Takviye, Eyetracking ve Fizyolojik İzleme Fonksiyonel Görüntüleme

Bu eğitim, fonksiyonel beyin görüntüleme veya fMRI kullanarak pekiştirme mekanizmasını inceleyen bir yöntemi göstermektedir. Bu protokolde denekler, tarayıcıyla uyumlu gözlükler aracılığıyla ödüllendirici bir meyve suyu, itici bir hava püskürtmesi veya nötr bir işitsel ton ile pekiştirilen bir görsel karar verme görevi gerçekleştirirken fonksiyonel görüntülemeye tabi tutulurlar. Denekler, bir dizi noktanın hızlı mı yoksa yavaş mı hareket ettiğine karar vermelidir.

Göz hareketleri ile solunum ve kalp atış hızı gibi fizyolojik tepkiler de izlenmektedir. Merhaba, ben Columbia Üniversitesi Nörobilim Bölümü'ndeki Vince Ferrera ve Joy Hirsch Laboratuvarı'ndan Jack Grin Band; ben de yine Columbia Üniversitesi'ndeki aynı laboratuvardan Franco Past.

Bugün size davranışsal pekiştirme, fizyolojik izleme ve göz takibi ile gerçekleştirilen fonksiyonel görüntüleme prosedürünü göstereceğiz. Laboratuvarımızda bu prosedürü, pozitif ve negatif pekiştirme ile karar verme süreçlerini incelemek için kullanıyoruz. Hadi başlayalım.

Bir FMR deneyi yürütmenin ilk adımları, ekipmanın kurulmasını ve kontrol edilmesini içerir. Deneylerimiz sırasında bu adımlar herhangi bir sırayla gerçekleştirilebilir; denekler, doğru davranışsal yanıtlar verdikleri için ödüllendirilir. Ödüllendirici uyaran, deneğin ağzına iletilen sıvı miktarını kontrol eden bir meyve suyu dağıtıcısı aracılığıyla verilen, deneğin en sevdiği içecektir.

Meyve suyu dağıtıcısı bir rezervuar, bilgisayar kontrollü bir solenoid valf ve meyve suyunu deneklere ileten uzun bir tüpten oluşur. Bu dağıtıcının tüm elektronik bileşenleri, MR sinyalinde herhangi bir artefakt oluşturmamaları için tarayıcı odasının dışında tutulur. Meyve suyu dağıtıcısı durulanır ve deneğin tercih ettiği içecekle doldurulur.

Tarama işleminden önce, sistemin düzgün çalıştığından emin olmak için test edilir. Denekler, yanlış yanıtlarda göze uygulanan 50 milisaniyelik bir hava püskürtmesi ile cezalandırılır. Bir basınç regülatörü, deneğin itici ancak travmatik olmayan şeklinde değerlendireceği kontrollü bir hava püskürtmesi sağlar.

Basınç regülatörü başlangıçta 30 PSI değerine ayarlanır ve bir hava tankı veya bina hava hattı olabilen bir sıkıştırılmış hava kaynağına bağlanır. Solenoid valf, bir bilgisayar sinyali ile kontrol edilir. Hava, yaklaşık sekiz feet'ten daha kısa tutulan 1/16 inçlik bir tigon tüp aracılığıyla deneye tabi tutulan deneğe iletilir.

Valfin açıldığı an ile sıkıştırılmış havanın deneye katılan kişiye ulaştığı an arasında bir gecikme yaşanmaması için basınç regülatörü tarayıcı odasının içine yerleştirilmiştir; çünkü hava püskürtmelerine verilen tepki veya yutkunma sırasındaki baş hareketi gibi herhangi bir hareket, fMRI görüntüsünde artefaktlara neden olabilir. Baş hareketlerini en aza indirmek için bir ısırma çubuğu kullanılır. RF baş bobinine sabitlenen ısırma çubuğu, termoplastik malzemeden yapılmış özel uyumlu bir ağızlık içerir; meyve suyu iletimi ve solunum gazı izleme için kullanılan tüpler bu ağızlığa entegre edilmiştir.

Denek, üst dişleri ile ağızlık arasında basitçe iyi bir temas sağlamalıdır. Ağızlığı sertçe ısırmamaları konusunda onları uyarmak önemlidir. Bu durum, çene kaslarının yorulmasına neden olur; beyindeki kan oksijenasyonundaki artışın nöronal aktiviteden değil, başka nedenlerden kaynaklanabileceği için, veri analizi sırasında oluşabilecek bu tür artefaktları daha sonra giderebilmek amacıyla deney boyunca kalp atış hızı izlenir.

Kardiyak döngüyle ilişkili oksijenasyon değişimlerini ölçmek için, kızılötesi bir sensör kullanarak parmak ucundaki kan oksijenasyonunu ölçen bir puls oksimetre kullanıyoruz. Puls oksimetre MR uyumludur ve çıkış sinyali, dijitalleştirilip bilgisayara kaydedildiği kontrol odasına bir filtre paneli aracılığıyla iletilir. Ayrıca, ekshale edilen karbondioksit seviyelerini ölçen bir solunum gazı monitörü veya RGM ile solunumu da ölçüyoruz.

Solunum kan oksijenasyonunu etkilediğinden, RGM MR uyumludur ve çıktı sinyalleri, burada dijitalleştirilip bilgisayara kaydedildikleri kontrol odasına gönderilir. Görsel stimülasyon, her iki gözü bağımsız olarak stimüle eden, tarayıcıyla uyumlu bir gözlük çifti tarafından sağlanır. Gözlükler, deneklerin nereye baktığını belirlemek amacıyla göz hareketlerini ölçen minyatür bir kızılötesi kamera içerir; göz hareketlerini kızılötesi video O ikonografisi kullanarak takip ederiz.

Göz hareketleri, görsel uyaranların retina üzerindeki konumunu etkiler, bu da beyindeki görsel yanıtları etkiler. Göz hareketleri ayrıca denek tarafından görsel işitsel yanıtları belirtmek için de kullanılabilir. Bu yöntemde, pupilla hareketlerini takip etmek için kızılötesi bir kamera kullanılır.

Kızılötesi yayıcı ve kamera, özel olarak tasarlanmış bir gözlük çiftine entegre edilmiştir. Bunlar, görsel stimülasyon sağlayan gözlüklerle aynıdır. Gözlüklerden gelen veriler, göz görüntülerinin yatay ve dikey göz pozisyonu için analog sinyallere dönüştürülmesini sağlayan özel bir bilgisayar tarafından işlenir.

Tarayıcı, elektriksel ve manyetik olarak izole edilmiş bir oda içerisinde yer almaktadır. Kontrol odasından tarama odasına giden tüm elektrik sinyalleri, MR görüntüsünde artefakt oluşturabilecek tüm frekansları temizleyen bir filtre panelinden geçer. Tarama işleminden önce, her denek bir güvenlik ve onam sürecinden geçmelidir.

Çalışma açıklanır, tüm riskler tartışılır ve denek onamını verir. Bu süreç, denekleri zorlamadan korumak ve hem gizliliklerini hem de sağlıklarını güvence altına almak için tasarlanmıştır. Deneğin vücudunun içinde veya dışında herhangi bir metal bulunup bulunmadığına dair tarama yapılır.

Deney öncesinde, deneklerin sıvı alımları altı saat boyunca gönüllü olarak kısıtlanarak susatılmışlardır. Bu sayede, deney sırasında verilen meyve suyu oldukça ödüllendirici hale gelir. Tarama işlemi için hazır olduğunda, denek kulaklarını tarayıcı gürültüsünden korumak için kulak tıkacı takmalıdır.

Denek, araştırmacılarla iletişim kurmak ve talimatları duymak için ayrıca MR uyumlu kulaklıklar takmalıdır. Tarama oturumu sırasında, deneğin beyninin morfolojisinin net bir tanımını veren T1 ağırlıklı yapısal görüntüler kullanıyoruz. Denek pasif bir şekilde yatar ve mümkün olduğunca hareketsiz kalır.

Yaklaşık 10 dakika süren bu aşamada, nöral aktivite ile ilişkili olan kan oksijenasyonu değişikliklerini göstermek için iki T2 ağırlıklı fonksiyonel sekans kullanıyoruz. Denek, görsel uyaranlarla gerçekleştirilen bir algısal karar verme görevini bu aşamada yerine getirir. Denek, hareket eden nokta desenlerini izler ve bunların hareket yönü veya hızı hakkında algısal bir değerlendirme yapar.

Denek, düğmelere basarak yanıtını belirtir. Bu yanıtlar, doğru cevaplar için meyve suyu ve yanlış cevaplar için hava püskürtmeleri ile pekiştirilir. Yanıtın yanlış olması durumunda, ikincil pekiştireçler olarak işitsel uyaranlar kullanılır.

Bu aşama boyunca göz hareketleri sürekli olarak izlenir. Her bir deneysel çalışma 11 dakika sürer ve bir tarama oturumunda dört çalışma gerçekleştirilir. Beyin bölgeleri arasındaki yapısal bağlantısallığı belirlemek için difüzyon ağırlıklı görüntüler, DWI kullanıyoruz.

Bu aşama boyunca denek yaklaşık 12 dakika boyunca hareketsiz yatar. Size davranışsal pekiştirme, fizyolojik izleme ve göz takibi içeren bir fonksiyonel görüntüleme deneyini göstermiş olduk.

Bu prosedürün, itici ve çekici pekiştirmelerle karar verme süreçlerini incelemek için nasıl kullanılacağını göstermiş olduk. Hepsi bu kadar. İzlediğiniz için teşekkürler, deneylerinizde başarılar dileriz.