أسلوب التصوير مع التعزيز ، Eyetracking ، والرصد الفسيولوجي

يوضح هذا البرنامج التعليمي طريقة لدراسة آلية التعزيز باستخدام التصوير الوظيفي للدماغ أو FMRI. في هذا البروتوكول، يخضع الأشخاص للتصوير الوظيفي أثناء أداء مهمة صنع قرار بصري، يتم تعزيزها بواسطة محفزات تتمثل في عصير مكافئ، أو نفخة هواء منفرة، أو نغمة سمعية محايدة عبر نظارات متوافقة مع جهاز التصوير. يجب على الأشخاص تحديد ما إذا كانت مجموعة من النقاط تتحرك بسرعة أم أنها تتحرك ببطء.

كما يتم مراقبة حركات العين والاستجابات الفسيولوجية مثل التنفس ومعدل ضربات القلب. مرحبًا، أنا جاك جرين باند من مختبر فينس فيريرا وجوي هيرش في قسم علوم الأعصاب بجامعة كولومبيا، وأنا فرانكو باست، أيضًا من المختبر هنا في جامعة كولومبيا.

سنعرض لكم اليوم إجراءً للتصوير الوظيفي مع التعزيز السلوكي والمراقبة الفسيولوجية وتتبع حركة العين. نستخدم هذا الإجراء في مختبرنا لدراسة اتخاذ القرار مع وجود تعزيز إيجابي وسلبي. لذا، لنبدأ.

تتضمن الخطوات الأولى في إجراء تجربة الرنين المغناطيسي الفيرومي (FMR) إعداد المعدات وفحصها. يمكن تنفيذ هذه الخطوات بأي ترتيب؛ وخلال تجاربنا، يُكافأ الخاضعون للتجربة عند تقديم استجابات سلوكية صحيحة. أما المثير المكافئ فهو المشروب المفضل للخاضع للتجربة، والذي يتم تقديمه بواسطة موزع عصائر يتحكم في كمية السائل التي تصل إلى فم الخاضع للتجربة.

يتكون موزع العصير من خزان، وصمام لولبي يتم التحكم فيه بواسطة الحاسوب، وأنبوب طويل يقوم بإيصال العصير إلى الشخص الخاضع للفحص. تُحفظ جميع المكونات الإلكترونية لهذا الموزع خارج غرفة الماسح الضوئي، وذلك لتجنب إحداث أي تداخلات (artifacts) في إشارة الرنين المغناطيسي (MR signal). يتم شطف موزع العصير وملؤه بالمشروب الذي يفضله الشخص الخاضع للفحص.

قبل البدء في المسح، يتم اختبار النظام للتأكد من تدفق السوائل. يتم معاقبة المشاركين على الاستجابات غير الصحيحة بنفخة هواء في العين تستغرق 50 millisecond. ويقوم منظم ضغط بتوفير نفخة هواء محكومة، والتي سيصنفها المشارك على أنها منفرة ولكنها غير صدمية.

يتم ضبط منظم الضغط في البداية على 30 PSI ويوصل بمصدر للهواء المضغوط، والذي قد يكون خزان هواء أو نظام هواء مركزي. ويتم التحكم في الصمام الملفي (Solenoid valve) عبر إشارة حاسوبية. يتم إيصال الهواء إلى الخاضع للتجربة من خلال أنبوب tigon بمقاس 16 وحدة من البوصة، على أن يتم الحفاظ على طوله بحيث لا يتجاوز ثماني أقدام تقريباً.

لتجنب حدوث تأخير بين وقت فتح الصمام ووقت وصول الهواء المضغوط إلى الخاضع للاختبار، يتم وضع منظم الضغط داخل غرفة الماسح الضوئي، وذلك لأن أي حركة، مثل رد الفعل تجاه نفثات الهواء أو حركة الرأس أثناء البلع، قد تؤدي إلى ظهور آثار اصطناعية (artifacts) في صورة FMRI. ويُستخدم شريط عض (bite bar) لتقليل حركة الرأس، حيث يتصل شريط العض بملف الرأس RF ويحتوي على قطعة فموية مصممة خصيصاً ومصنوعة من مادة اللدائن الحرارية، كما تدمج في القطعة الفموية أنابيب لتوصيل العصير ومراقبة غازات التنفس.

يجب على الخاضع للتجربة ببساطة الحفاظ على تلامس جيد بين أسنانه العلوية والقطعة الفموية. ومن المهم تنبيهه بعدم العض بقوة على القطعة الفموية، لأن ذلك سيؤدي إلى إجهاد عضلات الفك. يتم مراقبة ضربات القلب أثناء التجربة من أجل إزالة أي تداخلات (artifacts) لاحقاً أثناء تحليل البيانات، والتي قد تنجم عن زيادة أكسجة الدم في الدماغ ولا تعود إلى النشاط العصبي.

لقياس التغيرات في مستوى الأكسجة المرتبطة بالدورة القلبية، نستخدم مقياس تأكسج النبض لقياس أكسجة الدم في طرف الإصبع باستخدام مستشعر بالأشعة تحت الحمراء. يتميز مقياس تأكسج النبض بالتوافق مع الرنين المغناطيسي (MR compatible)، وتُمرر إشارة مخرجاته عبر لوحة ترشيح إلى غرفة التحكم حيث يتم تحويلها إلى صيغة رقمية وتخزينها على جهاز الكمبيوتر. كما نقوم بقياس التنفس باستخدام جهاز مراقبة غازات التنفس (RGM) الذي يقيس مستويات ثاني أكسيد الكربون الزفيري.

بما أن التنفس يؤثر على أكسجة الدم، فإن جهاز مراقبة التنفس (RGM) متوافق مع الرنين المغناطيسي (MR)، وتُرسل إشاراته الناتجة إلى غرفة التحكم حيث يتم تحويلها إلى صيغة رقمية وتخزينها على الكمبيوتر. يتم توفير التحفيز البصري بواسطة زوج من النظارات المتوافقة مع الماسح الضوئي، والتي تحفز كل عين بشكل مستقل. تتضمن النظارات كاميرا أشعة تحت حمراء مصغرة لقياس حركات العين من أجل تحديد المكان الذي ينظر إليه المفحوص، حيث نقوم بتتبع حركات العين باستخدام تقنية تصوير الفيديو بالأشعة تحت الحمراء.

تؤثر حركات العين على موضع المحفزات البصرية على الشبكية، مما يؤثر بدوره على الاستجابات البصرية في الدماغ. كما يمكن للمشارك استخدام حركات العين للإشارة إلى الاستجابات السمعية لحدة البصر (VA). وفي هذه الطريقة، تُستخدم كاميرا تعمل بالأشعة تحت الحمراء لتتبع حركات الحدقة.

يتم دمج باعث الأشعة تحت الحمراء والكاميرا في زوج من النظارات المصممة خصيصاً، وهي ذات النظارات التي توفر التحفيز البصري. وتتم معالجة البيانات الواردة من النظارات بواسطة جهاز كمبيوتر مخصص يقوم بتحويل صور العين إلى إشارات تماثلية لموضع العين الأفقي والعمودي.

يقع الماسح الضوئي في غرفة معزولة كهربائيًا ومغناطيسيًا. تمر جميع الإشارات الكهربائية المتجهة من غرفة التحكم إلى غرفة الماسح عبر لوحة تصفية (filter panel)، لإزالة أي ترددات قد تتسبب في ظهور عيوب تصويرية (artifacts) في صورة الرنين المغناطيسي. وقبل البدء في الفحص، يجب أن يخضع كل مشارك لإجراءات السلامة والموافقة.

يتم شرح الدراسة ومناقشة كافة المخاطر، ثم يقدم الخاضع للدراسة موافقته. تهدف هذه العملية إلى حماية المشاركين من الإكراه والحفاظ على خصوصيتهم وصحتهم. كما يتم فحص الخاضع للدراسة للتأكد من عدم وجود أي معادن في أي جزء من الجسم، سواء في الداخل أو الخارج.

قبل بدء التجربة، يتم تحفيز الشعور بالعطش لدى الأشخاص الخاضعين للدراسة عن طريق تقييد تناول السوائل طواعية لمدة ست ساعات. وبهذه الطريقة، يصبح العصير الذي يتم تناوله أثناء التجربة مكافأة قيمة للغاية. وعندما يحين وقت إجراء المسح، يجب على الشخص وضع سدادات أذن لحماية الأذنين من ضوضاء جهاز المسح.

يجب على الخاضع للفحص أيضًا ارتداء سماعات رأس متوافقة مع الرنين المغناطيسي للتواصل مع الباحثين وسماع التعليمات. وخلال جلسة التصوير، نستخدم صورًا هيكلية موزونة بـ T1 تعطي تعريفًا واضحًا لمورفولوجيا دماغ الخاضع للفحص. يستلقي الشخص بوضعية سلبية ويظل ساكنًا قدر الإمكان.

خلال هذه المرحلة، التي تستمر لمدة 10 دقائق تقريباً، نستخدم تسلسلين وظيفيين بوزن T2 لإظهار التغيرات في أكسجة الدم المرتبطة بالنشاط العصبي. وفي هذه المرحلة، يقوم المفحوص بمهمة اتخاذ قرار إدراكي باستخدام محفزات بصرية، حيث يشاهد نمطاً من النقاط المتحركة ويصدر حكماً إدراكياً بشأن اتجاه حركتها أو سرعتها.

يقوم الخاضع للتجربة بالإشارة إلى استجابته عن طريق الضغط على الأزرار. ويتم تعزيز هذه الاستجابات باستخدام العصير في حالة الإجابة الصحيحة، ونفثات الهواء في حالة الإجابة الخاطئة. وفي حال كانت الاستجابة غير صحيحة، تُستخدم المثيرات السمعية كمعززات ثانوية.

يتم مراقبة حركات العين باستمرار خلال هذه المرحلة. تستغرق كل جولة تجريبية 11 دقيقة، وهناك أربع جولات في جلسة المسح الواحدة. نستخدم صور الرنين المغناطيسي الموزونة بالانتشار، DWI، لتحديد الاتصالية الهيكلية بين مناطق الدماغ.

خلال هذه المرحلة، يستلقي الخاضع للتجربة دون حركة لمدة 12 دقيقة تقريباً. لقد عرضنا لكم للتو تجربة تصوير وظيفي تتضمن تعزيزاً سلوكياً، ومراقبة فسيولوجية، وتتبعاً لحركة العين.

لقد شرحنا كيفية استخدام هذا الإجراء لدراسة اتخاذ القرار باستخدام التعزيز التنفيري والجاذب. وهذا كل شيء. شكراً للمشاهدة، ونتمنى لكم التوفيق في تجاربكم.