תמיכה הניתנים על ידי אוניברסיטת אלבמה בבירמינגהם הפקולטה גרנט תוכנית פיתוח.

<html> 1. בפסיכו מערכות Biopac, חברת מערכת ניטור פיזיולוגי (ראו טבלה של ציוד ספציפי) הוא לא סטנדרטי ציוד במתקני הדמיה ביותר. בתוספת 15-30 דקות לפני ההגעה משתתף להקים ניטור פיזיולוגי וציוד אחר המתואר בפרוטוקול זה (איור 1). <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר חדר הבקרה ההפעלה של המחשב AcqKnowledge (Biopac Systems, Inc) תוכנת ניטור פיזיולוגי של MP150 Biopac (MP150WSW) באמצעות כבל מוצלב Ethernet סטנדרטיים (CBLETH2). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר את מבודדת Biopac Digital Interface (STP100C) כדי מצגת חדר הבקרה ההפעלה של המחשב (מערכות neurobehavioral, Inc; אולבני, CA) באמצעות תוכנה DB25 ז / נ כבל הסרט. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר את GSR Biopac מגבר (EDA-100C-MRI) כדי לסנן הפרעות RF (MRIRFIF) בתוך חדר הבקרה באמצעות כבל הארכה מוגן (MECMRI-3). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חברו את מסנן הפרעות RF (MRIRFIF) אל כבל הארכה מוגן (MECMRI-1) בתוך תא סריקת MRI. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר את הכבל המאריך מוגן על סיבי פחמן חוטים להוביל (LEAD 108) לצרף אלקטרודות רדיו שקוף (EL508). הערה: פיתול מוביל, במסלול הדוק מפחית את החפצים של מוליכות העור נתונים, אשר ניתן ליצור במהלך הסריקה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צרף אלקטרודות רדיו שקוף (EL508) כדי הפלנקס הדיסטלי של האצבעות באמצע טבעת של ידו השמאלית של המשתתף. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בשל אופיו של ציוד סריקה, חדר MRI בטמפרטורות החדר נקבעים לעתים קרובות מתחת 21 ° C. מכסים את המשתתף עם שמיכה כדי לשמור על טמפרטורת יד. </li></ol> 2. תגובות התנהגותיות (ג&#39;ויסטיק) <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר חדר הבקרה ההפעלה של המחשב מצגת תוכנה (מערכות neurobehavioral, Inc; אולבני, CA) ליחידה של ג&#39;ויסטיק ממשק fORP (מדגמים נוכחיים, Inc: פילדלפיה, פנסילבניה) באמצעות כבל USB-mini. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר כבל סיב אופטי ליחידת ממשק fORP בתוך חדר הבקרה, ולאחר מכן להעביר את הכבל דרך מדריך גל החדרה MRI. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חברו את כבל סיב אופטי אל ג&#39;ויסטיק MR-תואם. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> משתתפים ישיר למקום ג&#39;ויסטיק במצב נוח וקל להגיע. </li></ol> 3. Stimulus מצגת <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר חדר הבקרה ההפעלה של המחשב תוכנה מצגת יציאות VGA ו אודיו חיצוני של הקונסולה IFIS-SA (Invivo קורפ, אורלנדו, פלורידה) חדר בקרה (איור 1). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בדוק את חיבורי כבל סיב אופטי בין המסוף חדר הבקרה IFIS ויחידת היקפיים IFIS ממשק בתוך תא ה-MRI, וכן את הקשרים בין יחידת ממשק היקפיים ויחידת אודיו / חזותית תצוגה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הנח את יחידת אודיו / חזותית תצוגה מאחורי סליל, הראש כך משתתף יכול להציג את המסך דרך מראה המצורפת סליל-הראש. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ממשק חיבור תיבת אקוסטי יחידת אודיו / חזותית של לתצוגה אוזניות MR-תואם את מערכת הסטריאו של IFIS באמצעות צינורות פלסטיק. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כייל את עוצמת הקול של גירויים שמיעתיים באמצעות מד קול רמת הלחץ. </li></ol> 4. נוהל ניסיוני <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ליידע את המשתתפים כי 2 גוונים יוצגו מספר פעמים במהלך המחקר, כי היקף הצלילים ישתנו מעל ומתחת לסף תפיסתי שלהם (איור 2). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> משתתפים ישיר ללחוץ על כפתור על הקופסה ג&#39;ויסטיק מיד עם שמיעת צליל או, אז לעדכן את הציפייה שלהם לקבל את UCS ידי הזזת הג&#39;ויסטיק כדי לשלוט על המיקום של בר הדירוג על סולם של 0 עד 100 (איור 3). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הדריכו את המשתתפים שיעור תוחלת UCS שלהם בקנה מידה רציפה מ 0 עד 100. ליידע אותם כי הרייטינג של 0 מצביעים הם בטוחים UCS לא יוצגו, דירוגים של 50 מצביעים שהם לא ברור אם UCS יוצגו, ודירוגים של 100 מצביעים הם בטוחים UCS יוצגו. משתתפים ישיר להשתמש בערכים אחרים בסולם כדי לציין ציפיות ביניים. לאחר מכן, לאפשר למשתתפים לתרגל באמצעות ג&#39;ויסטיק לעשות דירוגים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחשוף את המשתתפים בהליך פחד מיזוג ההפרש באמצעות 2 גוונים (700 &amp; 1300 הרץ; משך 10s, 20s ITI) כמו גירוי מותנה (CS) רעש לבן רם (100dB, 500ms) כמו UCS. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הווה 60 ניסויים של CS + (coterminating עם UCS) ו 60 ניסויים של CS-(מוצג ללא UCS) כדי פסוודו כזה לא יותר מ 2 ניסויים של CS באותו מוצגים ברציפות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מאוזנים הצלילים המשמשים + CS ו CS-פני המשתתפים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לווסת את עוצמת הקול של + CS ו CS-באופן עצמאי. התאם נפח CS לדין לאחר מכן עם CS אותו. הקטנת נפח 5dB CS אם ללחוץ על כפתור מורכב (כלומר בעקבות ניסוי נתפס). הגדלת נפח 5dB אם ללחוץ על כפתור לא עשה (כלומר לאחר משפט בלתי נתפסת). </li></ol><html> ve_title &quot;&gt; 5. סריקה נוהל <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> איסוף סטנדרט גבוה T1-משוקלל תמונות ברזולוציה מבניים (למשל MPRAGE) לשמש התייחסות אנטומית נתונים תפקודית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> איסוף BOLD fMRI של המוח כולו במהלך הליך מיזוג. שלושים ושש, פרוסות עבות 4 מ&quot;מ צריך להספיק כדי לכסות את המוח עם פרמטרים הדמיה סטנדרטי יחסית (לדוגמא = 2000ms, TE = 30ms, FOV = 24cm, TR מטריצה ​​64x64). סנכרן רכישת fMRI עם מצגת גירוי באמצעות תיבת ההדק fMRI. </li></ol> 6. SCR Data Acquisition &amp; Analysis <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> העור לדוגמה מוליכות על הרץ 2000 באמצעות AcqKnowledge תוכנה ומערכת MR-תואם Biopac ניטור פיזיולוגי המתואר בסעיף 1. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> החלת תגובה 1 הרץ Infinite Impulse (IIR) מסנן לעבור נמוך דיגיטלית הנתונים מוליכות העור כדי להפחית את החפצים הנוצר במהלך הדמיה (ראה איור 4). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> דגימה מחדש המוליכות נתונים העור ב 250 הרץ. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חישוב SCR כהפרש ברמת מוליכות העור מתחילת בתגובה שיא התגובה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> נתונים SCR יכול להיות שורש ריבועי הפך לנרמל את התפלגות אמפליטודות התגובה לפני ניתוח סטטיסטי. </li></ol> 7. UCS נתוני תוחלת רכישת וניתוח <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לדוגמה (40 הרץ) ולהקליט נתונים UCS תוחלת באמצעות תוכנת מצגת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חישוב תוחלת UCS כתגובה (מדגם 1s) הממוצע במהלך השנייה האחרונה של המצגת CS. </li></ol> 8. Functional MRI רכישת נתונים וניתוח <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Preprocessing תקן מלא של נתוני הדמיה מוחית (כגון תזמון פרוסה תיקון, רישום דמות, החלקה המרחבי) בעזרת הדמיה תפקודית ניתוח חבילת תוכנה (למשל AFNI 18). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יצירת מטרד רגיל (תנועה למשל) לבין גירוי מבוססי regressors לניסויים נתפס בלתי נתפסת של + CS ו-CS, כמו גם את UCS. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צור בתגובה מבוססי מנוע waveform התייחסות לשמש regressor מטרד לתת דין וחשבון על פעילות מוטורית הקשורים לתגובות ללחוץ על כפתור. <ol class="lalpha" style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יצירת פונקציה מקל כי הקודים העיתוי של תגובות לחץ על הכפתור. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השזירה העיתונות כפתור מקל פונקציה עם פונקצית התגובה הקנונית hemodynamic (HRF). </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צור מנוע מבוסס תגובה waveform התייחסות לשמש regressor מטרד לתת דין וחשבון על פעילות מוטורית הקשורים התגובות ג&#39;ויסטיק. <ol class="lalpha" style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יצירת פונקציה מקל כי הקודים עיתוי שינויים המדרון (למשל ערך מוחלט מדרון&gt; 10) של דירוגים UCS תוחלת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השזירה במדרון ג&#39;ויסטיק מקל לתפקד עם HRF הקנוני. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ביצוע ניתוחים ברמה הראשונה באמצעות כל regressors גירוי מבוססי מטרד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בצע הרמה השנייה אמצעים חזר ANOVA כדי לזהות אזורים שבהם הפעלת מראה ההשפעה העיקרית של CS סוג, ההשפעה העיקרית של תפיסה, או סוג CS X אינטראקציה תפיסה. </li></ol> 9. נציג תוצאות: המתודולוגיה המוצגת כאן בדרך כלל התוצאות גבוהות יחסית דירוגים UCS תוחלת במהלך נתפס CS + ניסויים דירוגים נמוכים במהלך נתפס CS-הניסויים (איור 5) 10,15,19. תוצאות אלה מצביעות המשתתפים מודעים CS-UCS תלויות. על ניסויים בלתי נתפסת, דירוגים UCS תוחלת שנשארים ללא שינוי לעומת טרום CS דירוגים. תוחלת UCS על אלה מורגשת CS + ו-CS-ניסויים בדרך כלל בסתיו הקרוב 50 המשתתפים המצביעים אינם בטוחים אם UCS יוצגו 10,15,19 (איור 5). זה חוסר היכולת לייצר ההפרש UCS דירוגים תוחלת בלתי נתפסת של CS + ו-CS-מציין כי המשתתפים אינם מסוגלים להביע את המודעות מגירה שלהם על ניסויים מיזוג בלתי נתפסת (איור 6). לעומת זאת, למידה הקשורים לשינויים SCR נצפו במהלך שני הניסויים מיזוג נתפס מורגשת 10,15,19. באופן ספציפי, SCRs היו גדולים על CS נתפס + מאשר נתפס CS-. באופן דומה, SCRs גדול הוכחו במהלך CS מורגשת + מ מורגשת CS-ניסויים 10,15,19 (איור 6). יחדיו, אלה נתונים התנהגותיים האוטונומית להפגין פחד מיזוג עם מודעות מגירה על ניסויים נתפס, ומיזוג פחד ללא מודעות מגירה על ניסויים בלתי נתפסת. המחקר הדמיה תפקודית באמצעות מתודולוגיה זו הוכיחה למידה הקשורות הפעלה בהיפוקמפוס על נתפס, אך לא מורגשת ניסויים מיזוג 15 (איור 7). לעומת זאת, ההפרש פעילות האמיגדלה נצפתה בשני ניסויים מיזוג נתפס מורגשת 15. ממצאים אלה עולים בקנה אחד עם הגישה לפיה ההיפוקמפוס תומך התהליכים הקשורים למודעות מגירה, תוך האמיגדלה תומך ביטוי CR עם או בלי מודעות. / 3083/3083fig1.jpg &quot;alt =&quot; איור 1 &quot;/&gt; איור 1. דיאגרמה של ציוד בסיסי עבור מצגת גירוי ניטור התגובה ההתנהגותית / פסיכו. תוכנת מצגת משמש כיום אורקולי גירויים לפקח דירוגים UCS תוחלת שנעשו על ידי הזזת הג&#39;ויסטיק עם יד ימין. AcqKnowledge תוכנה Biopac ציוד משמשים כדי לפקח על המוליכות החשמלית של העור מיד שמאל. מוצק (Biopac), קווים מקווקווים (IFIS אורקולי), ומיהר כפול בודד (ג&#39;ויסטיק סיב אופטי) מתארים כבלים להצגה תמריצים ברורים מערכות ניטור התגובה. החצים מצביעים לכיוון השחור של זרימת המידע. <img src="/files/ftp_upload/3083/3083fig2.jpg" alt="איור 2"/> באיור 2. גירויים אילף. הווה + CS ו CS-סדר פסוודו כזה לא יותר מ 2 ניסויים של CS באותו מוצגים ברציפות. שנו את עוצמת הקול של + CS ו CS-באופן עצמאי. אם CS נתפסת (מסומן ללחוץ על כפתור), ירידה 5dB CS נפח על המשפט הבא של CS אותו. אם CS היא בלתי נתפסת (מסומן על ידי העיתונות אין כפתור), להעלות 5db CS נפח לדין לאחר מכן עם CS אותו. <img src="/files/ftp_upload/3083/3083fig3.jpg" alt="איור 3"/> באיור 3. UCS סולם הדירוג תוחלת. הדריכו את המשתתפים לדרג את הציפייה שלהם במצגת UCS בסולם 0-100. דירוג של 0 מצביעים בוודאות UCS לא יוצגו, דירוגים של 100 מצביעים בוודאות UCS יוצגו, ודירוגים של 50 משקפות אי ודאות באשר ליכולתה של UCS יוצגו. דירוגי ביניים יש להשתמש כדי לציין דרגות בתוחלת UCS. <img src="/files/ftp_upload/3083/3083fig4.jpg" alt="איור 4"/> איור 4. השוואה של נתוני מוליכות גלם מסוננים העור. א) Raw מוליכות העור נתונים שנאספו במהלך fMRI. ב) נתונים מוליכות העור לאחר היישום של מסנן IIR 1Hz לעבור נמוכים. <img src="/files/ftp_upload/3083/3083fig5.jpg" alt="איור 5"/> איור 5. דירוגים UCS תוחלת. הדו&quot;ח, משתתפים בדרך כלל גבוה תוחלת UCS נתפס על CS + ניסויים על ציפיות נמוכות נתפסת CS-הניסויים. תוחלת UCS על מורגשת CS + ו-CS-הניסויים אינם שונים. <img src="/files/ftp_upload/3083/3083fig6.jpg" alt="איור 6"/> איור 6. תוחלת UCS ו SCR. הבדלים בתוחלת UCS נשמרים בדרך כלל נתפס על CS + ו-CS-הניסויים המשתתפים המצביעים מודעים למקרים גירוי. על ניסויים בלתי נתפסת, דירוגים UCS תוחלת בדרך כלל אינם שונים המעידים המשתתפים אינם מסוגלים להביע את המודעות מגירה שלהם. לעומת זאת, ההבדלים SCRs מותנה נשמרים בדרך כלל על שני ניסויים מיזוג נתפס בלתי נתפסת. ממצאים אלה משקפים את הבעת הפחד למדו עם (כלומר נתפס על ניסויים), ללא מודעות (דהיינו על ניסויים בלתי נתפסת) מגירה. <img src="/files/ftp_upload/3083/3083fig7.jpg" alt="איור 7"/> איור 7. MRI פונקציונלי של ההיפוקמפוס ובאמיגדלה. התגובות בהיפוקמפוס הם בדרך כלל גדולים יותר של CS + מ CS-נתפס על, אך לא מורגשת ניסויים אוויר. דיפרנציאל תגובות האמיגדלה נשמרים בדרך כלל על שני ניסויים מיזוג נתפס בלתי נתפסת. ממצאים אלה עולים בקנה אחד עם הגישה לפיה ההיפוקמפוס תומך התהליכים הקשורים למודעות מגירה, תוך האמיגדלה תומך ביטוי פחד עם או בלי מודעות.

<ol>
	<li>LaBar, K. S., Gatenby, J. C., Gore, J. C., LeDoux, J. E., Phelps, E. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Human+amygdala+activation+during+conditioned+fear+acquisition+and+extinction:+a+mixed-trial+fMRI+study.">Human amygdala activation during conditioned fear acquisition and extinction: a mixed-trial fMRI study.</a> Neuron. 20, 937-945 (1998).</li><li>Buchel, C., Morris, J., Dolan, R. J., Friston, K. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Brain+systems+mediating+aversive+conditioning:+an+event-related+fMRI+study.">Brain systems mediating aversive conditioning: an event-related fMRI study.</a> Neuron. 20, 947-957 (1998).</li><li>Cheng, D. T., Knight, D. C., Smith, C. N., Stein, E. A., Helmstetter, F. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functional+MRI+of+human+amygdala+activity+during+Pavlovian+fear+conditioning:+stimulus+processing+versus+response+expression.">Functional MRI of human amygdala activity during Pavlovian fear conditioning: stimulus processing versus response expression.</a> Behav. Neurosci. 117, 3-10 (2003).</li><li>Knight, D. C., Smith, C. N., Stein, E. A., Helmstetter, F. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functional+MRI+of+human+Pavlovian+fear+conditioning:+patterns+of+activation+as+a+function+of+learning.">Functional MRI of human Pavlovian fear conditioning: patterns of activation as a function of learning.</a> Neuroreport. 10, 3665-3670 (1999).</li><li>Cheng, D. T., Knight, D. C., Smith, C. N., Helmstetter, F. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Human+amygdala+activity+during+the+expression+of+fear+responses.">Human amygdala activity during the expression of fear responses.</a> Behav. Neurosci. 120, 1187-1195 (2006).</li><li>Balderston, N. L., Helmstetter, F. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Conditioning+with+masked+stimuli+affects+the+timecourse+of+skin+conductance+responses.">Conditioning with masked stimuli affects the timecourse of skin conductance responses.</a> Behav. Neurosci. 124, 478-489 (2010).</li><li>Esteves, F., Parra, C., Dimberg, U., Ohman, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nonconscious+associative+learning:+Pavlovian+conditioning+of+skin+conductance+responses+to+masked+fear-relevant+facial+stimuli.">Nonconscious associative learning: Pavlovian conditioning of skin conductance responses to masked fear-relevant facial stimuli.</a> Psychophysiology. 31, 375-385 (1994).</li><li>Cheng, D. T., Richards, J., Helmstetter, F. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Activity+in+the+human+amygdala+corresponds+to+early,+rather+than+late+period+autonomic+responses+to+a+signal+for+shock.">Activity in the human amygdala corresponds to early, rather than late period autonomic responses to a signal for shock.</a> Learn. Mem. 14, 485-490 (2007).</li><li>Knight, D. C., Nguyen, H. T., Bandettini, P. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+role+of+the+human+amygdala+in+the+production+of+conditioned+fear+responses.">The role of the human amygdala in the production of conditioned fear responses.</a> Neuroimage. 26, 1193-1200 (2005).</li><li>Knight, D. C., Nguyen, H. T., Bandettini, P. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+role+of+awareness+in+delay+and+trace+fear+conditioning+in+humans.">The role of awareness in delay and trace fear conditioning in humans.</a> Cogn. Affect. Behav. Neurosci. 6, 157-162 (2006).</li><li>Schultz, D. H., Helmstetter, F. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Classical+conditioning+of+autonomic+fear+responses+is+independent+of+contingency+awareness.">Classical conditioning of autonomic fear responses is independent of contingency awareness.</a> J. Exp. Psychol. Anim. Behav. Process. 36, 495-500 (2010).</li><li>Dunsmoor, J. E., Bandettini, P. A., Knight, D. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neural+correlates+of+unconditioned+response+diminution+during+Pavlovian+conditioning.">Neural correlates of unconditioned response diminution during Pavlovian conditioning.</a> Neuroimage. 40, 811-817 (2008).</li><li>Katkin, E. S., Wiens, S., Ohman, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nonconscious+fear+conditioning,+visceral+perception,+and+the+development+of+gut+feelings.">Nonconscious fear conditioning, visceral perception, and the development of gut feelings.</a> Psychol. Sci. 12, 366-370 (2001).</li><li>Knight, D. C., Waters, N. S., King, M. K., Bandettini, P. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Learning-related+diminution+of+unconditioned+SCR+and+fMRI+signal+responses.">Learning-related diminution of unconditioned SCR and fMRI signal responses.</a> Neuroimage. 49, 843-848 (2010).</li><li>Knight, D. C., Waters, N. S., Bandettini, P. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neural+substrates+of+explicit+and+implicit+fear+memory.">Neural substrates of explicit and implicit fear memory.</a> Neuroimage. 45, 208-214 (2009).</li><li>Lovibond, P. F., Shanks, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+role+of+awareness+in+Pavlovian+conditioning:+empirical+evidence+and+theoretical+implications.">The role of awareness in Pavlovian conditioning: empirical evidence and theoretical implications.</a> J. Exp. Psychol. Anim. Behav. Process. 28, 3-26 (2002).</li><li>Hippocampus, . <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> 8, 620-626 (1998).</li><li>Cox, R. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=AFNI:+software+for+analysis+and+visualization+of+functional+magnetic+resonance+neuroimages.">AFNI: software for analysis and visualization of functional magnetic resonance neuroimages.</a> Comput. Biomed. Res. 29, 162-173 (1996).</li><li>Knight, D. C., Nguyen, H. T., Bandettini, P. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Expression+of+conditional+fear+with+and+without+awareness.">Expression of conditional fear with and without awareness.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 100, 15280-15283 (2003).</li><li>Bunce, S. C., Bernat, E., Wong, P. S., Shevrin, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Further+evidence+for+unconscious+learning:+preliminary+support+for+the+conditioning+of+facial+EMG+to+subliminal+stimuli.">Further evidence for unconscious learning: preliminary support for the conditioning of facial EMG to subliminal stimuli.</a> J. Psychiatr. Res. 33, 341-347 (1999).</li><li>Kotze, H. F., Moller, A. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+auditory+subliminal+stimulation+on+GSR.">Effect of auditory subliminal stimulation on GSR.</a> Psychol. Rep. 67, 931-934 (1990).</li><li>Miller, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Threshold+variability+in+subliminal+perception+experiments:+fixed+threshold+estimates+reduce+power+to+detect+subliminal+effects.">Threshold variability in subliminal perception experiments: fixed threshold estimates reduce power to detect subliminal effects.</a> J. Exp. Psychol. Hum. Percept. Perform. 17, 841-851 (1991).</li><li>Tabbert, K., Stark, R., Kirsch, P., Vaitl, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dissociation+of+neural+responses+and+skin+conductance+reactions+during+fear+conditioning+with+and+without+awareness+of+stimulus+contingencies.">Dissociation of neural responses and skin conductance reactions during fear conditioning with and without awareness of stimulus contingencies.</a> Neuroimage. 32, 761-770 (2006).</li></ol>

אין ניגודי אינטרסים הכריז.

מיזוג פחד המתודולוגיה המתוארת כאן מספק אמצעי לחקור את המנגנונים העצביים של תהליכי זיכרון מודע ולא מודע פחד. שיטה זו מנצלת את ניטור סימולטני של נתונים התנהגותיים, האוטונומית, ו-fMRI. תגובות התנהגותיות (כלומר תוחלת UCS) ו האוטונומית ניטור (כלומר SCR) הוא רכיב קריטי של שיטה זו. תוחלת UCS מספק אמצעי כדי להעריך את המודעות מגירה, בעוד SCR מספק אינדקס הביטוי CR. יחד, התגובות הללו התנהגותיות האוטונומית ניתן להשתמש במהלך המצגת של הנ&quot;ל ואת התת CS + ו-CS-ניסויים כדי לחקור מיזוג עם פחד וללא מודעות מגירה. נתוני ה-MRI פונקציונלי לאחר מכן ניתן להשתמש כדי לחקור את וקושרת העצבית של תהליכי זיכרון מודע ולא מודע פחד. כוח מיוחד של מתודולוגיה זו היא כי היא חושפת את המשתתפים כל סוג של ניסיון מיזוג (כלומר נתפס CS + &amp; CS-, בלתי נתפסת CS + &amp; CS-). בתוך הנושא, עיצובים כמו זה המתואר כאן חזקים יותר בין העיצובים נושא בגלל ההשתנות בין נושא גדול יחסית נצפתה גם SCR ו-fMRI התגובות האות. עוד נקודה חזקה של שיטה זו הוא כי היקף מצגת CS מותאם סף תפיסתי של כל משתתף. יתר על כן, סף תפיסתי מותר להשתנות על מהלך הפגישה מיזוג. העבודה טרם הציגה בדרך כלל גירויים ברמה סבירה מתחת לסף 7,20,21. עם זאת, סף תפיסתי יכול להשתנות במשך הזמן לצמצם את היכולת לזהות תופעות התת 22. כוח נוסף של מתודולוגיה זו היא כי תוחלת UCS נבחנת על בסיס משפט אחר משפט במהלך הפגישה מיזוג. מחקר fMRI אחרים יש להעריך את המודעות של CS-UCS תלויות בזמן שלאחר מיזוג הערכות 23. עם זאת, לאחר מיזוג הערכות 1) לא ניתן להעריך שינויים בתוחלת ממשפט למשפט-to-2) עשוי להיות רגיש ראיות עדין של מודעות לשעת חירום, ו -3) רגישים בנושאים לעוות את התוצאות, כגון שכחה והפרעות. למרות שיש מספר עוצמות המתודולוגיה שלנו, ניטור תוחלת UCS כמתואר רשאי לעסוק בתהליכים קשב באופן שונה ממחקרים שאינם משתמשים באמצעים תוחלת באינטרנט. זוהי סוגיה כי החוקרים לשקול יחד עם היתרונות של מתודולוגיה זו בעת תכנון הפרויקטים שלהם.

<table border="1" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr><td> ציוד </td><td> חברה </td><td> פריט מספר </td></tr><tr><td> משולב מערכת הדמיה תפקודית (IFIS-SA) </td><td> Invivo קורפ, אורלנדו, פלורידה </td><td></td></tr><tr><td> יחידת בקרת הורים (נמצא בחדר הבקרה) ממשק יחידה היקפיים (הממוקם בתא MRI) אודיו / חזותית יחידת התצוגה (הממוקם בתא MRI), כולל: <ul style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> 6.4 &quot;(אלכסון) מסך וידאו <ul style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> 640 x 480 ברזולוציה של 15 ° שדה הראייה </li></ul></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ממשק תיבת אקוסטי <ul style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מספק צליל סטריאופוני פנאומטי </li></ul></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> MR-אוזניות סטריאו תואמות </li></ul></td><td></td><td></td></tr><tr><td> ניטור פיזיולוגי SYSTEM </td><td> Biopac Systems, Inc, Goleta, CA </td><td></td></tr><tr><td> נתונים רכישת מערכת ניתוח עבור Windows (MP150) מבודד Digital Interface (ממשק דיגיטלי) Galvanic Skin Response (GSR) מגבר MRI כבלים / מערכת סינון כדי לקבוע מגבר מתמר, כולל: <ul style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הארכת כבל ה-MRI (לשכת לסנן) </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> RF התערבות מסנן </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> MRI הארכת כבלים (מגבר GSR לסנן) </li></ul> נוסף מרכיבים: DB25 ז / נ מתפורת כבל אלקטרודות radiotranslucent פנויה סיבי פחמן מוביל </td><td></td><td valign="top"> MP150WSW STP100C EDA100C-MRI MECMRI-TRANS - MECMRI-1 - MRIRFIF - MECMRI-3 CBL110C EL508 LEAD108 </td></tr><tr><td> מקל נועם </td><td> עיצובים נוכחי, Inc, פילדלפיה, פנסילבניה </td><td></td></tr><tr><td> Legacy ג&#39;ויסטיק </td><td></td><td> HH-JOY-4 </td></tr><tr><td> Legacy Interface fORP </td><td></td><td> FIU-005 </td></tr></tbody></table>

investigating the neural mechanisms of aware and unaware fear memory with fmri

ההתניה הפבלובית הפחד משמש לעתים קרובות עם בהדמיה מגנטית תפקודית (fMRI) בבני אדם בשילוב לחקור את מצעים עצביים של למידה אסוציאטיבית 1-5. במחקרים אלה, חשוב לספק ראיות התנהגותיות של מיזוג כדי לוודא כי ההבדלים בפעילות המוח לומדים הקשורות בקורלציה עם ההתנהגות האנושית. מיזוג מחקרים פחד לעיתים קרובות לעקוב אחר התגובות האוטונומיות (למשל המוליכות החשמלית של העור בתגובה: SCR) כאינדקס של למידה וזיכרון 6-8. בנוסף, אמצעים התנהגותיים אחרים יכולים לספק מידע רב ערך על תהליך הלמידה ו / או תפקודים קוגניטיביים אחרים המשפיעים על מיזוג. לדוגמא, ההשפעה הבלתי מותנית לגירוי (UCS) יש תוחלת על הביטוי של התגובה המותנית (CR) ותגובה בלתי מותנית (UCR) כבר נושא של עניין מחקרים שנעשו לאחרונה מספר 9-14. SCR ואמצעים UCS תוחלת לאחרונה להשתמש בשילוב עם fMRI לבחון את מצעי עצביים של למידה פחד מודע ולא מודע תהליכי זיכרון 15. למרות אלה תהליכים קוגניטיביים ניתן להעריך במידה מסוימת בעקבות הפגישה אוויר, שלאחר מיזוג הערכות לא יכולים למדוד את הציפיות על בסיס ניסוי ל-למשפט והם רגישים להפרעות ושכחה, ​​כמו גם גורמים אחרים שעלולים לעוות את תוצאות 16,17 . ניטור התגובות האוטונומיות והתנהגותיים בו זמנית עם fMRI מספק מנגנון שבאמצעותו מצעים עצביים לתווך יחסים מורכבת בין תהליכים קוגניטיביים ותגובות התנהגותיות / האוטונומית ניתן להעריך. עם זאת, מעקב אחר תגובות אוטונומיות והתנהגותיות בסביבה MRI מציב מספר בעיות מעשיות. באופן ספציפי, 1) ניטור ציוד סטנדרטי התנהגות פיזיולוגית בנוי של חומר ברזלי כי לא ניתן להשתמש בבטחה ליד סורק ה-MRI, 2) כאשר ציוד זה ממוקם מחוץ לתא סריקת MRI, הכבלים מקרין לנושא יכול לשאת רעש RF כי מייצרת חפצים בתמונות מוח, 3) חפצים יכול להיות מיוצר בתוך האות המוליכות החשמלית של העור על ידי מעבר הדרגתיים במהלך הסריקה, 4) את אות ה-fMRI המיוצר על ידי דרישות המנוע של תגובות התנהגותיות ייתכן שיהיה צורך להבחין בין פעילות הקשורה התהליכים הקוגניטיביים של עניין . כל הבעיות הללו ניתן לפתור עם שינויים התקנה של ציוד ניטור פיזיולוגיים נוספים ניתוח נהלים נתונים. כאן אנו מציגים מתודולוגיה בו זמנית לפקח תגובות אוטונומיות והתנהגותיות במהלך fMRI, להדגים את השימוש בשיטות אלה כדי לחקור תהליכי זיכרון מודע ולא מודע במהלך מיזוג פחד.

Watch this Scientific Journal Video about Investigating the Neural Mechanisms of Aware and Unaware Fear Memory with fMRI at JoVE.com

Investigating the Neural Mechanisms of Aware and Unaware Fear Memory with fMRI

מתודולוגיה לחקור את המנגנונים העצביים התומכים בתהליכים זיכרון מודע ולא מודע במהלך מיזוג הפחד מתואר. שיטה זו מפקחת תלוי ברמת החמצן בדם (BOLD) תהודה מגנטי תפקודי, תגובת מוליכות העור, תוחלת מותנית גירוי במהלך מיזוג פחד הפאבלובית להעריך את וקושרת העצבית של תהליכי זיכרון נפרדים.

לחקור את המנגנונים העצביים של זיכרון הפחד מודע ולא מודע עם fMRI

Pavlovian fear conditioning is often used in combination with functional magnetic resonance imaging (fMRI) in humans to investigate the neural substrates ...

investigating-neural-mechanisms-aware-unaware-fear-memory-with

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Neuroscience

12.8K Views.  University of Alabama at Birmingham. מתודולוגיה לחקור את המנגנונים העצביים התומכים בתהליכים זיכרון מודע ולא מודע במהלך מיזוג הפחד מתואר. שיטה זו מפקחת תלוי ברמת החמצן בדם (BOLD) תהודה מגנטי תפקודי, תגובת מוליכות העור, תוחלת מותנית גירוי במהלך מיזוג פחד הפאבלובית להעריך את וקושרת העצבית של תהליכי זיכ?...

Video: Investigating the Neural Mechanisms of Aware and Unaware Fear Memory with fMRI

Simultaneous fMRI and Electrophysiology in the Rodent Brain

To examine the neural basis of the blood oxygenation level dependent (BOLD) magnetic resonance imaging (MRI) signal, we have developed a rodent model in which functional MRI data and in vivo intracortical recording can be performed simultaneously. The combination of MRI and electrical recording is technically challenging because the electrodes used for recording distort the MRI images and the MRI acquisition induces noise in the electrical recording. To minimize the mutual interference of the two modalities, glass microelectrodes were used rather than metal and a noise removal algorithm was implemented for the electrophysiology data. In our studies, two microelectrodes were separately implanted in bilateral primary somatosensory cortices (SI) of the rat and fixed in place. One coronal slice covering the electrode tips was selected for functional MRI. Electrode shafts and fixation positions were not included in the image slice to avoid imaging artifacts. The removed scalp was replaced with toothpaste to reduce susceptibility mismatch and prevent Gibbs ringing artifacts in the images. The artifact structure induced in the electrical recordings by the rapidly-switching magnetic fields during image acquisition was characterized by averaging all cycles of scans for each run. The noise structure during imaging was then subtracted from original recordings. The denoised time courses were then used for further analysis in combination with the fMRI data. As an example, the simultaneous acquisition was used to determine the relationship between spontaneous fMRI BOLD signals and band-limited intracortical electrical activity. Simultaneous fMRI and electrophysiological recording in the rodent will provide a platform for many exciting applications in neuroscience in addition to elucidating the relationship between the fMRI BOLD signal and neuronal activity.

We have developed a method for simultaneous functional magnetic resonance imaging and electrophysiological recording in the rodent brain, providing a platform for the investigation of the relationship between neural activity and the blood oxygenation level dependent (BOLD) MRI signal.

FMRI Electrophysiology סימולטני במוח מכרסמים

To examine the neural basis of the blood oxygenation level dependent (BOLD) magnetic resonance imaging (MRI) signal, we have developed a rodent model in ...

Physiological, Morphological and Neurochemical Characterization of Neurons Modulated by Movement

The role of individual neurons and their function in neuronal circuits is fundamental to understanding the neuronal mechanisms of sensory and motor functions. Most investigations of sensorimotor mechanisms rely on either examination of neurons while an animal is static1,2 or record extracellular neuronal activity during a movement.3,4 While these studies have provided the fundamental background for sensorimotor function, they either do not evaluate functional information which occurs during a movement or are limited in their ability to fully characterize the anatomy, physiology and neurochemical phenotype of the neuron. A technique is shown here which allows extensive characterization of individual neurons during an in vivo movement. This technique can be used not only to study primary afferent neurons but also to characterize motoneurons and sensorimotor interneurons. Initially the response of a single neuron is recorded using electrophysiological methods during various movements of the mandible followed by determination of the receptive field for the neuron. A neuronal tracer is then intracellularly injected into the neuron and the brain is processed so that the neuron can be visualized with light, electron or confocal microscopy (Fig. 1). The detailed morphology of the characterized neuron is then reconstructed so that neuronal morphology can be correlated with the physiological response of the neuron (Figs. 2,3). In this communication important key details and tips for successful implementation of this technique are provided. Valuable additional information can be determined for the neuron under study by combining this method with other techniques. Retrograde neuronal labeling can be used to determine neurons with which the labeled neuron synapses; thus allowing detailed determination of neuronal circuitry. Immunocytochemistry can be combined with this method to examine neurotransmitters within the labeled neuron and to determine the chemical phenotypes of neurons with which the labeled neuron synapses. The labeled neuron can also be processed for electron microscopy to determine the ultrastructural features and microcircuitry of the labeled neuron. Overall this technique is a powerful method to thoroughly characterize neurons during in vivo movement thus allowing substantial insight into the role of the neuron in sensorimotor function.

A technique is described to quantify the in vivo physiological response of mammalian neurons during movement and correlate the physiology of the neuron with neuronal morphology, neurochemical phenotype and synaptic microcircuitry.

אפיון פיזיולוגיים, מורפולוגי והעצבית של נוירונים מווסתת על ידי תנועת

The role of individual neurons and their function in neuronal circuits is fundamental to understanding the neuronal mechanisms of sensory and motor ...

Extinction Training During the Reconsolidation Window Prevents Recovery of Fear

Fear is maladaptive when it persists long after circumstances have become safe. It is therefore crucial to develop an approach that persistently prevents the return of fear. Pavlovian fear-conditioning paradigms are commonly employed to create a controlled, novel fear association in the laboratory. After pairing an innocuous stimulus (conditioned stimulus, CS) with an aversive outcome (unconditioned stimulus, US) we can elicit a fear response (conditioned response, or CR) by presenting just the stimulus alone1,2 . Once fear is acquired, it can be diminished using extinction training, whereby the conditioned stimulus is repeatedly presented without the aversive outcome until fear is no longer expressed3. This inhibitory learning creates a new, safe representation for the CS, which competes for expression with the original fear memory4. Although extinction is effective at inhibiting fear, it is not permanent. Fear can spontaneously recover with the passage of time. Exposure to stress or returning to the context of initial learning can also cause fear to resurface3,4.
Our protocol addresses the transient nature of extinction by targeting the reconsolidation window to modify emotional memory in a more permanent manner. Ample evidence suggests that reactivating a consolidated memory returns it to a labile state, during which the memory is again susceptible to interference5-9. This window of opportunity appears to open shortly after reactivation and close approximately 6hrs later5,11,16, although this may vary depending on the strength and age of the memory15. By allowing new information to incorporate into the original memory trace, this memory may be updated as it reconsolidates10,11. Studies involving non-human animals have successfully blocked the expression of fear memory by introducing pharmacological manipulations within the reconsolidation window, however, most agents used are either toxic to humans or show equivocal effects when used in human studies12-14. Our protocol addresses these challenges by offering an effective, yet non-invasive, behavioral manipulation that is safe for humans.
By prompting fear memory retrieval prior to extinction, we essentially trigger the reconsolidation process, allowing new safety information (i.e., extinction) to be incorporated while the fear memory is still susceptible to interference. A recent study employing this behavioral manipulation in rats has successfully blocked fear memory using these temporal parameters11. Additional studies in humans have demonstrated that introducing new information after the retrieval of previously consolidated motor16, episodic17, or declarative18 memories leads to interference with the original memory trace14. We outline below a novel protocol used to block fear recovery in humans.

Conditioned fear can be diminished through an inhibitory process called extinction, but can resurface under conditions such as the passage of time or exposure to stress. Our protocol presents a novel way of preventing fear recovery by introducing extinction during the reconsolidation window (the re-storage phase of a reactivated memory).

אימון הכחדה במהלך חלון Reconsolidation מונע שחזור של פחד

Fear is maladaptive when it persists long after circumstances have become safe. It is therefore crucial to develop an approach that persistently prevents ...

Optical Recording of Suprathreshold Neural Activity with Single-cell and Single-spike Resolution

Signaling of information in the vertebrate central nervous system is often carried by populations of neurons rather than individual neurons. Also propagation of suprathreshold spiking activity involves populations of neurons. Empirical studies addressing cortical function directly thus require recordings from populations of neurons with high resolution. Here we describe an optical method and a deconvolution algorithm to record neural activity from up to 100 neurons with single-cell and single-spike resolution. This method relies on detection of the transient increases in intracellular somatic calcium concentration associated with suprathreshold electrical spikes (action potentials) in cortical neurons. High temporal resolution of the optical recordings is achieved by a fast random-access scanning technique using acousto-optical deflectors (AODs)1. Two-photon excitation of the calcium-sensitive dye results in high spatial resolution in opaque brain tissue2. Reconstruction of spikes from the fluorescence calcium recordings is achieved by a maximum-likelihood method. Simultaneous electrophysiological and optical recordings indicate that our method reliably detects spikes (&gt;97% spike detection efficiency), has a low rate of false positive spike detection (&lt; 0.003 spikes/sec), and a high temporal precision (about 3 msec) 3. This optical method of spike detection can be used to record neural activity in vitro and in anesthetized animals in vivo3,4.

Understanding the function of the vertebrate central nervous system requires recordings from many neurons because cortical function arises on the level of populations of neurons. Here we describe an optical method to record suprathreshold neural activity with single-cell and single-spike resolution, dithered random-access scanning. This method records somatic fluorescence calcium signals from up to 100 neurons with high temporal resolution. A maximum-likelihood algorithm deconvolves the underlying suprathreshold neural activity from the somatic fluorescence calcium signals. This method reliably detects spikes with high detection efficiency and a low rate of false positives and can be used to study neural populations in vitro and in vivo.

הקלטה אופטית של פעילות עצבית suprathreshold עם רזולוצית תא בודד ויחיד ספייק

Signaling of information in the vertebrate central nervous system is often carried by populations of neurons rather than individual neurons. Also ...

Co-analysis of Brain Structure and Function using fMRI and Diffusion-weighted Imaging

The study of complex computational systems is facilitated by network maps, such as circuit diagrams. Such mapping is particularly informative when studying the brain, as the functional role that a brain area fulfills may be largely defined by its connections to other brain areas. In this report, we describe a novel, non-invasive approach for relating brain structure and function using magnetic resonance imaging (MRI). This approach, a combination of structural imaging of long-range fiber connections and functional imaging data, is illustrated in two distinct cognitive domains, visual attention and face perception. Structural imaging is performed with diffusion-weighted imaging (DWI) and fiber tractography, which track the diffusion of water molecules along white-matter fiber tracts in the brain (Figure 1). By visualizing these fiber tracts, we are able to investigate the long-range connective architecture of the brain. The results compare favorably with one of the most widely-used techniques in DWI, diffusion tensor imaging (DTI). DTI is unable to resolve complex configurations of fiber tracts, limiting its utility for constructing detailed, anatomically-informed models of brain function. In contrast, our analyses reproduce known neuroanatomy with precision and accuracy. This advantage is partly due to data acquisition procedures: while many DTI protocols measure diffusion in a small number of directions (e.g., 6 or 12), we employ a diffusion spectrum imaging (DSI)1, 2 protocol which assesses diffusion in 257 directions and at a range of magnetic gradient strengths. Moreover, DSI data allow us to use more sophisticated methods for reconstructing acquired data. In two experiments (visual attention and face perception), tractography reveals that co-active areas of the human brain are anatomically connected, supporting extant hypotheses that they form functional networks. DWI allows us to create a "circuit diagram" and reproduce it on an individual-subject basis, for the purpose of monitoring task-relevant brain activity in networks of interest.

We describe a novel approach for simultaneous analysis of brain function and structure using magnetic resonance imaging (MRI). We assess brain structure with high-resolution diffusion-weighted imaging and white-matter fiber tractography. Unlike standard structural MRI, these techniques allow us to directly relate anatomical connectivity to functional properties of brain networks.

שיתוף ניתוח של מבנה המוח ותפקודו באמצעות fMRI ודיפוזיה משוקללת הדמיה

The study of complex computational systems is facilitated by network maps, such as circuit diagrams. Such mapping is particularly informative when ...

Whole Cell Patch Clamp for Investigating the Mechanisms of Infrared Neural Stimulation

It has been demonstrated in recent years that pulsed, infrared laser light can be used to elicit electrical responses in neural tissue, independent of any further modification of the target tissue. Infrared neural stimulation has been reported in a variety of peripheral and sensory neural tissue in vivo, with particular interest shown in stimulation of neurons in the auditory nerve. However, while INS has been shown to work in these settings, the mechanism (or mechanisms) by which infrared light causes neural excitation is currently not well understood. The protocol presented here describes a whole cell patch clamp method designed to facilitate the investigation of infrared neural stimulation in cultured primary auditory neurons. By thoroughly characterizing the response of these cells to infrared laser illumination in vitro under controlled conditions, it may be possible to gain an improved understanding of the fundamental physical and biochemical processes underlying infrared neural stimulation.

Infrared nerve stimulation has been proposed as an alternative to electrical stimulation in a range of nerve types, including those associated with the auditory system. This protocol describes a patch clamp method for studying the mechanism of infrared nerve stimulation in a culture of primary auditory neurons.

הצמד תיקון נייד לכל חוקר את המנגנונים של גירוי עצבי אינפרא אדום

It has been  demonstrated in recent years that pulsed, infrared laser light can be used to  elicit electrical responses in neural tissue, independent of ...

Optogenetic Perturbation of Neural Activity with Laser Illumination in Semi-intact Drosophila Larvae in Motion

Drosophila larval locomotion is a splendid model system in developmental and physiological neuroscience, by virtue of the genetic accessibility of the underlying neuronal components in the circuits1-6. Application of optogenetics7,8 in the larval neural circuit allows us to manipulate neuronal activity in spatially and temporally patterned ways9-13. Typically, specimens are broadly illuminated with a mercury lamp or LED, so specificity of the target neurons is controlled by binary gene expression systems such as the Gal4-UAS system14,15. In this work, to improve the spatial resolution to "sub-genetic resolution", we locally illuminated a subset of neurons in the ventral nerve cord using lasers implemented in a conventional confocal microscope. While monitoring the motion of the body wall of the semi-intact larvae, we interactively activated or inhibited neural activity with channelrhodopsin16,17 or halorhodopsin18-20, respectively. By spatially and temporally restricted illumination of the neural tissue, we can manipulate the activity of specific neurons in the circuit at a specific phase of behavior. This method is useful for studying the relationship between the activities of a local neural assembly in the ventral nerve cord and the spatiotemporal pattern of motor output.

Optogenetic Perturbation of Neural Activity with Laser Illumination in Semi-intact Drosophila Larvae in Motion

Here we describe a protocol for optogenetic manipulation of motoneuronal activity while monitoring changes in motor output (muscle contraction) in semi-intact Drosophila larvae using lasers within a conventional confocal microscope. This technique enables researchers to achieve local perturbation of neural activity in a few neuromeres to elucidate the dynamics of motor circuits.

הפרעות optogenetic של פעילות עצבית עם תאורת לייזר בחצי ללא פגע<em&gt; דרוזופילה</em&gt; זחלים בתנועה

Drosophila larval locomotion is a splendid model system in developmental and physiological neuroscience, by virtue of the genetic accessibility of the ...

Whole Mount Immunolabeling of Olfactory Receptor Neurons in the Drosophila Antenna

Odorant molecules bind to their target receptors in a precise and coordinated manner. Each receptor recognizes a specific signal and relays this information to the brain. As such, determining how olfactory information is transferred to the brain, modifying both perception and behavior, merits investigation. Interestingly, there is emerging evidence that cellular transduction and transcriptional factors are involved in the diversification of olfactory receptor neuron. Here we provide a robust whole mount immunological labeling method to assay in vivo olfactory receptor neuron organization. Using this method, we identified all olfactory receptor neurons with anti-ELAV antibody, a known pan-neural marker and Or49a-mCD8::GFP, an olfactory receptor neuron specifically expressed in Nba neuron using anti-GFP antibody.

Whole Mount Immunolabeling of Olfactory Receptor Neurons in the Drosophila Antenna

Herein we describe the process of whole mount immunostaining of Drosophila antennae, which enables us to better understand the molecular mechanisms involved in the diversification of olfactory receptor neurons (ORN)s.

הר immunolabeling השלם של חוש הריח קולטן נוירונים<em&gt; דרוזופילה</em&gt; אנטנה

Odorant molecules bind to their target receptors in a precise and coordinated manner. Each receptor recognizes a specific signal and relays this ...

Deep Brain Stimulation with Simultaneous fMRI in Rodents

In order to visualize the global and downstream neuronal responses to deep brain stimulation (DBS) at various targets, we have developed a protocol for using blood oxygen level dependent (BOLD) functional magnetic resonance imaging (fMRI) to image rodents with simultaneous DBS. DBS fMRI presents a number of technical challenges, including accuracy of electrode implantation, MR artifacts created by the electrode, choice of anesthesia and paralytic to minimize any neuronal effects while simultaneously eliminating animal motion, and maintenance of physiological parameters, deviation from which can confound the BOLD signal.&#160;Our laboratory has developed a set of procedures that are capable of overcoming most of these possible issues. For electrical stimulation, a homemade tungsten bipolar microelectrode is used, inserted stereotactically at the stimulation site in the anesthetized subject. In preparation for imaging, rodents are fixed on a plastic headpiece and transferred to the magnet bore. For sedation and paralysis during scanning, a cocktail of dexmedetomidine and pancuronium is continuously infused, along with a minimal dose of isoflurane; this preparation minimizes the BOLD ceiling effect of volatile anesthetics. In this example experiment, stimulation of the subthalamic nucleus (STN) produces BOLD responses which are observed primarily in ipsilateral cortical regions, centered in motor cortex. Simultaneous DBS and fMRI allows the unambiguous modulation of neural circuits dependent on stimulation location and stimulation parameters, and permits observation of neuronal modulations free of regional bias. This technique may be used to explore the downstream effects of modulating neural circuitry at nearly any brain region, with implications for both experimental and clinical DBS.

This protocol describes a standard method for simultaneous functional magnetic resonance imaging and deep brain stimulation in the rodent. The combined use of these experimental tools allows for the exploration of global downstream activity in response to electrical stimulation at virtually any brain target.

גירוי מוחי עמוק עם fMRI סימולטני במכרסמים

In order to visualize the global and downstream neuronal responses to deep brain stimulation (DBS) at various targets, we have developed a protocol for ...

Time-dependent Increase in the Network Response to the Stimulation of Neuronal Cell Cultures on Micro-electrode Arrays

Micro-electrode arrays (MEAs) can be used to investigate drug toxicity, design paradigms for next-generation personalized medicine, and study network dynamics in neuronal cultures. In contrast with more traditional methods, such as patch-clamping, which can only record activity from a single cell, MEAs can record simultaneously from multiple sites in a network, without requiring the arduous task of placing each electrode individually. Moreover, numerous control and stimulation configurations can be easily applied within the same experimental setup, allowing for a broad range of dynamics to be explored. One of the key dynamics of interest in these in vitro studies has been the extent to which cultured networks display properties indicative of learning. Mouse neuronal cells cultured on MEAs display an increase in response following training induced by electrical stimulation. This protocol demonstrates how to culture neuronal cells on MEAs; successfully record from over 95% of the plated dishes; establish a protocol to train the networks to respond to patterns of stimulation; and sort, plot, and interpret the results from such experiments. The use of a proprietary system for stimulating and recording neuronal cultures is demonstrated. Software packages are also used to sort neuronal units. A custom-designed graphical user interface is used to visualize post-stimulus time histograms, inter-burst intervals, and burst duration, as well as to compare the cellular response to stimulation before and after a training protocol. Finally, representative results and future directions of this research effort are discussed.

Mouse neuronal cells cultured on multi-electrode arrays display an increase in response following electrical stimulation. This protocol demonstrates how to culture neurons, how to record activity, and how to establish a protocol to train the networks to respond to patterns of stimulation.

זמן תלויי תגובת הרשת בתגובה לגירוי של תרבויות תאים עצביים על מערכי מיקרו-אלקטרודה

Micro-electrode arrays (MEAs) can be used to investigate drug toxicity, design paradigms for next-generation personalized medicine, and study network ...