Übertragen kognitiven Aufgaben zwischen Gehirnbildgebende Verfahren: Implikationen für die Aufgabengestaltung und Ergebnisse Interpretation in fMRT-Studien

Wie kognitiven Neurowissenschaften Methoden zu entwickeln, festgestellt werden experimentelle Aufgaben mit aufstrebenden Gehirn bildgebenden Modalitäten verwendet. Dies ist eine logische Folge, da die meisten neuro Konzepte (zum Beispiel unterschiedliche Speicherunterkomponenten) sind in der Verhaltens Domäne und entsprechenden experimentellen Arbeiten zur Sondierung spezifische Funktionen untersucht, entwickelt und getestet. Als neue Technologie entsteht die Beweise für die neuronalen Grundlagen dieser Verhaltensbeobachtungen mit den neuen bildgebenden Methoden gesucht. Zwar mag es verlockend, einfach zu ziehen auf gut untersuchten Verhaltens Aufgaben für bildgebende Studien, haben mehrere wichtige Einschränkungen berücksichtigt werden. Ein wesentlicher, wenn auch häufig vernachlässigt, ist die Berücksichtigung der Verwendung des am besten geeigneten Bilderzeugungstechnik zu weiteren Sonde die Verhaltenshinweise. In Bezug auf die kognitiven Neurowissenschaften und der Psychologie gibt es viele bildgebende Verfahren zur Verfügung, um unser Verständnis des neuronalen aktiv verbessernkeit zugrunde liegenden Konzepte von Interesse; zum Beispiel der Elektroenzephalographie (EEG), Magnetenzephalographie (MEG), transkranielle Magnetstimulation (TMS), die funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT) und der Positronen-Emissions-Tomographie (PET). Alle diese Methoden haben ihre Vorteile, Nachteile und entsprechende Anwendungen. Hier die Übertragung eines Paradigma mit einer langen Geschichte von Verhaltens-und EEG-Experimente zu einem fMRI-Experiment betrachtet. EEG ist seit Jahrzehnten eingesetzt, um neuronale Reaktionen mit Wahrnehmungs und kognitive Prozesse verbunden zu untersuchen. Als solche haben viele Paradigmen für die Verwendung mit diesem Verfahren entwickelt und im Laufe der Zeit entwickelt. Funktionelle MRT ist eine Technik, die in jüngerer Zeit in den kognitiven Neurowissenschaften entstanden und dies hat zu einigen Paradigmen in der EEG-Forschung entwickelt, die in fMRI eingesetzt geführt. Um die Wissensbasis von EEG-Experimente mit den neuen Techniken zu bauen, ist ein logischer Schritt, aber dennoch einige wichtige Punkte können in der Übertragung vernachlässigt werden. Die Techniken einsind sehr unterschiedlich und Aufgaben müssen entsprechend ausgelegt sein. Dies erfordert Wissen, wie die Methode funktioniert und insbesondere, wie potenzielle Modulationen des Paradigmas verwendet werden die Maßnahmen zu beeinflussen. Für weitere Informationen über das Design von fMRI-Experimente der interessierte Leser auf den folgenden Link gerichtet http://imaging.mrc-cbu.cam.ac.uk/imaging/DesignEfficiency . Aufgabe Design wird im Rahmen der Übertragung eines Paradigma für EEG-Forschung für die fMRI-Umgebung entwickelt betrachtet werden. Die Ziele dieser Arbeit sind: i) kurz beschreiben, fMRI und wenn ein Einsatz Sinn in den kognitiven Neurowissenschaften ist; ii) zu veranschaulichen, wie Aufgabengestaltung können die Ergebnisse eines Experiments fMRI, insbesondere wenn diese Aufgaben von einem anderen bildgebenden Verfahren entlehnt beeinflussen; und iii) die praktischen Aspekte der Durchführung einer fMRI-Experiment erklären.

Funktionelle MRT ist heute ein weithin verfügbar techniQue und als solche ist ein übliches Verfahren in den kognitiven Neurowissenschaften eingesetzt. Um eine Entscheidung zu treffen, ob die Technik für ein bestimmtes Experiment die Vorteile und Nachteile der fMRT müssen im Verhältnis zu anderen verfügbaren Techniken berücksichtigt werden angemessen zu machen. Ein Nachteil des Verfahrens ist, dass es nicht ein direktes Maß für die neuronale Aktivität, sondern es ist ein Korrelat der neuronalen Aktivität in dem die Stoffwechselreaktion (Sauerstoffbedarf) der hämodynamischen Antwort gefaltet. Somit ihre zeitliche Auflösung ist schlecht im Vergleich zu Elektrophysiologie, zum Beispiel, wenn der gemessene elektrische Signal näher an der zugrunde liegenden Nervenaktivität statt einer Stoffwechselreaktion ist. EEG hat eine zeitliche Auflösung in der Größenordnung von Millisekunden im Vergleich zu einer Auflösung in der Größenordnung von Sekunden in fMRI. Jedoch ist der Hauptvorteil der fMRI, dass die räumliche Auflösung der Technik ist hervorragend. Ferner ist es nicht invasiv und somit Fächer nicht zu Substanzen wie CO aufnehmenntrast Mittel oder Strahlung, wie es in der Positronen-Emissions-Tomographie (PET) der Fall sein, ausgesetzt werden. Daher ist eine geeignete Technik fMRI für Experimente untersuchen, welche Hirnregionen sind in der Wahrnehmung, Kognition und Verhalten beteiligt.

In diesem Papier die visuelle oddball Paradigma wird als Beispiel für die Übertragung von einem gut etablierten EEG-fMRI Aufgabe (siehe Abbildung 1 für Details) übernommen. Es sei darauf hingewiesen, dass die Probleme diskutiert auch beeinflussen Ergebnisse und Interpretation der Daten, wenn andere Paradigmen verwendet werden und sollte technisch in der Gestaltung aller fMRI Experimente angesehen werden können. Die oddball Paradigma wird häufig in der Psychologie und den kognitiven Neurowissenschaften verwendet werden, um Aufmerksamkeit zu beurteilen und Zielerkennungsleistung. Das Paradigma wurde in der EEG-Forschung entwickelt, die speziell ereigniskorrelierten Potenziale (EKP), für die Untersuchung der so genannten P300-Komponente ^1. Die P300 stellt Zielerkennung und wird bei Erkennung ausgelösteine seltene Zielreiz ^1. Die P300 ist in Studien in einer Reihe von kognitiven und klinischen Bereichen ² zB Patienten mit Schizophrenie und deren Angehörige ^3, starke Raucher ⁴ und der Alterung der Bevölkerung ⁵ verwendet. Da die oddball Paradigma (und der P300 durch das Paradigma hervorgerufen) ist robust und wird auch von verschiedenen Krankheitszuständen moduliert und ihre Übertragung in verschiedenen bildgebenden Verfahren war unvermeidlich.

Die weit verbreitete Aktivierung im Gehirn während einer fMRT-Messung oddball gesehen ist bekannt, dass das Ergebnis von mehreren kognitiven Funktionen sein, wie zahlreiche fMRT-Studien Sondieren anderen kognitiven Konzepte gezeigt. Diese weit verbreitete Art der Aktivierungsmuster macht es schwierig, festzustellen, welche Hirnregionen sind mehr (oder weniger) aktiv aufgrund der spezifischen Aufgabe Manipulationen oder Gruppenunterschiede, dass der Experimentator interessiert ist. Insbesondere ist es nicht sicher, ob die beobachteten Unterschiede in der Activation sind verwandt, um den Nachweis selbst zielen, um die Aufmerksamkeit bezogenen Prozesse, oder ob sie auf andere Aufgabenanforderungen, wie laufende Prozesse oder Arbeitsgedächtnis, die zur Herstellung eines Kraft Antwort Zusammenhang stehen. Der Prozess der Zuordnung von Funktion der gemessenen Aktivität ist einfacher in der EEG-Domäne, in der kognitive Komponente von Interesse (Zielerfassung) in klare Antwort auf die zerebrale oddball Aufgabe (P300) gemessen. Dennoch neigen Neurowissenschaftler, ihre Ergebnisse zu Gunsten der eigenen Hypothese und Experiment interpretieren, sondern als das Bemühen um auszuschließen, alternative Erklärungen. Die meisten Experimente, jedoch nicht in der Lage, diese wichtigen Fragen von Natur aus zu lösen – Scanzeit ist teuer – das ist, warum wir streiten für eine gründliche Planung und Pilottests von Paradigmen.

Neben dieser Schwierigkeit, eine direkte Verbindung zwischen Hirnregionen und kognitive Komponenten, die Art der oddball Paradigma auchstellt andere mögliche methodische Fragen, wenn sie auf fMRI übertragen. Beispielsweise wird die Erfassung eines Ziel Stimulus gewöhnlich durch Drücken einer Antworttaste angezeigt. Dies ermöglicht es dem Experimentator, die Genauigkeit und die Geschwindigkeit der Reaktionen aufzunehmen, aber diese Reaktion kann auch auf der BOLD fMRI Reaktion auf Stimuli beeinflussen zielen. Der Motor Aktion für die Taste drücken Auswirkungen auf Reiz-gesperrt fMRI-Aktivierung erforderlich gegeben, dass es nur ein paar hundert Millisekunden nach der Präsentation des Zielreiz passiert. Dies kann auch beeinflussen Auslegung dieser Aktivierung, beispielsweise Hirnregionen bei der Vorbereitung für die Motorreaktion beteiligt sein könnten fälschlicherweise angenommen, dass bei der Detektion der Ziel Stimulus beteiligt ist, und umgekehrt. Dies hat zu methodischen Änderungen, wobei indirekte Maßnahmen der Zielerkennung, nicht auf motorische Reaktionen angewiesen, getroffen werden geführt. Zum Beispiel zählen Zielreize wurde als ein Weg, um sicherzustellen, dass Themen halten attenti vorgeschlagen ⁶auf die Aufgabe; die Anzahl der Versuche verpasst hat, kann angeben, wie unaufmerksam ein Thema war. Die Berichterstattung über die Anzahl der Reize am Ende der Aufgabe gezählt bedeutet auch, dass der Experimentator kann prüfen, ob das Thema richtig durchgeführt die Aufgabe. Eine dritte Alternative ist, um eine vollständig passive Aufgabe Design, bei dem das Motiv keine Anleitung, wie zu reagieren und die Neuheit eines Zielreiz gegeben wird angenommen, dass von Natur aus zu entlocken ein Zielerfassungsartige Reaktion zu verwenden. Trotz dieser Versionen der Aufgabe mit der gleichen Art von Stimuli und Grundkonstruktion wird das Aktivierungsmuster von jeder Schwankung der Aufgabe ergebenden unterschiedlich sein, weil die kognitiven und motorischen Anforderungen der verschiedenen Aufgaben ^7,8 sind. Zum Beispiel wird es in Arbeits Zählen Zielreize zB, die aktuelle Anzahl der Zielreize im Auge beteiligt Gedächtnisprozesse, die während der passiven Betrachtung nicht erforderlich wird. Hier sind diese 3 Versionen des oddball Aufgabe, passiv, zu zählen, einnd reagieren werden verwendet, um zu zeigen, wie vorsichtig Aufgabe Design und Implementierung kann für diese Änderungen in der Aufgabenanforderungen Rechnung tragen und entsprechende Interpretation der Ergebnisse.