Imagem Funcional com reforço, eyetracking e Monitoramento Fisiológico

Este tutorial apresenta um método para estudar o mecanismo de reforço utilizando imagem funcional do cérebro ou fMRI. Neste protocolo, os sujeitos passam por imagem funcional enquanto realizam uma tarefa de tomada de decisão visual, que é reforçada por estímulos como um suco recompensador, uma lufada de ar aversiva ou um tom auditivo neutro, transmitidos por óculos compatíveis com o escâner. Os sujeitos devem decidir se um conjunto de pontos está se movendo rapidamente ou se está se deslocando lentamente.

Os movimentos oculares e as respostas fisiológicas, como respiração e frequência cardíaca, também são monitorados. Olá, sou Jack Grin Band do Laboratório de Vince Ferrera e Joy Hirsch, do Departamento de Neurociência da Universidade Columbia, e sou Franco Past. Também do laboratório aqui na Universidade Columbia.

Hoje vamos mostrar um procedimento para imagem funcional com reforço comportamental, monitoramento fisiológico e rastreamento ocular. Utilizamos este procedimento em nosso laboratório para estudar a tomada de decisão com reforço positivo e adverso. Então, vamos começar.

Os primeiros passos na realização de um experimento de RMF envolvem a configuração e verificação dos equipamentos. Esses passos podem ser realizados em qualquer ordem durante nossos experimentos; os sujeitos são recompensados por apresentarem respostas comportamentais corretas. O estímulo recompensador é a bebida favorita do sujeito, fornecida por um dispensador de suco que controla a quantidade de líquido entregue à boca do sujeito.

O dispensador de suco é composto por um reservatório, uma válvula solenoide controlada por computador e um tubo longo que conduz o suco até o participante. Todos os componentes eletrônicos desse dispensador são mantidos fora da sala do escâner, para não introduzir artefatos no sinal de RM. O dispensador de suco é enxaguado e preenchido com a bebida preferida do participante.

Antes da varredura, o sistema é testado para garantir que o suco esteja fluindo. Os indivíduos são punidos por respostas incorretas com uma rajada de ar de 50 milissegundos no olho. Um regulador de pressão fornece uma rajada de ar controlada, que o indivíduo classificará como desagradável, mas não traumática.

O regulador de pressão é inicialmente ajustado para 30 PSI e é conectado a uma fonte de ar comprimido, que pode ser um tanque de ar ou o sistema de ar da instalação. A válvula solenoide é controlada por um sinal de computador. O ar é entregue ao sujeito por meio de um trecho de tubo de tigon de um dezesseis avos de polegada, que deve ser mantido com menos de aproximadamente oito pés de comprimento.

Para evitar um atraso entre o momento em que a válvula abre e o momento em que o ar comprimido atinge o indivíduo, o regulador de pressão é colocado dentro da sala do scanner, pois qualquer movimento, como uma reação aos jatos de ar ou movimento da cabeça durante a deglutição, pode introduzir artefatos na imagem de FMRI. Uma barra de mordida é utilizada para minimizar o movimento da cabeça. A barra de mordida é fixada à bobina de RF da cabeça e possui uma peça bucal sob medida, feita de tubo de material termoplástico; a entrega de suco e o monitoramento dos gases respiratórios são incorporados à peça bucal.

O sujeito deve simplesmente manter um bom contato entre os dentes superiores e o bocal. É importante orientá-lo a não morder com força o bocal. Isso fará com que os músculos da mandíbula se cansem. A frequência cardíaca é monitorada durante o experimento para que, posteriormente, seja possível remover quaisquer artefatos durante a análise de dados que possam surgir de um aumento na oxigenação sanguínea no cérebro, não devido à atividade neuronal.

Para medir alterações na oxigenação relacionadas ao ciclo cardíaco, utilizamos um oxímetro de pulso para medir a oxigenação sanguínea na ponta do dedo com um sensor de infravermelho. O oxímetro de pulso é compatível com RM e seu sinal de saída é conduzido através de um painel de filtro até a sala de controle, onde é digitalizado e armazenado no computador. Também medimos a respiração com um monitor de gases respiratórios ou RGM que mede os níveis de dióxido de carbono expirado.

Como a respiração afeta a oxigenação sanguínea, o RGM é compatível com RM e seus sinais de saída são enviados à sala de controle, onde são digitalizados e armazenados no computador. A estimulação visual é fornecida por um par de óculos compatíveis com o scanner, que estimulam ambos os olhos independentemente. Os óculos incluem uma minicâmera de infravermelho para medir os movimentos oculares, a fim de determinar para onde o sujeito está olhando; rastreamos os movimentos oculares utilizando vídeootografia de infravermelho.

Os movimentos oculares afetam a posição dos estímulos visuais na retina, o que influencia as respostas visuais no cérebro. Os movimentos oculares também podem ser usados pelo sujeito para indicar respostas auditivas. Neste método, uma câmera de infravermelho é utilizada para rastrear os movimentos da pupila.

O emissor infravermelho e a câmera estão integrados a um par de óculos especialmente projetados. Esses são os mesmos óculos que fornecem a estimulação visual. Os dados provenientes dos óculos são processados por um computador dedicado que converte imagens do olho em sinais analógicos para a posição ocular horizontal e vertical.

O scanner está localizado em uma sala blindada eletricamente e magneticamente. Todos os sinais elétricos que passam da sala de controle para a sala do scanner atravessam um painel de filtro, removendo quaisquer frequências que possam criar um artefato na imagem de RM. Antes da aquisição de imagens, cada sujeito deve passar por um processo de segurança e consentimento.

O estudo é explicado, todos os riscos são discutidos e o participante dá seu consentimento. Esse processo é projetado para proteger os participantes contra coerção e para proteger tanto sua privacidade quanto sua saúde. O participante é triado quanto à presença de metal em qualquer lugar dentro ou fora do corpo.

Antes da experimentação, os indivíduos têm a sede induzida mediante restrição voluntária da ingestão de líquidos por seis horas. Dessa forma, o suco recebido durante o experimento torna-se extremamente recompensador. Quando estiver pronto para ser escaneado, o indivíduo deve colocar protetores auriculares para proteger os ouvidos do ruído do escâner.

O sujeito também deve colocar fones de ouvido compatíveis com RM para se comunicar com os pesquisadores e ouvir as instruções. Durante a sessão de aquisição de imagens, utilizamos imagens estruturais ponderadas em T1 que fornecem uma definição clara da morfologia do cérebro do sujeito. O sujeito permanece deitado passivamente e o mais imóvel possível.

Nesta fase, que dura cerca de 10 minutos, utilizamos sequências funcionais ponderadas em T dois para mostrar alterações na oxigenação sanguínea que se correlacionam com a atividade neural. É durante esta fase que o sujeito realiza uma tarefa de tomada de decisão perceptual com estímulos visuais. O sujeito observa um padrão de pontos em movimento e faz um julgamento perceptual sobre a direção ou a velocidade do movimento.

O sujeito indica sua resposta pressionando botões. Essas respostas são reforçadas com suco quando corretas e com jatos de ar. Se incorretas, estímulos auditivos são usados como reforçadores secundários.

Os movimentos oculares são continuamente monitorados durante esta fase. Cada execução experimental dura 11 minutos e há quatro execuções em uma sessão de aquisição. Utilizamos imagens ponderadas por difusão, DWI, para determinar a conectividade estrutural entre regiões cerebrais.

Nesta fase, o sujeito permanece imóvel por cerca de 12 minutos. Acabamos de mostrar a você um experimento de imagem funcional com reforço comportamental, monitoramento fisiológico e rastreamento ocular.

Demonstramos como usar este procedimento para estudar a tomada de decisão com reforço aversivo e competitivo. É isso aí. Obrigado por assistir e boa sorte com seus experimentos.