העברת משימות קוגניטיביות בין שיטות הדמיה מוחית: השלכות על המשימה עיצוב ותוצאות פרשנות בfMRI לימודים

כשיטות מדעי מוח הקוגניטיביים לפתח, משימות ניסיוניות שהוקמו משמשות עם שיטות הדמיה המוח מתפתחות. זוהי התקדמות הגיונית מכיוון שרוב המושגים נוירופסיכולוגיים (למשל, תת רכיבי זיכרון שונה) נחקרו בתחום ההתנהגותי ומשימות ניסוי מתאימות לבדיקת פונקציות ספציפיות פותחו ונבדקו. ככל שטכנולוגיה חדשה עולה ראיות ליסודות העצביים של תצפיות התנהגותיות אלה הוא ביקש עם שיטות ההדמיה של המוח החדשות. למרות שזה עשוי להיות מפתה פשוט לצייר על משימות התנהגותיות למדו היטב לבדיקות הדמיה, כמה אזהרות חשובות צריכה להילקח בחשבון. אחת מכריע, אם כי מוזנח לעתים קרובות, השיקול הוא השימוש בטכניקת ההדמיה המתאימה ביותר לחקור את הראיות התנהגותיות נוסף. במונחים של מדעי מוח ופסיכולוגיה קוגניטיבית יש שיטות הדמיה מוחית רבות זמינות כדי לשפר את ההבנה של Activ העצבי שלנוity בסיס מושגים של עניין; למשל electroencephalography (EEG), מגנט (MEG), גירוי מגנטי transcranial (TMS), הדמיית תהודה מגנטית תפקודית (fMRI) וטומוגרפיה של פליטת פוזיטרונים (PET). כל השיטות האלה יש את היתרונות שלהם, חסרונות ויישומים מתאימים. הנה העברת הפרדיגמה עם היסטוריה של ניסויים התנהגותיים וEEG ארוך לניסוי fMRI נחשבת. EEG היה בשימוש כבר עשרות שנים כדי לחקור תגובות עצביות הקשורים בתהליכים תפיסתיים וקוגניטיבית. ככזה, פרדיגמות רבות פותחו לשימוש בשיטה זו והתפתחו לאורך זמן. MRI התפקודי הוא טכניקה שיצאה לאחרונה גם במדעי המוח הקוגניטיביים וזה הוביל לכמה פרדיגמות שפותחו במחקר EEG בשימוש בfMRI. לבנות על בסיס הידע מניסויי EEG עם הטכניקות החדשות הוא צעד הגיוני, אבל בכל זאת כמה נקודות חשובות עלולות להיות מוזנחות בהעברה. הטכניקותמחדש שונה מאוד ומשימות צריכים להיות מתוכננות בהתאם. זה דורש ידע של איך השיטה עובדת, ובפרט, כיצד אפנון פוטנציאל של הפרדיגמה משמש ישפיע על הצעדים שננקטו. למידע נוסף על העיצוב של ניסויי fMRI הקורא המעוניין מופנה לקישור הבא http://imaging.mrc-cbu.cam.ac.uk/imaging/DesignEfficiency. עיצוב משימה ייחשב בהקשר של העברת פרדיגמה שפותחה עבור מחקר EEG לסביבת fMRI. מטרותיו של מאמר זה הן: א) כדי לתאר בקצרה fMRI וכאשר השימוש בו הוא מתאים במדעי המוח הקוגניטיביים; ii) כדי להמחיש כיצד עיצוב משימה יכול להשפיע על התוצאות של ניסוי fMRI, במיוחד כאשר המשימה שהושאלה משיטת הדמיה אחרת; וiii) כדי להסביר את ההיבטים המעשיים של ביצוע ניסוי fMRI.

MRI התפקודי הוא עכשיו techn זמין באופן נרחבique וכגון הוא שיטה נפוצה בשימוש במדעי המוח הקוגניטיביים. על מנת לקבל החלטה באשר לשאלה האם הטכניקה מתאימה לניסוי מסוים את היתרונות וחסרונות של fMRI יש לקחת בחשבון ביחס לטכניקות זמינות אחרות. חסרון של השיטה הוא שזה לא מדד ישיר של פעילות עצבית, אלא הוא לתאם פעילות עצבית שבתגובה המטבולית (דרישת חמצן) ומפותל עם תגובת haemodynamic. כך ההחלטה הזמנית שלה היא עניה בהשוואה לאלקטרופיזיולוגיה, למשל, שבו האות החשמלית שנמדדה היא קרובה יותר לפעילות העצבית הבסיסית ולא תגובה המטבולית. יש EEG רזולוציה זמנית בצו של אלפיות השניה בהשוואה להחלטה בצו של שניות בfMRI. עם זאת, היתרון העיקרי של fMRI הוא שהרזולוציה מרחבית של הטכניקה היא מצוינת. יתר על כן, זה לא פולשנית, ולכן נושאים לא צריך לבלוע חומרים כמו שיתוףסוכנים או ntrast להיות חשופים לקרינה כיהיה המקרה בטומוגרפיה של פליטת פוזיטרונים (PET). לכן, fMRI הוא טכניקה מתאימה לניסוי חקירה שאזורים במוח מעורבים בתפיסה, קוגניציה, והתנהגות.

במאמר זה את הפרדיגמה המוזרה החזותית נלקחה כדוגמא להעברת EEG-משימה מבוססת היטב לfMRI (ראה איור 1 לפרטים נוספים). יש לציין כי הנושאים שנדונו גם יכולים להשפיע על תוצאות ונתונים לפרשנות כאשר פרדיגמות אחרות משמשות וצריכים מבחינה טכנית להיחשב בעיצוב של כל ניסויי fMRI. הפרדיגמה המוזרה משמשת לעתים קרובות בפסיכולוגיה ומדעי מוח הקוגניטיביים להעריך את תשומת לב ולמקד את ביצועי זיהוי. הפרדיגמה פותחה במחקר EEG, במיוחד פוטנציאלי אירוע קשור (ERPs), לחקירת רכיב P300 שנקרא ^1. P300 מייצג איתור היעד, והוא הושר בעת ההכרה שליעד נדיר גירוי ^1. P300 משמש במחקרים על פני מספר תחומים קוגניטיביים וקליניים ² לדוגמא, חולים עם סכיזופרניה וקרוביהם ^3, מעשנים כבדים ⁴ והזדקנות האוכלוסייה ^5. בהתחשב בכך שהפרדיגמה המוזרה (וP300 שהושרו על ידי הפרדיגמה) הוא חזקה וגם הוא מווסתת על ידי מצבי מחלה שונים, העברתו על פני שיטות הדמיה שונות הייתה בלתי נמנעת.

ההפעלה הנרחבת ראתה במוח בזמן מדידת fMRI מוזר ידועה להיות התוצאה של תפקודים קוגניטיביים מרובים, כפי שמוצג על ידי מחקרי fMRI רבים חיטוט מושגים קוגניטיביים אחרים. טבע נרחב זה של דפוס ההפעלה עושה את זה קשה לקבוע איזה אזורים במוח יותר (או פחות) פעילים בשל מניפולציות משימה הספציפיות או הבדלים בין קבוצות שהנסיין הוא מעוניין. באופן ספציפי, זה לא בטוח שהבדלים שנצפו בactivation קשורים לגילוי המטרה עצמה, לתהליכי תשומת לב בנושא, או אם הם קשורים לדרישות משימה אחרות כגון תהליכים מתמשכים עובדים זיכרון או תהליכים הקשורים לייצור של תגובה מוטורית. התהליך של הקצאת פונקציה לפעילות הנמדדת הוא קל יותר בתחום שבו EEG המרכיב הקוגניטיבי של עניין (גילוי מטרה) נמדד בתגובה מוחית ברורה למשימה המוזרה (P300). עם זאת, מדעני מוח נוטים לפרש את הממצאים שלהם לטובת ההשערה שלהם ולהתנסות, ולא לשים במאמץ כדי לשלול הסברים חלופיים. רוב הניסויים, עם זאת, לא יוכלו לפתור את השאלות חשובות אלה מטבעם – זמן סריקה הוא יקר – וזו הסיבה שאנו טוענים לתכנון יסודי ובדיקות פיילוט של פרדיגמות.

חוץ מזה קושי זה בהקמת קשר ישיר בין אזורים במוח ומרכיבים קוגניטיביים, הטבע של הפרדיגמה המוזרה גםמציג בעיות מתודולוגיות אפשריות אחרות, כאשר מועבר לfMRI. לדוגמא, זיהוי של גירוי יעד מצויינים בדרך כלל על ידי לחיצה על כפתור תגובה. זה מאפשר הניסוי כדי להקליט את הדיוק ומהירות של תגובות אבל התגובה הזאת עשויה גם להשפיע על תגובת BOLD fMRI למקד גירויים. פעולת המנוע נדרשת להשפעות לחצו על לחצן הפעלה בfMRI-נעול גירוי נתון שזה קורה רק כמה מאה אלפיות שנייה אחרי הצגת גירוי המטרה. זה יכול גם להשפיע על פרשנות של הפעלה ש, לאזורי דוגמא המוח המעורבים בהכנה לתגובה המוטורית עשויים שלא בצדק להניח להיות מעורבים בזיהוי של גירוי המטרה, ולהפך. זה הוביל לשינויים מתודולוגיים לפי אמצעים עקיפים של גילוי המטרה, לא להסתמך על תגובות מנוע, נלקחים. לדוגמא, ספירת גירויי היעד הוצעה ⁶ כדרך להפוך את נושאים בטוחים לשמור attentiבמשימה; מספר הניסויים שלא נענו יכול לציין כיצד קשוב נושא היה. דיווח מספר הגירויים נספרו בסוף המשימה גם אומר שהנסיין יכול לבדוק אם הנושא ביצע את המשימה בצורה נכונה. חלופה שלישית היא להשתמש בעיצוב משימה פסיבי באופן מלא שבו הנושא הוא לא ניתנו הוראות על איך להגיב ואת החידוש של גירוי מטרת הנחה הוא לעורר תגובה כמו זיהוי יעד מיסודו. למרות גרסאות של המשימה תוך שימוש באותו הסוג של גירויים ועיצוב בסיסי אלה, דפוס ההפעלה כתוצאה מכל וריאציה של המשימה יהיה שונה בגלל הדרישות קוגניטיביות ומוטוריות של המשימות שונות ^7,8. לדוגמא, לא יהיו עובדים תהליכי זיכרון מעורבים בספירת גירויי יעד למשל, מחזיק את המספר הנוכחי של גירויי יעד במוח, שלא יידרשו בזמן צפייה פסיבית. הנה אלה 3 גרסאות של המשימה המוזרה, פסיביות, לספור,nd להגיב משמש כדי להראות עד כמה זהיר עיצוב משימה ויישום יכול להסביר את השינויים הללו בדרישות משימה ולאפשר פרשנות ראויה של התוצאות.