Transferência de tarefas cognitivas entre o cérebro métodos de imagem: Implicações para o Projeto Tarefa e interpretação dos resultados em estudos de fMRI

Como métodos de neurociência cognitiva desenvolver tarefas experimentais estabelecidas são usados ​​com métodos de imagem cerebral emergentes. Esta é uma progressão lógica, pois a maioria dos conceitos neuropsicológicos (por exemplo, a memória distinta-componentes sub) foram investigados no domínio comportamental e tarefas experimentais apropriados para sondagem funções específicas foram desenvolvidas e testadas. Como nova tecnologia surge evidência para as bases neurais destas observações comportamentais é procurado com os novos métodos de imagem cerebral. Embora possa ser tentador simplesmente desenhar em tarefas comportamentais bem estudadas para estudos de imagem, algumas ressalvas importantes devem ser levados em conta. Uma importante, embora frequentemente negligenciado, a consideração é a utilização da técnica de imagem mais adequado para investigar ainda mais a evidência comportamental. Em termos de neurociência cognitiva e psicologia, existem muitos métodos de imagem cerebral disponíveis para melhorar a nossa compreensão da activ neuraldade subjacente conceitos de interesse; por exemplo, a eletroencefalografia (EEG), magnetoencephalography (MEG), a estimulação magnética transcraniana (TMS), a ressonância magnética funcional (fMRI) e tomografia por emissão de pósitrons (PET). Todos esses métodos têm suas vantagens, desvantagens e aplicações apropriadas. Aqui a transferência de um paradigma com uma longa história de experimentos comportamentais e de EEG para um experimento fMRI é considerada. EEG tem sido usada há décadas para investigar respostas neurais associados com processos perceptivos e cognitivos. Como tal, muitos paradigmas foram desenvolvidos para utilização com este método e têm evoluído ao longo do tempo. A ressonância magnética funcional é uma técnica que surgiu mais recentemente em neurociência cognitiva e isso levou a alguns paradigmas desenvolvidos em pesquisa EEG sendo utilizados em fMRI. Para construir sobre a base de conhecimento a partir de experiências de EEG com as novas técnicas é um passo lógico, mas ainda assim alguns pontos importantes podem ser negligenciados na transferência. As técnicas are muito diferente e as tarefas precisam ser projetados em conformidade. Isto requer o conhecimento do funcionamento do método e, em particular, como potenciais modulações do paradigma utilizado irá influenciar as medidas tomadas. Para mais informações sobre o projeto de experimentos de fMRI o leitor interessado é direcionado para o seguinte link http://imaging.mrc-cbu.cam.ac.uk/imaging/DesignEfficiency . Desenho tarefa será considerada no contexto de um paradigma transferência desenvolvida para a pesquisa de EEG para o ambiente de ressonância magnética. Os objetivos deste trabalho são: i) descrever brevemente fMRI e quando seu uso é apropriado em neurociência cognitiva; ii) para ilustrar como o design tarefa pode influenciar os resultados de um experimento fMRI, particularmente quando essa tarefa é emprestado de outra modalidade de imagem; e iii) para explicar os aspectos práticos da realização de um experimento fMRI.

A ressonância magnética funcional é agora um tecnol amplamente disponíveisique e, como tal, é um método comum utilizado em neurociência cognitiva. A fim de tomar uma decisão sobre se a técnica é apropriada para um experimento em particular as vantagens e desvantagens de fMRI deve ser considerado em relação a outras técnicas disponíveis. Uma desvantagem do método é que ele não é uma medida directa da actividade neural, pelo contrário, é um correlato da actividade neuronal em que a resposta metabólica (consumo de oxigénio) convolvido com a resposta hemodinâmica. Assim, a sua resolução temporal é fraca em comparação com a electrofisiologia, por exemplo, em que o sinal eléctrico de medição é mais próxima da actividade neural subjacente em vez de uma resposta metabólica. EEG tem uma resolução temporal na ordem de milésimos de segundo em relação a uma resolução da ordem dos segundos em ressonância magnética. No entanto, a principal vantagem de ressonância magnética é que a resolução espacial da técnica é excelente. Além disso, não é invasivo e, assim, indivíduos que não têm a ingerir substâncias, tais como o coagentes ntrast ou ser exposto a radiação, como seria o caso da tomografia por emissão de pósitrons (PET). Portanto, fMRI é uma técnica adequada para experimentos investigando quais regiões cerebrais estão envolvidas na percepção, cognição e comportamento.

Neste trabalho o paradigma excêntrico visual é tomado como um exemplo para a transferência de um EEG-tarefa bem estabelecida a fMRI (veja a Figura 1 para detalhes). Note-se que as questões discutidas também pode influenciar os resultados e interpretação dos dados quando outros paradigmas são utilizados e devem ser tecnicamente considerado no projeto de todos os experimentos de fMRI. O paradigma excêntrico é freqüentemente usada em psicologia e neurociência cognitiva para avaliar a atenção e direcionar o desempenho de detecção. O paradigma foi desenvolvido em pesquisa EEG, especificamente relacionados a eventos potenciais (ERPs), para investigar o chamado componente P300 ^1. O P300 representa a detecção do alvo e é induzida pelo reconhecimento daum alvo pouco frequente estímulo ^1. O P300 é utilizado em estudos em vários domínios cognitivos e clínicos ² por exemplo, pacientes com esquizofrenia e seus familiares ^3, fumantes pesados ^​​4 e envelhecimento da população ^5. Tendo em conta que o paradigma excêntrico (e do P300 provocou pelo paradigma) é robusto e também é modulada por diferentes estados de doença, a sua transferência através de diferentes modalidades de imagem era inevitável.

A activação generalizada visto no cérebro durante uma medição de ressonância magnética excêntrico é conhecido por ser o resultado de várias funções cognitivas, como mostrado por numerosos estudos RMf sondagem outros conceitos cognitivos. Esta natureza generalizada do padrão de ativação torna difícil determinar quais regiões do cérebro são mais (ou menos) ativa devido às manipulações de tarefas específicas ou diferenças entre os grupos que o pesquisador está interessado em. Especificamente, não é certo se as diferenças observadas em activação estão relacionados para direcionar-se a detecção, a processos de atenção relacionado, ou se eles estão relacionados a outras demandas de tarefas, tais como os processos de memória em curso que trabalham ou processos relacionados com a produção de uma resposta motora. O processo de atribuição de função para a actividade medida é mais fácil no domínio do EEG, onde o componente cognitiva de interesse (detecção do alvo) é medido em resposta cerebral claro para a tarefa excêntrico (P300). No entanto, os neurocientistas tendem a interpretar suas descobertas em favor de sua própria hipótese e experimento, ao invés de colocar no esforço para descartar explicações alternativas. A maioria dos experimentos, no entanto, não será capaz de resolver essas questões importantes inerentemente – tempo de varredura é caro – é por isso que defendemos um planejamento completo e teste piloto de paradigmas.

Além dessa dificuldade em estabelecer uma relação directa entre as regiões do cérebro e componentes cognitivos, a natureza do paradigma excêntrico tambémapresenta outras questões metodológicas possíveis ao ser transferido para fMRI. Por exemplo, a detecção de um estímulo alvo é geralmente indicada por pressionando um botão de resposta. Isso permite que o experimentador para registrar a precisão e velocidade de respostas, mas esta resposta pode também ter impacto sobre a resposta BOLD fMRI para direcionar estímulos. A ação motora necessária para os impactos botão de imprensa sobre bloqueada estímulo ativação fMRI vez que isso acontece apenas algumas centenas de milissegundos após a apresentação do estímulo alvo. Isso também pode influenciar a interpretação de que a ativação, por exemplo regiões do cérebro envolvidas na preparação da resposta motora pode ser erroneamente assumido a ser envolvido na detecção do estímulo alvo, e vice-versa. Isto levou a modificações metodológicas segundo o qual, são tomadas medidas indiretas de detecção de alvos, não dependem de respostas motoras. Por exemplo, contar os estímulos-alvo tem sido proposto ⁶ como uma forma de garantir que os indivíduos mantêm attentisobre a tarefa; o número de tentativas perdidas pode indicar como desatento um assunto era. Reportando o número de estímulos contados no fim da tarefa, também significa que o experimentador pode verificar se o objecto a tarefa executada correctamente. Uma terceira alternativa é usar um design tarefa totalmente passiva em que o sujeito é dada nenhuma instrução sobre como responder e a novidade de um estímulo alvo é assumido para provocar inerentemente uma resposta de detecção de como alvo. Apesar destas versões da tarefa usando o mesmo tipo de estímulos e projeto básico, o padrão de ativação resultante de cada variação da tarefa será diferente porque as demandas cognitivas e motoras das tarefas são diferentes ^7,8. Por exemplo, haverá trabalhando processos de memória envolvidos na contagem alvo estímulos por exemplo, mantendo o número atual de estímulos alvo em mente, que não serão necessárias durante a visualização passiva. Aqui esses três versões da tarefa excêntrico, passivos, contagem, umnd respondem são usados ​​para mostrar como o design de tarefas e implementação cuidadosa pode levar em conta essas alterações nas exigências da tarefa e permitir a interpretação adequada dos resultados.