예를 들어옵니다. 이 문제는 다른 패러다임을 사용하는 경우와 같은 결과 데이터의 해석에 영향을 줄 수있는 모든 기술적 논의의 fMRI 실험의 설계에서 고려되어야한다는 것을 주목해야한다. 괴짜 패러다임은 자주주의를 평가하고 검출 성능을 대상으로 심리학,인지 신경 과학에서 사용된다. 패러다임은 특히, EEG 연구에서 개발 된 사건 관련 전위 (까지 ERP), 소위 P300 구성 요소 하나를 조사합니다. P300은 표적 탐지를 나타내고 인식에 유도된다자주 대상 1 자극. P300은 정신 분열증과 친척 세, 흡연자 4와 고령화 오와인지 및 임상 영역이 예를 들어, 환자의 숫자에 걸쳐 연구에 사용된다. 괴짜 패러다임 (그리고 패러다임에 의해 유발 P300)이 견고하고 또한 다른 질병 상태에 의해 변조되는 것을 감안할 때, 서로 다른 영상 방식에서의 이동은 불가피했다.
다른인지 개념 프로빙 다수의 fMRI 연구에 의해 도시 된 바와 같이 괴짜의 fMRI 계측 동안 뇌에서 보이는 광범위 활성화는 여러인지 기능의 결과로 잘 알려져있다. 활성화 패턴이 광범위 자연 어렵게 뇌 영역은 실험자에 관심이 있음으로 인해 특정 작업 조작 또는 그룹 차이 활성 이상 (또는 이하)이다 판별 할 수있다. 구체적으로는, 맛보게에서 관찰 된 차이를인지 확실하지 않다vation은 주목 관련 프로세스에, 그 자체를 검출 대상으로 연관되어 있는지, 또는 그러한 모터 응답의 생산과 관련된 지속적인 작업 메모리 프로세스 또는 다른 프로세스로 작업 요구에 관련된다. 측정 된 활성에 기능을 할당하는 과정은 관심 (검출 대상)인지의 성분이 별난 태스크 (P300)로 클리어 응답하여 대뇌 측정 EEG 도메인 쉽다. 그럼에도 불구하고, 신경 과학자는 오히려 다른 설명을 배제하기위한 노력에 넣는 것보다, 자신의 가설과 실험에 찬성 자신의 연구 결과를 해석하는 경향이있다. 대부분의 실험은, 그러나, 본질적으로이 중요한 문제를 해결 할 수 없습니다 – 스캔 시간이 비용이 많이 드는 – 우리가 철저한 계획과 패러다임의 파일럿 테스트 주장 이유입니다.
뇌 영역과인지 적 성분 간의 직접 링크, 또한 별난 패러다임의 특성을 확립이 곤란 게다가의 fMRI로 전송 될 때 다른 가능한 방법 론적 문제를 제시한다. 예를 들어, 대상의 자극 검출은 일반적으로 응답 버튼을 누르면 표시된다. 이 실험은 응답의 정확성과 속도를 기록 할 수 있지만,이 응답은 또한 자극을 대상으로의 fMRI BOLD 응답에 영향을 미칠 수 있습니다. 자극 동기의 fMRI 활성화에 버튼을 누른 영향에 필요한 모터 조치는 단지 몇 백 밀리 초 대상 자극의 프리젠 테이션 후 발생하는 주어진. 이 반대의 경우도 마찬가지 예를 들어 뇌 모터 응답을 준비에 관여하는 영역 잘못 대상 자극의 검출에 관여하는 것으로 간주 될 수 있습니다에 대한 정품 인증의 해석에 영향을 미칠, 수 있습니다. 이 모터의 응답에 의존하지 표적 탐지의 간접 조치, 촬영함으로써 방법 론적 수정하게되었다. 예를 들어, 대상의 자극을 계산하는 것은 확실 주체 attenti을 유지할 수 있도록하는 방법으로 6 제안되어있다작업에에; 시행 횟수는 피사체가 얼마나 부주의 나타낼 수 놓쳤다. 태스크의 끝에서 카운트 된 자극의 수를보고하는 것은 또한 실험자 피사체 올바르게 작업을 수행할지 여부를 확인할 수 있다는 것을 의미한다. 세 번째 대안은 피사체 본질적 표적 탐지와 같은 반응을 유도하는 것으로한다 응답하는 방법에는 지침과 목표 자극의 신규성을 주어지지 완전 수동 작업 디자인을 사용하는 것이다. 태스크인지와 모터 요구가 7,8 다르기 때문에 자극과 기본적인 디자인의 동일한 유형을 사용하여 작업이 버전에도 불구하고, 각 태스크의 편차로 인한 활성 패턴은 다를 것이다. 예를 들어, 수동적 시청하는 동안 필요하지 않습니다 염두에두고 목표 자극의 현재 수를 들고, 예를 들어 대상 자극을 계산에 관련된 메모리 프로세스를 작업있을 것입니다. 수동 괴짜 작업 다음은이 세 버전, 계산,ND 반응은 작업 조건에서 이러한 변화를 감안하고 결과의 적절한 해석이 허용하는 방법을 조심 작업 디자인 및 구현을 보여주기 위해 사용된다.
Protocol
Representative Results
Discussion
우리는 작업을 조작하는 카운트에서 BOLD 활성화의 서로 다른 패턴의 시각적 괴짜 작업 결과에 요구 조건을 대응할 것을 보여준다. 부적절하게 할당 된 것이다 각 조건에 연루 지역의 일부 기능 역할 비교 가능하지 작업의 세 가지 버전의 데이터를 가지고 있었다. 데이터 해석의 모호성이 반드시 태스크가 다른 하나의 영상 기법에서 실험 패러다임을 전송할 때 특별한 배려에 대한 필…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Materials
| Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| Magnetom Tim Trio 3T MRI scanner | Siemens Medical Solutions, Erlangen, Germany | ||
| Presentation version 14.8 | Neurobehavioural system, Albany, CA, USA | ||
| Lumitouch device | Photon Control Inc, Burnaby, BC, Canada | This device is no longer produced by the manufacturer. Alternative MR compatible response devices are available | |
| TFT display | Apple, Cupertino, CA, USA | 30inch cinema display | The screen was custom modified in-house to be MR compatible. However, a number of MR compatible screens are available on the market |
| optseq | surfer.nmr.mgh.harvard.edu/optseq | program for determining optimal stimulus timing for rapid event related designs | |
| FMRIB software library (FSL) | FMRIB, Oxford | http://fsl.fmrib.ox.ac.uk/fsl/fslwiki/ | Other software tools are available for analysing fMRI data, for example SPM, AFNI and Brain Voyager |
References
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