Badanie obrazowania mózgu w celu analizy neuronalnych korelatów obserwowania wirtualnych interakcji społecznych

Ogólnym celem następującego eksperymentu jest zbadanie korelatów neuronalnych obserwacji interakcji społecznych przy użyciu postaci wirtualnych wchodzących w interakcje w kontekście społecznym w połączeniu z rejestracją FMRI. Zostanie to osiągnięte poprzez stworzenie animowanych postaci z pełnym modelem ciała, które wchodzą ze sobą w interakcje jako gospodarze i goście w otoczeniu biznesowym, oraz postaci nieożywionych, służących jako warunki kontrolne. Następnie rejestrowane są dane z obrazowania mózgu podczas gdy uczestnicy obserwują wirtualne interakcje społeczne, a następnie dane te są analizowane w celu zidentyfikowania obszarów mózgu będących częścią tzw. sieci poznania społecznego. Typowe obszary mózgu wrażliwe na obserwację i ocenę interakcji społecznych obejmują górną bruzdę skroniową, boczną i przyśrodkową korę czołową oraz ciało migdałowate, ponieważ pozwala to na badanie neurokorelatów poznania społecznego.

Kwestia ta może przyczynić się do zrozumienia potencjalnych przyczyn deficytów w zachowaniach społecznych, które obserwuje się w takich stanach klinicznych jak fobia społeczna i autyzm. Główną zaletą tej techniki w porównaniu z istniejącymi metodami, takimi jak te wykorzystujące bodźce twarzowe, jest możliwość zastosowania manipulacji bardziej przypominających rzeczywiste interakcje społeczne, np. formalnego kontaktu fizycznego i uścisku dłoni, dzięki wykorzystaniu animowanych postaci całego ciała. Jest to rozwiązanie niemożliwe do osiągnięcia przy użyciu samych bodźców twarzowych.

Zadanie składa się z serii dziesięciosekundowych animowanych filmów przedstawiających niewerbalne interakcje między gościem a gospodarzem. W warunkach biznesowych badany obserwuje gościa, który jest witany przez gospodarza, co stanowi warunek interakcji społecznej, lub przez tekturową sylwetkę gospodarza, co stanowi warunek braku interakcji społecznej lub grupę kontrolną. Gospodarz może wykazywać zachowania zachęcające do dalszych interakcji społecznych, co określa się jako warunek zbliżania (approach), lub zachowania, które mogą wskazywać na brak zainteresowania dalszą interakcją, co określa się jako warunek unikania (avoid).

Oprócz podstawowych rodzajów zachowań przejawianych przez gospodarza, można uwzględnić badanie wpływu formalnego kontaktu fizycznego na zachowanie. Na przykład w połowie prób postaci mogą podać sobie ręce w ramach protokołu powitania, podczas gdy w pozostałych nie podejmują żadnej aktywności. Manipulacja ta może mieć różne znaczenie w zależności od tła kulturowego widza.

Inne manipulacje mogą polegać na zmianie perspektywy obserwatora z osobistej na bezosobową. Poprzez wyświetlanie słów „ja” lub „inny”, manipulacja ta pozwala na identyfikację reakcji modulowanych przez osobiste zaangażowanie. Naprzemienność tych dwóch perspektyw może być zaprogramowana na początku każdej próby.

Po filmach mogą następować różne ekrany oceny. Na przykład można poprosić badanego o ocenę prowadzącego pod kątem kompetencji, wiarygodności oraz zainteresowania prowadzeniem działalności biznesowej w pięciostopniowej skali, gdzie zero oznacza „wcale”, a pięć „w bardzo dużym stopniu”. Oceny te powinny być zrównoważone w kolejności prezentacji w różnych próbach, aby uniknąć efektów kolejności.

Ponadto postacie w materiałach wideo powinny być zrównoważone pod względem prezentowanych zachowań, pochodzenia etnicznego, koszuli, koloru oraz fryzury. Należy również kontrolować podstawowe aspekty, które mogą wpływać na interakcje społeczne, takie jak atrakcyjność, aby zapewnić brak systematycznych różnic między kategoriami prób. Każda seria powinna rozpoczynać się od sześciu sekund fiksacji wzroku w celu stabilizacji sygnału MR, a kolejność prób powinna być zrandomizowana w obrębie każdego bloku i zrównoważona między uczestnikami, aby uniknąć efektów przewidywalności bodźca oraz efektów kolejności.

Po każdej próbie filmowej oraz po zakończeniu każdego przebiegu następuje ośmiosekundowy odstęp między próbami. Ponadto, aby uniknąć utraty danych wynikającej z błędu systematycznego, idealnie byłoby, aby każda manipulacja była równomiernie reprezentowana w każdym bloku zgodnie z warunkiem. Po przybyciu badanego należy upewnić się, że uzyskano pisemną świadomą zgodę oraz przeprowadzono badanie w kierunku bezpieczeństwa MRI.

Przed skanowaniem należy również poprosić badanego o wypełnienie kwestionariuszy oceniających cechy osobowości oraz aktualny stan psychiczny, które mogą wpływać na odpowiedzi uczestników podczas badania. Szczegółowo poinformuj uczestnika o procedurach skanowania i przekaż konkretne instrukcje dotyczące zadania behawioralnego, aby uniknąć dyskomfortu i zwiększyć stopień zapoznania się z zadaniem. Ponadto przeprowadź z uczestnikiem skróconą próbę praktyczną.

Następnie wprowadź badanego do pomieszczenia skanowania i poproś go o położenie się na plecach na stole skanera. Zapewnij ochronę przed powietrzem oraz słuchawki izolacyjne do komunikacji. Podczas skanowania zastosuj dodatkowe podparcie głowy, aby zapewnić komfort i zminimalizować ruchy podczas badania.

Ponadto, aby dodatkowo zminimalizować ruchy głowy podczas oceny automatycznych, utajonych reakcji psychofizjologicznych na obrazy emocjonalne i neutralne, wokół czoła uczestnika można lekko owinąć pasek taśmy stroną nieprzylepną. Oprócz ocen jawnych, podczas skanowania FMRI można również rejestrować reakcje przewodnictwa skóry. Na koniec wygodnie ułóż prawą rękę badanego na urządzeniu do udzielania odpowiedzi i sprawdź, czy przyciski działają prawidłowo. W pobliżu umieść przycisk awaryjnego zatrzymania, aby badany mógł zasygnalizować pilną potrzebę zatrzymania skanera przed rozpoczęciem zbierania danych.

Upewnij się, że badany wyraźnie widzi projekcję ekranu służącą do prezentacji bodźców. Najpierw uzyskaj strukturalny obraz T1 o wysokiej rozdzielczości, taki jak SPGR lub MP rage. Następnie skonfiguruj serie funkcjonalne tak, aby zapewnić pełny zasięg obrazowania mózgu.

W naszych badaniach uzyskujemy serię 28 przekrojów funkcjonalnych o rozmiarze voxela 4x4x4 mm, pobieranych w płaszczyźnie osiowej. Przy użyciu sekwencji impulsów echo planarna z TR wynoszącym 2000 ms, TE wynoszącym 40 ms oraz polem widzenia (FOV) o wymiarach 256x256 mm, poinformuj badanego, że obrazowanie funkcjonalne zaraz się rozpocznie i przypomnij mu lub jej o zadaniach, które zostaną wykonane. Następnie upewnij się, że skaner uruchamia się synchronicznie z prezentacją bodźców.

Po zakończeniu skanowania pomóż uczestnikowi wyjść ze skanera i pamiętaj, aby podziękować mu za udział w eksperymencie. Zebrane dane można analizować za pomocą dowolnego pakietu oprogramowania do przetwarzania fMRI, takiego jak mapowanie parametryczne statystyczne, powszechnie znane jako SPM. W naszym laboratorium używamy go w połączeniu z wewnętrznymi skryptami.

Przetwarzanie wstępne przy użyciu narzędzi laboratoryjnych w naszej grupie obejmuje typowe etapy: zapewnienie jakości, wyrównywanie obrazów, korekcję ruchu, koregistrację, normalizację oraz wygładzanie przestrzenne z jądrem o rozmiarze ośmiu milimetrów. Podczas korzystania z SPM, implementowany jest ogólny model liniowy w celu oceny dopasowania danych zarejestrowanych dla każdego badanego stanu do określonej funkcji odpowiedzi hemodynamicznej. Alternatywnie, dane z każdego stanu mogą być selektywnie uśredniane, aby zobrazować surowy sygnał fMRI związany z każdym stanem, bez przyjętych założeń dotyczących kształtu funkcji odpowiedzi hemodynamicznej.

W tym przypadku różnice w reakcji mogą być oceniane w czasie, punkt po punkcie, a kontrasty interesujące badacza ujawniają zmiany w stosunku do stanu przed bodźcem, linii bazowej oraz różnice między jedną kondycją a drugą. Analizy te mogą być stosowane oddzielnie lub komplementarnie. Analiza danych może łączyć podejście wolokselowe (voxel-wise) z analizą obszarów zainteresowania (ROI), aby porównać aktywność mózgu związaną z badanymi warunkami, takimi jak interakcja społeczna versus brak interakcji społecznej.

Analiza voxel-wise całego mózgu pozwoli na stworzenie map statystycznych identyfikujących rozległe sieci obszarów mózgu powiązanych z zadaniem, natomiast analiza ROI umożliwi ukierunkowane badanie odpowiedzi w konkretnych regionach mózgu, zdefiniowanych a priori jako elementy sieci poznania społecznego. Analiza obszarów zainteresowania może być również wykorzystana do wyodrębnienia sygnału fMRI na potrzeby ilustracyjne. Porównanie prób interakcji społecznej z próbami kontrolnymi bez interakcji wykazało aktywność w typowych obszarach mózgu odpowiedzialnych za poznanie społeczne.

Tutaj widzimy mapę funkcjonalną przedstawiającą aktywacje w górnej bruździe skroniowej, a także w bocznej korze przedczołowej. Pasek kolorów wskazuje gradient wartości T (TValue) mapy aktywacji. Wykresy liniowe ilustrują przebiegi czasowe sygnału fMRI wyodrębnione z obszarów zainteresowania (ROI) każdego regionu mózgu dla każdego typu próby i punktu czasowego.

Tutaj widzimy aktywację w ciele migdałowatym, ponownie wraz z przebiegiem czasowym ROI, a na koniec odpowiedź w przyśrodkowej korze przedczołowej. Wszystkie dane opierają się na wynikach od 15 uczestników, odzwierciedlających aktywność mózgu zsynchronizowaną czasowo z początkiem zachowań zbliżania i unikania. Podczas przeprowadzania tej procedury ważne jest zastosowanie ekologicznie trafnych bodźców, które są odpowiednio zrównoważone i zsynchronizowane czasowo. Po obejrzeniu tego filmu powinni Państwo mieć dobrą wiedzę na temat tego, jak wykorzystywać animowane wirtualne postacie całego ciała.

W połączeniu z rejestracjami fMRI w celu zbadania neuronalnych korelatów obserwowania interakcji społecznych u uczestników zdrowych oraz klinicznych.