Funkcjonalny rezonans magnetyczny związany ze zdarzeniem

Funkcjonalny rezonans magnetyczny związany ze zdarzeniem ( efMRI ) to technika stosowana w obrazowaniu metodą rezonansu magnetycznego pacjentów medycznych.

EfMRI służy do wykrywania zmian w odpowiedzi hemodynamicznej BOLD ( zależnej od poziomu tlenu we krwi ) na aktywność neuronów w odpowiedzi na określone zdarzenia.

Opis

W ramach metodologii fMRI istnieją dwa różne sposoby, które są zazwyczaj stosowane do prezentacji bodźców. Jednym ze sposobów jest projekt związany z blokami, w którym dwa lub więcej różnych warunków jest zmienianych w celu określenia różnic między dwoma warunkami, lub w prezentacji może być zawarta kontrola występująca między dwoma warunkami. Z kolei projekty związane z wydarzeniami nie są prezentowane w ustalonej kolejności; prezentacja jest losowa , a czas pomiędzy bodźcami może być różny.

efMRI próbuje modelować zmianę sygnału fMRI w odpowiedzi na zdarzenia neuronowe związane z próbami behawioralnymi. Według D'Esposito, „fMRI związane ze zdarzeniami może potencjalnie odpowiedzieć na szereg psychologii poznawczej z niedostępną wcześniej mocą wnioskowania i statystyczną”.

Każda próba może składać się z jednego „ zdarzenia” kontrolowanego eksperymentalnie (takiego jak prezentacja słowa lub obrazu) lub pośredniczonego przez uczestnika (takiego jak reakcja ruchowa). W ramach każdej próby występuje szereg zdarzeń, takich jak prezentacja bodźca , okres opóźnienia i reakcja. Jeśli eksperyment jest prawidłowo skonfigurowany, a różne zdarzenia są prawidłowo zgrane w czasie, efMRI pozwala osobie obserwować różnice w aktywności neuronów związane z każdym zdarzeniem.

Historia

Pozytronowa tomografia emisyjna (PET) była najczęściej stosowaną techniką mapowania mózgu przed opracowaniem fMRI. Istnieje szereg zalet, które są prezentowane w porównaniu z PET. Według D'Esposito obejmują one, że fMRI „nie wymaga wstrzyknięcia uczestnikom radioizotopu i poza tym jest nieinwazyjny, ma lepszą rozdzielczość przestrzenną i lepszą rozdzielczość czasową”.

Pierwsze badania MRI wykorzystywały „egzogenne znaczniki paramagnetyczne do mapowania zmian objętości krwi mózgowej ”, co pozwoliło na ocenę aktywności mózgu w ciągu kilku minut. Zmieniło się to wraz z dwoma postępami w MRI , szybkość technik MRI wzrosła do 1,5 Tesli pod koniec lat 80., co zapewniło obraz 2-D. Następnie Detre, Koretsky i współpracownicy odkryli endogenne mechanizmy kontrastu w oparciu o podłużne namagnesowanie netto w narządzie, a „drugi oparty na zmianach podatności magnetycznej wywołanych zmianą zawartości dezoksyhemoglobiny w tkance netto ”, który został oznaczony jako BOLD kontrast przez Siege Ogawa .

Odkrycia te posłużyły jako inspiracja dla przyszłych postępów w mapowaniu mózgu. Umożliwiło to naukowcom opracowanie bardziej złożonych rodzajów eksperymentów, wykraczających poza obserwację efektów pojedynczych rodzajów prób. Kiedy opracowano fMRI, jednym z jego głównych ograniczeń była niemożność randomizacji badań, ale fMRI związany ze zdarzeniami rozwiązał ten problem. Problemem było również odejmowanie poznawcze, które próbowało skorelować różnice poznawczo-behawioralne między zadaniami z aktywnością mózgu, łącząc dwa zadania, które, jak się zakłada, są idealnie dopasowane do każdego procesu sensorycznego, motorycznego i poznawczego z wyjątkiem tego, który jest przedmiotem zainteresowania.

Następnie nacisk na poprawę rozdzielczości czasowej badań fMRI doprowadził do opracowania projektów związanych ze zdarzeniami, które według Petersona zostały odziedziczone po badaniach ERP w elektrofizjologii , ale odkryto, że to uśrednianie nie stosuje się zbyt dobrze do odpowiedź hemodynamiczna , ponieważ odpowiedź z prób może się pokrywać. W rezultacie zastosowano losowe jitterowanie zdarzeń, co oznaczało, że czas powtarzania był zróżnicowany i losowy dla prób, aby zapewnić, że sygnały aktywacji nie nakładają się.

Odpowiedź hemodynamiczna

Aby funkcjonować, neurony potrzebują energii, której dostarcza przepływ krwi. Chociaż nie jest to w pełni zrozumiałe, odpowiedź hemodynamiczna została skorelowana z aktywnością neuronów, to znaczy wraz ze wzrostem poziomu aktywności wzrasta ilość krwi zużywanej przez neurony. Całkowite rozwinięcie tej reakcji zajmuje kilka sekund. W związku z tym fMRI ma ograniczoną rozdzielczość czasową .

Odpowiedź hemodynamiczna jest podstawą kontrastu BOLD (zależnego od poziomu tlenu we krwi) w fMRI. Odpowiedź hemodynamiczna pojawia się w ciągu kilku sekund od przedstawionych bodźców, ale konieczne jest rozdzielenie zdarzeń, aby upewnić się, że mierzona odpowiedź pochodzi z prezentowanego zdarzenia, a nie ze zdarzenia wcześniejszego. Prezentacja bodźców w szybszej sekwencji pozwala eksperymentatorom przeprowadzić więcej prób i zebrać więcej danych, ale jest to ograniczone przez powolny przebieg odpowiedzi hemodynamicznej, która generalnie musi mieć możliwość powrotu do linii podstawowej przed prezentacją kolejnego bodźca.

Według Burocka „wraz ze wzrostem szybkości prezentacji w projekcie związanym ze zdarzeniami losowymi wariancja sygnału wzrasta, zwiększając tym samym przejściową informację i zdolność do oszacowania podstawowej odpowiedzi hemodynamicznej”.

Szybki efMRI związany ze zdarzeniem

W typowym efMRI po każdej próbie odpowiedź hemodynamiczna może powrócić do wartości wyjściowych. W fMRI związanym z szybkimi zdarzeniami próby są randomizowane, a następnie HRF jest dekonwoluowany. Aby było to możliwe, należy zastosować każdą możliwą kombinację sekwencji prób, a odstępy między próbami należy tak rozregulować, aby czas między próbami nie zawsze był taki sam.

Zalety

  1. Zdolność do losowania i mieszania różnych rodzajów zdarzeń, która zapewnia, że ​​na jedno zdarzenie nie mają wpływu inne i stan poznawczy jednostki, nie pozwala na przewidywanie zdarzeń.
  2. Po eksperymencie zdarzenia można podzielić na kategorie na podstawie zachowania badanych
  3. Występowanie zdarzeń może być określone przez podmiot
  4. Czasami zablokowanego projektu wydarzenia nie można zastosować do wydarzenia.
  5. Traktowanie bodźców, nawet zablokowanych, jako oddzielnych zdarzeń, może potencjalnie skutkować dokładniejszym modelem.
  6. Rzadkie zdarzenia można zmierzyć.

Chee twierdzi, że projekty związane z wydarzeniami zapewniają szereg korzyści w zadaniach związanych z językiem, w tym możliwość oddzielenia poprawnych i niepoprawnych odpowiedzi oraz pokazania zależnych od zadania zmian w profilach reakcji czasowych.

Niedogodności

  1. Bardziej złożony projekt i analiza.
  2. Należy zwiększyć liczbę prób, ponieważ sygnał MR jest mały.
  3. Niektóre zdarzenia lepiej blokować.
  4. Kwestie synchronizacji: pobieranie próbek (poprawka: przypadkowy jitter, zmiana czasu prezentacji bodźców, pozwala na obliczenie średniej odpowiedzi hemodynamicznej na końcu).
  5. Zablokowane projekty mają wyższą moc statystyczną .
  6. Łatwiejsza identyfikacja artefaktów wynikających z niefizjologicznych fluktuacji sygnału.

Analiza statystyczna

W danych fMRI zakłada się, że istnieje liniowa zależność między stymulacją neuronów a odpowiedzią BOLD. Zastosowanie GLM pozwala na opracowanie średniej reprezentującej średnią odpowiedź hemodynamiczną u uczestników.

Statystyczne mapowanie parametryczne służy do tworzenia matrycy projektowej , która obejmuje wszystkie różne kształty odpowiedzi wytworzone podczas zdarzenia. Więcej informacji na ten temat można znaleźć w artykule Friston (1997).

Aplikacje

Źródła

  • Buckner, M., Burock, M., Dale, A., Rosen, B., Woldorff, M. Randomizowane projekty eksperymentalne związane ze zdarzeniami pozwalają na niezwykle szybkie tempo prezentacji przy użyciu funkcjonalnego MRI. (1998) NeuroReport. 19. 3735–3739.
  • Buckner, R. fMRI związany ze zdarzeniem i odpowiedź hemodynamiczna. (1998). Mapowanie ludzkiego mózgu. 6. 373–377.
  • Buckner, R., Dale, A., Rosen, B. Funkcjonalny rezonans magnetyczny związany z wydarzeniem: przeszłość, teraźniejszość i przyszłość. (1998). proc. Natl. Acad. nauka USA. 95. 773–780.
  • Chee, M. Siong, S., Venkatraman, V., Westphal, C. Porównanie projektów fMRI blokowych i związanych z zdarzeniami w ocenie efektu częstotliwości słów. (2003). Mapowanie ludzkiego mózgu. 18 . 186–193.
  • Dale, A., Friston, K., Henson, R., Josephs, O., Zarahn, E. Stochastic Designs in Event-Related fMRI. (1999). Neuroobraz. 10.607-6-19 .
  • D'Esposito, M., Zarahn, E. i Aguirre, GK (1999). Funkcjonalny rezonans magnetyczny związany ze zdarzeniami: implikacje dla psychologii poznawczej. Biuletyn psychologiczny, 125(1) . 155–164.
  • Dubis, J. Petersen, S. Projekt związany z blokiem / wydarzeniem Mized. (2011). Neuroobraz. doi 10.1016/j.neuroimage.2011.09.084.
  • Friston, K., Josephs, O., Turner, R. Zdarzeniowy fMRI. (1997). Mapowanie ludzkiego mózgu. 5. 243–248.
  • Henson, R. fMRI związane ze zdarzeniami: wprowadzenie, modelowanie statystyczne, optymalizacja projektu i przykłady. University College London. Artykuł zostanie przedstawiony na V Kongresie Cognitive Neuroscience Society of Japan .
Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Event-related_functional_magnetic_resonance_imaging&oldid=1099107642 ”