Indagine del cervello Imaging i correlati neurali di osservazione virtuale interazioni sociali

L'obiettivo generale del seguente esperimento è studiare i correlati neurali dell'osservazione di interazioni sociali utilizzando personaggi virtuali che interagiscono in un contesto sociale in combinazione con la registrazione fMRI. Questo viene realizzato creando personaggi animati tridimensionali che interagiscono tra loro come ospiti e ospitanti in un ambiente di tipo professionale, e personaggi inanimati che fungono da condizioni di controllo. Successivamente, vengono registrati dati di neuroimmagine mentre i partecipanti osservano interazioni sociali virtuali, e quindi i dati vengono analizzati al fine di identificare le aree cerebrali che fanno parte della cosiddetta rete della cognizione sociale. Le aree cerebrali tipicamente sensibili all'osservazione e alla valutazione di interazioni sociali includono il solco temporale superiore, la corteccia frontale laterale e mediale e l'amigdala, poiché consentono lo studio dei correlati neurologici della cognizione sociale.

Questo aspetto potrebbe contribuire alla comprensione delle possibili cause dei deficit nel comportamento sociale, osservati in condizioni cliniche come la fobia sociale e l'autismo. Il principale vantaggio di questa tecnica rispetto ai metodi esistenti, come quelli che utilizzano stimoli facciali, consiste nel fatto che, impiegando personaggi animati a figura intera, è possibile includere manipolazioni che assomigliano più da vicino alle interazioni sociali reali, come il contatto fisico formale e la stretta di mano. Una cosa del genere non è possibile utilizzando soltanto stimoli facciali.

Il compito consiste in una serie di video animati della durata di dieci secondi che mostrano interazioni non verbali tra un ospite e un ospitante. In un contesto lavorativo, il soggetto osserva l'ospite mentre viene salutato da un ospitante, condizione di interazione sociale, oppure da un manichino di cartone che rappresenta l'ospitante, condizione di assenza di interazione sociale o condizione di controllo. L'ospitante può mostrare comportamenti che invitano a un'ulteriore interazione sociale, denominata condizione di avvicinamento, oppure comportamenti che possono indicare mancanza di interesse verso un'ulteriore interazione, denominata condizione di evitamento.

Oltre al tipo base di comportamenti mostrati dall'ospite, si può includere lo studio degli effetti del contatto fisico formale sul comportamento. Ad esempio, in metà delle prove, i personaggi possono stringersi la mano come parte del protocollo di saluto, mentre nelle altre non fanno nulla. Questa manipolazione può assumere un significato diverso a seconda dell'ambiente culturale dello spettatore.

Altre manipolazioni possono prevedere un cambiamento della prospettiva dell'osservatore da personale a impersonale. Mostrando le parole me o altro, questa manipolazione permette di identificare le risposte modulate dall'engagement personale. L'alternanza tra queste due prospettive può essere programmata all'inizio di ogni prova.

I video possono essere seguiti da diverse schermate di valutazione. Ad esempio, si può chiedere al soggetto di valutare l'ospite in termini di competenza, affidabilità e interesse a fare affari su una scala a cinque punti, dove zero indica per niente e cinque indica molto. Queste valutazioni dovrebbero essere controbilanciate tra le prove per evitare effetti dovuti all'ordine di presentazione.

Inoltre, i personaggi nei video devono essere bilanciati rispetto al comportamento mostrato, all'origine etnica, alla camicia, al colore e allo stile dei capelli. Anche aspetti fondamentali che potrebbero influenzare le interazioni sociali, come l'attraenza, devono essere controllati per garantire l'assenza di differenze sistematiche tra le categorie di prova. Ogni sessione deve iniziare con sei secondi di fissazione, per permettere la stabilizzazione del segnale MR; l'ordine delle prove deve inoltre essere randomizzato all'interno di ogni blocco e bilanciato tra i partecipanti, al fine di evitare effetti legati allo stimolo, alla prevedibilità e all'ordine.

Un intervallo inter-trial di otto secondi segue ogni prova con il filmato e la fine di ogni serie. Per evitare inoltre perdite di dati soggette a bias, idealmente la condizione dovrebbe essere rappresentata in modo equilibrato in ogni blocco in base a ciascuna manipolazione. Quando il soggetto arriva, assicurarsi di ottenere il consenso scritto e informato e di effettuare la valutazione di sicurezza per la risonanza magnetica.

Fare inoltre compilare al soggetto dei questionari volti a valutare i tratti della personalità e lo stato mentale attuale, che potrebbero influenzare le risposte dei partecipanti durante lo studio prima della scansione. Informare dettagliatamente il partecipante sulle procedure di scansione e fornire istruzioni specifiche per il compito comportamentale al fine di evitare disagio e aumentare la familiarità con il compito. Inoltre, far svolgere al partecipante una prova abbreviata.

Ora accompagnare il soggetto nella stanza di scansione e istruirlo a sdraiarsi in posizione supina sul lettino di scansione. Fornire protezione per le orecchie e cuffie insonorizzate per la comunicazione. Durante la scansione, aggiungere un cuscino supplementare per la testa per garantire comfort e ridurre al minimo i movimenti.

Inoltre, il lato non adesivo di un pezzo di nastro può essere avvolto leggermente attorno alla fronte del partecipante per ridurre ulteriormente i movimenti della testa durante la valutazione delle risposte psicofisiologiche implicite automatiche a immagini emotive e neutre. Oltre alle valutazioni esplicite, è possibile registrare anche le risposte di conduttanza cutanea durante la scansione fMRI. Infine, posizionare comodamente la mano destra del soggetto sulla scatola di risposta e verificare che i pulsanti funzionino correttamente. Posizionare un pulsante di arresto d'emergenza nelle vicinanze, in modo che il soggetto possa segnalare qualsiasi necessità urgente di interrompere la scansione prima dell'inizio della raccolta dati.

Assicurarsi che il soggetto possa vedere chiaramente la proiezione sullo schermo per la presentazione dello stimolo. Innanzitutto, acquisire un'immagine strutturale pesata in T1 ad alta risoluzione, come un SPGR o un MP rage. Successivamente, impostare le acquisizioni funzionali in modo da consentire una copertura completa del cervello.

Nelle nostre ricerche, acquisiamo una serie di 28 sezioni funzionali con dimensione del voxel di quattro per quattro per quattro millimetri, acquisite in senso assiale. Utilizzando una sequenza di impulsi echo planar con un TR di 2000 millisecondi, un TE di 40 millisecondi e un campo visivo di 256 per 256 millimetri, informate il soggetto che l'acquisizione funzionale sta per iniziare e ricordategli o ricordatele i compiti che verranno eseguiti. A questo punto, assicuratevi che la risonanza magnetica inizi in sincronia con la presentazione dello stimolo.

Al termine della scansione, aiutare il partecipante a uscire dallo scanner e assicurarsi di ringraziarlo per aver partecipato all'esperimento. Una volta raccolti, i dati possono essere analizzati utilizzando qualsiasi pacchetto software per l'elaborazione di fMRI, come la mappatura parametrica statistica, comunemente nota come SPM. Il nostro laboratorio utilizza questo strumento in combinazione con mats interni.

Gli strumenti di pre-elaborazione basati in laboratorio utilizzati nel nostro gruppo comprendono passaggi tipici come controllo della qualità, allineamento delle immagini, correzione del movimento, co-registrazione, normalizzazione e filtraggio spaziale con un kernel di otto millimetri. Quando si utilizza SPM, il modello lineare generale viene applicato per valutare l'adattamento dei dati registrati per ciascuna condizione di interesse a una funzione di risposta emodinamica predeterminata. In alternativa, i dati di ciascuna condizione possono essere mediati selettivamente per visualizzare il segnale FMR grezzo associato a ogni condizione, senza ipotesi predeterminate sulla forma della funzione di risposta emodinamica.

In questo caso, le differenze nella risposta possono essere valutate punto per punto nel tempo, e i contrasti di interesse rivelano variazioni rispetto alla condizione basale pre-stimolo, nonché differenze tra una condizione e un'altra. Queste analisi possono essere utilizzate separatamente o in modo complementare. L'analisi dei dati può combinare approcci a livello di singolo voxel e approcci basati su regioni di interesse per confrontare l'attività cerebrale associata alle condizioni di interesse, come interazione sociale versus assenza di interazione sociale.

L'analisi voxel per voxel dell'intero cervello produrrà mappe statistiche che identificano reti più ampie di regioni cerebrali associate al compito, mentre l'analisi delle regioni di interesse permetterà di indagare in modo mirato la risposta in specifiche aree cerebrali identificate a priori come parte della rete della cognizione sociale. L'analisi delle regioni di interesse può inoltre essere utilizzata per estrarre il segnale fMRI a scopo illustrativo. Il confronto tra prove di interazione sociale e prove di controllo senza interazione ha rivelato un'attività in regioni cerebrali tipicamente associate alla cognizione sociale.

Qui osserviamo una mappa funzionale che mostra le attivazioni nel solco temporale superiore e nella corteccia prefrontale laterale. La barra dei colori indica il gradiente del valore T della mappa di attivazione. I grafici a linee illustrano gli andamenti temporali del segnale fMRI estratti dalle ROI di ciascuna regione cerebrale per ogni tipo di prova e punto temporale.

Qui osserviamo l'attivazione dell'amigdala, nuovamente con il tracciato temporale della ROI, e infine la risposta nella corteccia prefrontale mediale. Tutti i dati si basano su informazioni provenienti da 15 partecipanti, che riflettono l'attività cerebrale sincronizzata agli inizi dei comportamenti di avvicinamento ed evitamento. Durante questa procedura, è importante utilizzare stimoli ecologicamente validi, adeguatamente controbilanciati e temporizzati. Dopo aver visto questo video, si dovrebbe avere una buona comprensione di come utilizzare personaggi virtuali animati a corpo intero.

In combinazione con le registrazioni FMRI per studiare i correlati newyorkesi dell'osservazione di interazioni sociali in partecipanti sia sani che clinici.