国立科学によって資金を供給され、JFXD、保健学部、ニューヨーク大学と著者に工学研究会（NSERC）はSOオンタリオ問題ギャンブル研究センター（OPGRC）で博士号の資金を持っています。

1。 MRI室に入る前に<ol><li>参加者はすべての実験のリスク（例えばペースメーカー、閉所恐怖症、金属インプラント、妊娠の可能性など）、および参加の利点を説明し同意書を完了します。 </li><li>すべての参加者は、禁忌の参加者は除外する必要があります（簡単な病歴、手術前の手順等）MRIの安全性とスクリーニング質問票を記入する必要があります。 </li></ol> 2。タスクの概要とトレーニング<ol><li>アンチサッカードのタスクのパフォーマンスに関するトレーニングを提供しています。 <ol><li>緑色の固定は、プロサッカー裁判を示しています。 8月10日°の視野角で、画面の周囲に現れるターゲットに目を向けるよう参加者に指示します。 </li><li>赤の固定は、アンチサッカードトライアルを示しています。画面の周囲に表示されるターゲットのミラーの反対側に目を向ける参加者に指示する、8-10°（例えば、右のターゲットに対しての視覚的な角度で、目に見えるe）は残しました。 </li></ol></li><li>スキャナ外部の感情的なストループのタスクのパフォーマンスに関するトレーニングを提供しています。 <ol><li>スキャナ外部のコンピュータ上で顔ワード式のさまざまな組み合わせで15の練習試験が含まれています。参加者がタスクを学習し、MRIスキャナで適切なボタンを押すと、それらが期待されている何のために練習の目的である。どのボタンを幸せそうな表情/ワード、中立的な表現/ワードと悲しい表現/単語を報告するために押されてするよう参加者に指示します。さらに、時スキャナの内部に、各ボタンが表している感情の参加者を思い出させる。 </li><li>式を（悲しい、ニュートラル、ハッピー）を示す説明的な言葉は、個々の顔の写真に重ねています。これらの言葉は絵の中の顔（ 図1）で示されている感情と一致するか一致しないのいずれかです。担当者のどちらかに参加者を思い出させて画面上で書かれた命令でそれぞれのスキャンを開始&quot;表情（悲しい、中立、幸せ）&quot;または可能な限り迅速に対応するボタンを押すことによって &quot;書かれた単語を（悲しい、中立、幸せ）&quot; ORT。 </li><li>命令は、参加者が別の1秒間に執着固定クロス、続いて、1秒間に表示されます。固定クロスは2秒の応答画像に続いて、250ミリ秒のために提示顔刺激が続いている。応答イメージが参加者に適切なボタンを押すことによってその応答を報告する時間を与えるために使用されます。固定クロスの次の視覚的なプレゼンテーションでは、このレスポンス·イメージの終了後に開始されます。各参加者には、2つの命令グループ（すなわち、顔の表情OR書かれた言葉）のいずれかで実験的なスキャンを繰り返します。すべての刺激はプレゼンテーション12.1（使用して作成され、提示された<a href="http://www.neurobs.com" target="_blank">www.neurobs.comを</a> ）。 </li></ol></li></ol> 3。スキャナとアイトラッキングの設定<ol><li> bへ実験のセットアップeginは、デジタルプロジェクターとMRIの画面上に焦点を当てたイメージとして、コンピュータの刺激を投影することで開始します。 </li><li>参加者は、制御室での椅子から立ち上がると、スキャナの部屋に入るように求められます。耳栓、および/または頭の電話が提供されており、被験者は自分の耳の運河に配置します。 <ol><li>対象は、ヘッドコイルの中心に彼らの頭の位置で仰臥位にある。我々は、データの原因の損失をスキャン中に頭部運動以来、頭の彼らの動きを制限することでそれらをできるだけ快適なだけでなく、側近にするために枕や発泡スチロールで参加者の身体と頭の位置を安定させる。頭部の動きが任意の方向に1ミリメートルよりも大きい場合は特に。 </li><li>スライド/参加者の頭の上headcoilを配置し、プロジェクターの画面を映す鏡を表示するには、まっすぐに見ながら、彼らができるだけ快適に頭を傾けています。目はpと次の位置に近いなければなりません2時間まで持続できるスキャンセッションを介して参加者の快適性を維持するための8 ossible。 </li></ol></li><li>彼らはスキャナでは1回、投影画像の焦点はどのように参加者に依頼してください。それがシャープでない場合は、画面上のイメージを向上させるためにレンズを再調整します。 </li><li> eyetrackerは現在、赤外カメラが正しい位置にあることを保証するためにキャリブレーションによってテストされています。角膜反射は理想的な、または正常に動作しない場合は、赤外LED光源を調整する必要があり、または参加者の頭の位置の近くに赤外LED光源を映す鏡は、再編/調整する必要があります。参加者の頭が調整された場合は、より多くのパディング/泡や枕は、このヘッド/ボディポジションを維持するために必要されている場合は、件名をお願いします。赤外線アイ·トラッカー（すなわちSensomotoricインスツルメンツ、ニーダム/ボストン、MA）を使用して、モニターと記録、参加者の水平方向および垂直方向の眼の位置をスキャン中に、行動パラダイムWHで、これらの相関関係本発明は、脳の活動を分析する。5,7 </li></ol> 4。スキャンの手順<ol><li>参加者の彼らの左手で腹部と右手のジョイスティック/ボタンボックスに緊急連絡スクイーズボールを置きます。頭の近くに右側にビタミンEのカプセルを配置します。これは、特定のエラーを行います解剖スキャンで表示できます左から右に画像を反転されません。 MRIの中心にベッドを上げて、スライドさせます。 </li><li>実験者のすべてがMRI余地を残していることを確認し、MRIへの扉を閉じます。 </li><li>制御室のインターホンを通じて、参加者と通信し、それらがスキャンを開始する準備をし、できるだけ快適になっていることを確認してください。されていない場合は、必要に応じて調整します。 </li><li>スキャナのノイズが騒々しいとなり、これが正常であることを参加者に思い出させる。 <ol><li>最初のスキャンでは、ローカライズ/または正確を処方することができるように矢状領域に沿っていくつかの脳の画像を収集完全な解剖学的および機能的なデータのスライスのientation。参加者は、このスキャンには数分かかりますと言われています。 </li><li>実験者がローカライザースキャンの結果を表示したら、我々は、脳全体をカバーする解剖学的スライスのシリーズを規定している。私たちの例では、一般的に脳​​全体（170から256スライス）を包含する軸方向の斜めのスライスをスキャンします。このスキャンではスライスの所定の数に応じて10から6分程度かかることが参加者に指示します。いくつかのケースでは解剖学的スキャン機能スキャンした後に行うことができます。後者のいくつかの利点がありますが、通常、長期の実験では被験者は疲労が発生します。彼らは目を閉じることがありますので、このように、解剖学的スキャンは、被験者が注意を必要としません。それは、イメージングセッションの終了時にこれらのスキャンを行うには役に立つかもしれません。 </li><li>解剖学的スキャンが完了すると参加者がマイクを介して通信を介して今後のスキャンの具体的な指示を思い出している/スピーカーシステム。 </li></ol></li><li>この例では、擬似イベントに関連するデザイン2は感情的なストループ課題によって活性化する脳の領域を識別するために使用されていますが、必要なときにすべての感覚、内部感覚9ま ​​たはモータの刺激10が使用するために指示することができます。これらがスキャンされた後、我々は、アンチサッカードパラダイムは次の​​スキャンされている対象を指示します。選択された撮像パラメータに応じてスキャンが6分長いに近いでしょう。我々は、これは被験者が眠りに落ちるように誘導するより長いスキャンことがわかります。 </li><li>合計イメージングセッションでは、分析のために必要な合計のスキャンに応じて、約60から120分かかります。 </li></ol> 5。 fMRIの解析<ol><li> BrainVoyager QXソフトウェア（またはそのようなAFNIやSPMなどの解析パッケージ）を使用してデータを分析します。 </li><li>解剖学的脳画像の上に機能的なデータの統計マップを重ね合わせることから始めます。機能的に（RO興味のある脳の領域を定義する）スキャンの2つのタイプの間にタスクの条件ごとに個別の予測（つまり、一致すると一致しない、顔命令とワード命令、アンチサッカー、プロサッカード）と、一般線形モデル（GLM）を使用しています。 </li><li> GLMの対比から、すべての活性化前頭部の信号強度（領域のマップを生成するすべての合同対一致しないすべてのつまり）を調べ、すべての参加者間で標準化されたBOLD信号を計算し、合同でワード/と一致しない単語/顔の発現を比較する両方の条件2の式に直面している。 </li><li> GLMsのために使用された臨床試験で収集された反応時間を相互に関連付け、次に図4のような特定の試験2の自分の反応時間で、個々を越えて脳の活動を関連付けることができます。 </li></ol> 6。代表的な結果分析後、私たちは、電子と相関の脳領域を示す運動ストループとアンチサッカードのタスクは、スキャン中に記録されます。感情的なストループパラダイムの結果から、表現、命 ​​令、脳領域のすべての3つの要因間の相互作用の効果を示したが、表現と命令2のない主効果のない主な効果はありませんでした。私たちは、顔の表情が重畳された感情的な単語に一致しないたときに、書かれた単語を報告するから生成こ ​​のincongruencyは左IFG 2（ 図2）より高いBOLD信号強度を示したことが分かった。合同式のと比較して一致しない式の大きな信号強度が一致する幸せが最大の違いは2を示すとともに、統計的に有意であった。 最も重要なのはテストした3つの調和しない条件のためのRTSは、（悲しい幸せとニュートラル）は、すべての合同条件（ 図3）に比べて左のIFG内で増加したBOLD信号を予測した。このANAのために溶解は、我々は、特に反応時間を検討し、調和しないと一致する条件のRTは、この脳領域内のBOLD信号の動作（ 図3）の予測因子であったかどうかをテストするために回帰分析を行った。我々はニュートラル、ハッピーの単語表現を報告するとき、RTは左IFGの活動の変動の81％を占めることがわかった、と一致しないと合同条件2の間に悲しい。高いRTは、他のすべての式の条件に比べて最大RT /信号強度比が得られる調和しない悲しい状態で、大きな左IFG活性化の予測です。私たちは活動の2つのネットワークを比較することができるために、上記と同様の方法を用いて抗サッカーのパラダイムを分析した。この例では、プロサッカーのタスクに比べてアンチサッカードのため左のIFGには増加した信号がなかったことがわかった。詳細については、我々は、Ford ら（2007）に読者を参照してください。 <img alt="図1" src=&quot;/ files/ftp_upload/3237/3237fig1.jpg&quot; /&gt; 図1。調和しない裁判（SADという言葉が重畳幸せそうな表情を持つ顔）の例を示します。実験では、顔刺激（250 ms）および参加者のボタンの応答を必要とマスク画像（2秒）で進んで、固定点（1秒）で始まります。 <img alt="図2" src="/files/ftp_upload/3237/3237fig2.jpg" /> 図2：すべての固定ボリュームは、ベースラインとして使用された。エラーバーは平均値（SEM）の標準誤差を示す。一致しない式では、（悲しい、ニュートラル、ハッピー）合同式の2に比較して有意に大きいBOLD信号の変化を示した。はめ込み画像は、機能的にコントラストがワード命令セットに出席中の合同条件に対して一致しない感情的なストループは、セクション5.2で説明し使用してローカライズされた左下前頭回（IFG）を示しています。 <img alT = &quot;図3&quot; SRC = &quot;/ files/ftp_upload/3237/3237fig3.jpg&quot; /&gt; 図3 &quot;Wordに出席し&quot;命令の間に、調和しない-合同コントラストは、RTSとBOLD信号強度との間に正の相関を示した。このグラフは、6つの条件のそれぞれの間に全10科目 &quot;のRTとBOLD信号の平均値です。エラーバーは平均値（SEM）の2標準誤差を示す。 <img alt="図4" src="/files/ftp_upload/3237/3237fig4.jpg" /> 図は、4。各式の二つの繰り返しは被験者に表示されていました。一番上の行は、試験の1つのブロックからの試験シーケンスの概略図である。下部のセクションでは、感情的な表情の表現に関与する脳の領域を検出するために使用される2つのガンマ血行動態応答関数（HRF）の描写である。

<ol>
	<li>Stroop, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Studies+of+interference+in+serial+verbal+reactions.">Studies of interference in serial verbal reactions.</a> Journal of Experimental Psychology. 18, 643-662 (1935).</li><li>Ovaysikia, S., Tahir, K. A., Chan, J. L., DeSouza, J. F. X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Word+wins+over+face:+emotional+Stroop+effect+activates+the+frontal+cortical+network.">Word wins over face: emotional Stroop effect activates the frontal cortical network.</a> Front Hum. Neurosci. 4, 234 (2011).</li><li>Hallett, P. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Primary+and+secondary+saccades+to+goals+defined+by+instructions.">Primary and secondary saccades to goals defined by instructions.</a> Vision Res. 18, 1279-1296 (1978).</li><li>Connolly, J. D., Goodale, M. A., DeSouza, J. F. X., Menon, R. S., Vilis, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+comparison+of+frontoparietal+fMRI+activation+during+anti-saccades+and+anti-pointing.">A comparison of frontoparietal fMRI activation during anti-saccades and anti-pointing.</a> J. Neurophysiol. 84, 1645-1655 (2000).</li><li>DeSouza, J. F. X., Menon, R. S., Everling, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preparatory+set+associated+with+pro-saccades+and+anti-saccades+in+humans+investigated+with+event-related+FMRI.">Preparatory set associated with pro-saccades and anti-saccades in humans investigated with event-related FMRI.</a> J. Neurophysiol. 89, 1016-1023 (2003).</li><li>Everling, S., DeSouza, J. F. X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rule-dependent+activity+for+prosaccades+and+antisaccades+in+the+primate+prefrontal+cortex.">Rule-dependent activity for prosaccades and antisaccades in the primate prefrontal cortex.</a> J. Cogn. Neurosci. 17, 1483-1496 (2005).</li><li>Ford, K. A., Goltz, H. C., Brown, M. R. G., Everling, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neural+processes+associated+with+antisaccade+task+performance+investigated+with+event-related+fMRI.">Neural processes associated with antisaccade task performance investigated with event-related fMRI.</a> J. Neurophysiol. 94, 429-440 (2005).</li><li>DeSouza, J. F. X., Nicolle, D. A., Vilis, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Task-dependent+changes+in+the+shape+and+thickness+of+Listing's+plane.">Task-dependent changes in the shape and thickness of Listing's plane.</a> Vision Res. 37, 2271-2282 (1997).</li><li>Hadjikhani, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanisms+of+migraine+aura+revealed+by+functional+MRI+in+human+visual+cortex.">Mechanisms of migraine aura revealed by functional MRI in human visual cortex.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 98, 4687-4692 (2001).</li><li>DeSouza, J. F. X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Eye+position+signal+modulates+a+human+parietal+pointing+region+during+memory-guided+movements.">Eye position signal modulates a human parietal pointing region during memory-guided movements.</a> J. Neurosci. 20, 5835-5840 (2000).</li></ol>

我々は、開示することは何もありません。

タスクに関連したアクティベーションの地図を生成するために、脳の領域を識別することは、スキャンタスク（または抗サッケード対プロサッカーストループ、一致しない対合同感情と表情のどちらかで、すなわち）との間の正確なコントラストを作成するに依存しています。動作が対象にエラーが発生した試験を削除するには、スキャナで収集されている場合、これらの機能のマップは、より洗練することができます。これらのエラーは、削除することができ、機能的なマップよりもエラーの十分な数があった場合は、これらの3,4,5,6で作られる可能性があります。最も重要なのは、より長い反応時間を持っていたストループ課題一致しないタスクのために反応時間を調べるときにも左前頭皮質（IFG）で高いBOLD信号を持っていた。我々はこの行動データを収集しなかった場合我々は、前頭前野2に、この新しい洞察力を持っていません。 この手法は、ある特定の関連付けられている脳領域の活動のパターンの測定を可能にするそのようなボタンを押す2または眼球運動の記録の対策を使用して、正しいとエラー試験7とhaviors。これらの技術を使用しての挑戦は4-5S（ 図4の時間分解能を持っている血流（BOLD信号）から派生した機能的なデータで、ミリ秒のオーダーで測定することができる行動データの正確な相関関係にある。）したがって、特定の動作に関連付けられた神経活動を見て、血行動態に関連する遅延を考慮する必要があります。急速に提示刺激と、BOLD信号の上昇は、いくつかの顔/ワードペア刺激の提示の過程で発生します。合同の効果（または特定の表情）を見するために、私たちは順番に同じ刺激型の2つを提示することによって、時間分解能は、この格差を克服する必要があります。これは最初の2つの刺激が2調和しない、幸せそうな顔プレゼンテーションのfoあり、 図4に示されている2調和しない中立的な、二調和しない悲しいことllowed。したがって、不適合と合同の比較に依存してコントラストが血行動態応答をキャプチャするのに十分な長さ、6.5sブロックを包含します。 さらに、スキャン中に参加者の動きは、磁場内での歪みを作成し、この結果で人工的なアクティベーションを生成することができますまたは不正確な解剖学的位置に機能的な活性化を変位させることができます。実験者と被験者が見ることができますスキャナ中に被験者による過度の運動は、スキャンの間にはまだ可能な限り維持する連想することができます。運動の更なる補正は破棄され、機能スキャンの数ミリの通常の結果よりも大きいしかし、運動、ソフトウェアでposthoc行うことができます。ここでは、ボタンの押下を見つけられませんでしたが、腕や頭部の著しい変位をもたらした、しかし、スキャン中に被写体の動きは、どのパラダイムrequirinための慎重な配慮を与えなければならないグラムにも小さな動き。

A correction was made to <a href="http://https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/video/3237">Correlating Behavioral Responses to fMRI Signals from Human Prefrontal Cortex: Examining Cognitive Processes Using Task Analysis</a>. Joseph DeSouza and Laura Pynn middle initials were omitted at publication.
These have been corrected to:
Joseph F.X. DeSouza Laura K. Pynn

A correction was made to <a href="http://https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/video/3237">Correlating Behavioral Responses to fMRI Signals from Human Prefrontal Cortex: Examining Cognitive Processes Using Task Analysis</a>. Some of the authors middle initials were omitted.

Erratum: Correlating Behavioral Responses to fMRI Signals from Human Prefrontal Cortex: Examining Cognitive Processes Using Task Analysis

<table border="1"><tbody><tr><td> 機器の名前 </td><td> 会社 </td></tr><tr><td> 3テスラMRIマシン</td><td>シーメンスMAGNETOMトリオ（エルランゲン、ドイツ） </td></tr><tr><td> iViewXアイトラッキング</td><td> SensoMotoricインスツルメンツ株式会社</td></tr><tr><td> BrainVoyager QXソフトウェア</td><td>脳イノベーション、マーストリヒト、オランダ</td></tr><tr><td> 4ボタンのジョイスティック</td><td>現在のデザイン社、フィラデルフィア、PA、アメリカ合衆国</td></tr></tbody></table> 表1特異的試薬および装置。

correlating behavioral responses to fmri signals from human prefrontal cortex: examining cognitive processes using task analysis

このメソッドは本稿の目的は2つの類似したタスクで従事して補完的な脳のプロセスを調べるためにニューロイメージング手法を実装する方法を記述することです。 fMRIのスキャナのタスクのパフォーマンス中に参加者の行動は、その後、血液酸素レベルに依存した信号を用いた脳活動に相関することができます。我々は、対象タスクが正しくしてパフォーマンスを修正するために関連する脳の信号を調べることができるように行われ、適切な試験を、並べ替えることができるように挙動を測定します。逆に、被験者は正確にタスクを実行しないと、これらの試験は、我々が唯一の正しいパフォーマンスを得るためにではなかった試験を導入すると、適切な試験と同じ分析に含まれています。したがって、多くの場合これらのエラーは、それらに脳の活動を関連付けるために自分自身を使用することができます。ストループ1とアンチサッカードタスク：我々は、自動応答の抑制の間に脳を調べるために私たちのラボで使用される2つの相補的なタスクについて説明します。ザ感情的なストループパラダイムは、どちらの顔刺激1,2の感情の顔や顔の表情&quot;を越え重畳された感情的な&quot;言葉&quot;を報告し、参加者に指示します。言葉と表情が異なる感情を参照するときに、何の間に競合が言って、何を自動的に読み込まれますが発生しなければなりません。参加者は、単語の読みと表情の2つの同時競合するプロセス間の競合を解決する必要があります。ワードを読み出すために私たちの衝動が強い &quot;刺激 - 反応（SR）組合につながる。したがって、これらを抑制する強力なSRのは困難であり、参加者はエラーを作成する傾向がある。この対立を克服し、顔や言葉から注目を離れて指示する対象は、通常より多くの顕著な刺激に注意を向けるプロセス、ボトムアップを抑制する必要があります。同様に、命令キューは、周辺刺激の位置が、その後EYにのみ注意を向けるために使用される抗サッケードタスク3,4,5,6、で電子の動きはミラーと対向する位置に行われています。再び我々は、脳の活性に相関することができますし、正しいとエラー試験への行動応答7のソートを可能にする参加者の眼球運動を記録することによって動作を測定します。神経画像は現在の研究者が異なる認知過程の指標であると関連するさまざまな神経回路網を特定し、正しいとエラー試験の異なる動作を測定することができます。

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Correlating Behavioral Responses to fMRI Signals from Human Prefrontal Cortex: Examining Cognitive Processes Using Task Analysis

私たちの研究の目的は、脳の活動にビヘイビアを関連付けることです。正確な行動の対策やイメージング技術は、私たちは脳と行動の関係を解明することができます。

人間の前頭前野皮質からfMRI信号への行動応答の相関：タスク分析を用いた認知プロセスを調べる

The aim of this methods paper is to describe how to implement a neuroimaging technique to examine complementary brain processes engaged by two similar ...

correlating-behavioral-responses-to-fmri-signals-from-human

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Neuroscience

12.7K ビュー.  Centre for Vision Research, York University. 私たちの研究の目的は、脳の活動にビヘイビアを関連付けることです。正確な行動の対策やイメージング技術は、私たちは脳と行動の関係を解明することができます。

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Recording Behavioral Responses to Reflection in Crayfish

Social behavior depends on sensory input from the visual, mechanical and olfactory systems. One important issue concerns the relative roles of each sensory modality in guiding behavior. The role of visual inputs has been examined by isolating visual stimuli from mechanical and chemosensory stimuli. In some studies (Bruski &amp; Dunham, 1987: Delgado-Morales et al., 2004) visual inputs have been removed with blindfolds or low light intensity, and effects of remaining sensory modalities have been elucidated. An alternative approach is to study the effects of visual inputs in the absence of any appropriate mechanical and chemosensory cues. This approach aims to identify the exclusive role of visual inputs. 
We have used two methods to provide visual stimuli to crayfish without providing chemical and mechanical cues. In one method, crayfish are videotaped in an aquarium where half of the walls are covered in mirrors to provide a reflective environment, and the other half are covered in a non-reflective (matte finish) plastic. This gives the crayfish a choice between reflective and non-reflective environments. The reflective environment provides visual cues in the form of reflected images of the crayfish as it moves throughout half of the tank; these visual cues are missing from the non-reflective half of the tank. An alternative method is to videotape the behavior of crayfish in an aquarium separated by a smaller chamber at each end, with a crayfish in one small chamber providing visual cues and an inert object in the opposite small chamber providing visual input from a non-moving, non-crayfish source. 
Our published results indicate that responses of crayfish to the reflective environment depend on socialization and dominance rank. Socialized crayfish spent more time in the reflective environment and exhibited certain behaviors more frequently there than in the non-reflective environment; isolated crayfish showed no such differences. Crayfish that were housed in same-sex pairs developed a social rank of either dominant or subordinate. Responses to reflection differed between dominant and subordinate crayfish (May &amp; Mercier, 2006; May &amp; Mercier, 2007). Dominant crayfish spent more time on the reflective side, entered reflective corners more frequently and spent more time in reflective corners compared to the non-reflective side. Subordinate crayfish walked in reverse more often on the reflective side than on the non-reflective side. Preliminary data suggest similar effects from visual cues provided by a crayfish in a small adjoining chamber (May et al., 2008).

We have developed two methods for studying effects of visual cues on behavior in the absence of tactile and chemical cues. One method involves videotaping responses of crayfish to reflective walls in an aquarium; the other examines effects of visual inputs provided by a live crayfish behind a transparent partition.

ザリガニのリフレクションに行動反応の記録

Social behavior depends on sensory input from the visual, mechanical and olfactory systems.  One important issue concerns the relative roles of each ...

神経科学

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.

fMRIと拡散強調画像を用いた脳の構造と機能の同時分析

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

Visualization and Genetic Manipulation of Dendrites and Spines in the Mouse Cerebral Cortex and Hippocampus using In utero Electroporation

In utero electroporation (IUE) has become a powerful technique to study the development of different regions of the embryonic nervous system 1-5. To date this tool has been widely used to study the regulation of cellular proliferation, differentiation and neuronal migration especially in the developing cerebral cortex 6-8. Here we detail our protocol to electroporate in utero the cerebral cortex and the hippocampus and provide evidence that this approach can be used to study dendrites and spines in these two cerebral regions.
Visualization and manipulation of neurons in primary cultures have contributed to a better understanding of the processes involved in dendrite, spine and synapse development. However neurons growing in vitro are not exposed to all the physiological cues that can affect dendrite and/or spine formation and maintenance during normal development. Our knowledge of dendrite and spine structures in vivo in wild-type or mutant mice comes mostly from observations using the Golgi-Cox method 9. However, Golgi staining is considered to be unpredictable. Indeed, groups of nerve cells and fiber tracts are labeled randomly, with particular areas often appearing completely stained while adjacent areas are devoid of staining. Recent studies have shown that IUE of fluorescent constructs represents an attractive alternative method to study dendrites, spines as well as synapses in mutant / wild-type mice 10-11 (Figure 1A). Moreover in comparison to the generation of mouse knockouts, IUE represents a rapid approach to perform gain and loss of function studies in specific population of cells during a specific time window. In addition, IUE has been successfully used with inducible gene expression or inducible RNAi approaches to refine the temporal control over the expression of a gene or shRNA 12. These advantages of IUE have thus opened new dimensions to study the effect of gene expression/suppression on dendrites and spines not only in specific cerebral structures (Figure 1B) but also at a specific time point of development (Figure 1C).
Finally, IUE provides a useful tool to identify functional interactions between genes involved in dendrite, spine and/or synapse development. Indeed, in contrast to other gene transfer methods such as virus, it is straightforward to combine multiple RNAi or transgenes in the same population of cells. 
In summary, IUE is a powerful method that has already contributed to the characterization of molecular mechanisms underlying brain function and disease and it should also be useful in the study of dendrites and spines.

Visualization and Genetic Manipulation of Dendrites and Spines in the Mouse Cerebral Cortex and Hippocampus using In utero Electroporation

This article describes in detail a protocol to electroporate in utero the cerebral cortex and the hippocampus at E14.5 in mice. We also show that this is a valuable method to study dendrites and spines in these two cerebral regions.

使用して、マウス大脳皮質および海馬における可視化と樹状突起と棘の遺伝子操作<em&gt;子宮内で</em&gt;エレクトロポレーション

In utero electroporation (IUE) has become a powerful technique to study the development of different regions of the embryonic nervous system 1-5. To date ...

Functional Imaging of Auditory Cortex in Adult Cats using High-field fMRI

Current knowledge of sensory processing in the mammalian auditory system is mainly derived from electrophysiological studies in a variety of animal models, including monkeys, ferrets, bats, rodents, and cats. In order to draw suitable parallels between human and animal models of auditory function, it is important to establish a bridge between human functional imaging studies and animal electrophysiological studies. Functional magnetic resonance imaging (fMRI) is an established, minimally invasive method of measuring broad patterns of hemodynamic activity across different regions of the cerebral cortex. This technique is widely used to probe sensory function in the human brain, is a useful tool in linking studies of auditory processing in both humans and animals and has been successfully used to investigate auditory function in monkeys and rodents. The following protocol describes an experimental procedure for investigating auditory function in anesthetized adult cats by measuring stimulus-evoked hemodynamic changes in auditory cortex using fMRI. This method facilitates comparison of the hemodynamic responses across different models of auditory function thus leading to a better understanding of species-independent features of the mammalian auditory cortex.

Functional studies of the auditory system in mammals have traditionally been conducted using spatially-focused techniques such as electrophysiological recordings. The following protocol describes a method of visualizing large-scale patterns of evoked hemodynamic activity in the cat auditory cortex using functional magnetic resonance imaging.

ハイフィールドのfMRIを使って大人の猫における聴覚皮質の機能イメージング

Current knowledge of sensory processing in the mammalian auditory system is mainly derived from electrophysiological studies in a variety of animal ...

Simultaneous Detection of c-Fos Activation from Mesolimbic and Mesocortical Dopamine Reward Sites Following Naive Sugar and Fat Ingestion in Rats

This study uses cellular c-fos activation to assess effects of novel ingestion of fat and sugar on brain dopamine (DA) pathways in rats. Intakes of sugars and fats are mediated by their innate attractions as well as learned preferences. Brain dopamine, especially meso-limbic and meso-cortical projections from the ventral tegmental area (VTA), has been implicated in both of these unlearned and learned responses. The concept of distributed brain networks, wherein several sites and transmitter/peptide systems interact, has been proposed to mediate palatable food intake, but there is limited evidence empirically demonstrating such actions. Thus, sugar intake elicits DA release and increases c-fos-like immunoreactivity (FLI) from individual VTA DA projection zones including the nucleus accumbens (NAC), amygdala (AMY) and medial prefrontal cortex (mPFC) as well as the dorsal striatum. Further, central administration of selective DA receptor antagonists into these sites differentially reduce acquisition and expression of conditioned flavor preferences elicited by sugars or fats. One approach by which to determine whether these sites interacted as a distributed brain network in response to sugar or fat intake would be to simultaneous evaluate whether the VTA and its major mesotelencephalic DA projection zones (prelimbic and infralimbic mPFC, core and shell of the NAc, basolateral and central-cortico-medial AMY) as well as the dorsal striatum would display coordinated and simultaneous FLI activation after oral, unconditioned intake of corn oil (3.5%), glucose (8%), fructose (8%) and saccharin (0.2%) solutions. This approach is a successful first step in identifying the feasibility of using cellular c-fos activation simultaneously across relevant brain sites to study reward-related learning in ingestion of palatable food in rodents.

The goal of this study is to identify reward-related distributed brain networks by delineating a reliable immunohistological technique using cellular c-fos activation to measure simultaneous changes in dopamine pathways and terminal sites after novel ingestion of fat and sugar in rats.

ラットにおけるナイーブ砂糖と脂肪の摂取後の中脳辺縁系と中間皮質ドーパミン報酬サイトからのc-Fosの活性化の同時検出

This study uses cellular c-fos activation to assess effects of novel ingestion of fat and sugar on brain dopamine (DA) pathways in rats. Intakes of sugars ...

Electrophysiological Method for Recording Intracellular Voltage Responses of Drosophila Photoreceptors and Interneurons to Light Stimuli In Vivo

Voltage responses of insect photoreceptors and visual interneurons can be accurately recorded with conventional sharp microelectrodes. The method described here enables the investigator to measure long-lasting (from minutes to hours) high-quality intracellular responses from single Drosophila R1-R6 photoreceptors and Large Monopolar Cells (LMCs) to light stimuli. Because the recording system has low noise, it can be used to study variability among individual cells in the fly eye, and how their outputs reflect the physical properties of the visual environment. We outline all key steps in performing this technique. The basic steps in constructing an appropriate electrophysiology set-up for recording, such as design and selection of the experimental equipment are described. We also explain how to prepare for recording by making appropriate (sharp) recording and (blunt) reference electrodes. Details are given on how to fix an intact fly in a bespoke fly-holder, prepare a small window in its eye and insert a recording electrode through this hole with minimal damage. We explain how to localize the center of a cell's receptive field, dark- or light-adapt the studied cell, and to record its voltage responses to dynamic light stimuli. Finally, we describe the criteria for stable normal recordings, show characteristic high-quality voltage responses of individual cells to different light stimuli, and briefly define how to quantify their signaling performance. Many aspects of the method are technically challenging and require practice and patience to master. But once learned and optimized for the investigator's experimental objectives, it grants outstanding in vivo neurophysiological data.

Electrophysiological Method for Recording Intracellular Voltage Responses of Drosophila Photoreceptors and Interneurons to Light Stimuli In Vivo

Sharp microelectrodes enable accurate electrophysiological characterization of photoreceptor and visual interneuron output in living Drosophila. Here we show how to use this method to record high-quality voltage responses of individual cells to controlled light stimulation. This method is ideal for studying neural information processing in insect compound eyes.

の記録細胞内の電圧応答のための電気生理学的手法<em&gt;ショウジョウバエ</em&gt;光刺激に感光体と介在ニューロン<em&gt;インビボ</em

Voltage responses of insect photoreceptors and visual interneurons can be accurately recorded with conventional sharp microelectrodes. The method ...

A Free-breathing fMRI Method to Study Human Olfactory Function

The study of human olfaction is a highly complex and valuable field with applications ranging from biomedical research to clinical evaluation. Currently, evaluation of the functions of the human central olfactory system with functional magnetic resonance imaging (fMRI) is still a challenge because of several technical difficulties. There are some significant variables to take into account when considering an effective method for mapping the function of the central olfactory system using fMRI, including proper odorant selection, the interaction between odor presentation and respiration, and potential anticipation of or habituation to odorants. An event-related, respiration-triggered olfactory fMRI technique can accurately administer odorants to stimulate the olfactory system while minimizing potential interference. It can effectively capture the precise onsets of fMRI signals in the primary olfactory cortex using our data post-processing method. The technique presented here provides an efficient and practical means for generating reliable olfactory fMRI results. Such a technique can ultimately be applied in the clinical realm as a diagnostic tool for diseases associated with olfactory degeneration, including Alzheimer&#39;s and Parkinson&#39;s disease, as we begin to further understand the complexities of the human olfactory system.

We present the technical challenges and solutions for obtaining reliable functional magnetic resonance imaging (fMRI) data from the human central olfactory system. This includes special considerations in olfactory fMRI paradigm design, descriptions of fMRI data acquisition with an MRI-compatible olfactometer, odorant selection, and a special software tool for data post-processing.

ヒトの嗅覚機能を研究する自由呼吸fMRI法

The study of human olfaction is a highly complex and valuable field with applications ranging from biomedical research to clinical evaluation. Currently, ...

Combined Transcranial Magnetic Stimulation and Electroencephalography of the Dorsolateral Prefrontal Cortex

Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a non-invasive method that produces neural excitation in the cortex by means of brief, time-varying magnetic field pulses. The initiation of cortical activation or its modulation depends on the background activation of the neurons of the cortical region activated, the characteristics of the coil, its position and its orientation with respect to the head. TMS combined with simultaneous electrocephalography (EEG) and neuronavigation (nTMS-EEG) allows for the assessment of cortico-cortical excitability and connectivity in almost all cortical areas in a reproducible manner. This advance makes nTMS-EEG a powerful tool that can accurately assess brain dynamics and neurophysiology in test-retest paradigms that are required for clinical trials. Limitations of this method include artifacts that cover the initial brain reactivity to stimulation. Thus, the process of removing artifacts may also extract valuable information. Moreover, the optimal parameters for dorsolateral prefrontal (DLPFC) stimulation are not fully known and current protocols utilize variations from the motor cortex (M1) stimulation paradigms. However, evolving nTMS-EEG designs hope to address these issues. The protocol presented here introduces some standard practices for assessing neurophysiological functioning from stimulation to the DLPFC that can be applied in patients with treatment resistant psychiatric disorders that receive treatment such as transcranial direct current stimulation (tDCS), repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS), magnetic seizure therapy (MST) or electroconvulsive therapy (ECT).

The protocol presented here is for TMS-EEG studies utilizing intracortical excitability test-retest design paradigms. The intent of the protocol is to produce reliable and reproducible cortical excitability measures for assessing neurophysiological functioning related to therapeutic interventions in the treatment of neuropsychiatric diseases such as major depression.

結合された経頭蓋磁気刺激と背外側前頭前野の脳波

Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a non-invasive method that produces neural excitation in the cortex by means of brief, time-varying magnetic ...

Conducting Concurrent Electroencephalography and Functional Near-Infrared Spectroscopy Recordings with a Flanker Task

Concurrent EEG and fNIRS recordings offer an excellent opportunity to gain a full understanding of the neural mechanism of cognitive processing by inspecting the relationship between the neural and hemodynamic signals. EEG is an electrophysiological technology that can measure the rapid neuronal activity of the cortex, whereas fNIRS relies on the hemodynamic responses to infer brain activation. The combination of EEG and fNIRS neuroimaging techniques can identify more features and reveal more information associated with the functioning of the brain. In this protocol, fused EEG-fNIRS measurements were performed for concurrent recordings of evoked-electrical potentials and hemodynamic responses during a Flanker task. In addition, the critical steps for setting up the hardware and software system as well as the procedures for data acquisition and analysis were provided and discussed in detail. It is expected that the present protocol can pave a new avenue for improving the understanding of the neural mechanisms underlying various cognitive processes by using the EEG and fNIRS signals.

The present protocol describes how to perform concurrent EEG and fNIRS recordings and how to inspect the relationship between the EEG and fNIRS data.&#160;

フランカータスクによる同時脳波と機能的近赤外分光記録の実施

Concurrent EEG and fNIRS recordings offer an excellent opportunity to gain a full understanding of the neural mechanism of cognitive processing by ...

Isolation of Adult Human Astrocyte Populations from Fresh-Frozen Cortex Using Fluorescence-Activated Nuclei Sorting

The complexity of human astrocytes remains poorly defined in primary human tissue, requiring better tools for their isolation and molecular characterization. Fluorescence-activated nuclei sorting (FANS) can be used to successfully isolate and study human neuronal nuclei (NeuN+) populations from frozen archival tissue, thereby avoiding problems associated with handling&#160;fresh tissue. However, efforts to similarly isolate astroglia from the non-neuronal (NeuN-) element are lacking. A recently developed and validated immunotagging strategy uses three transcription factor antibodies to simultaneously isolate enriched neuronal (NeuN+), astrocyte (paired box protein 6 (PAX6)+NeuN-), and oligodendrocyte progenitor (OLIG2+NeuN-) nuclei populations from non-diseased, fresh (unfixed) snap-frozen&#160;postmortem human temporal neocortex tissue.
This technique was shown to be useful for the characterization of cell type-specific transcriptome alterations in primary pathological epilepsy neocortex. Transcriptomic analyses confirmed that PAX6+NeuN- sorted populations are robustly enriched for pan-astrocyte markers and capture astrocytes in both resting and reactive conditions. This paper describes the FANS methodology for the isolation of astrocyte-enriched nuclei populations from fresh-frozen human cortex, including tissue dissociation into single-nucleus (sn) suspension; immunotagging of nuclei with anti-NeuN and anti-PAX6 fluorescently conjugated antibodies; FANS gating strategies and quality control metrics for optimizing sensitivity and specificity during sorting and for confirming astrocyte enrichment; and recommended procurement for downstream transcriptome and chromatin accessibility sequencing at bulk or sn resolution. This protocol is applicable for non-necrotic, fresh-frozen, human cortical specimens with various pathologies and recommended postmortem tissue collection within 24 h.

We have developed a method that enriches for and isolates human astrocyte populations from fresh-frozen tissue for use in downstream molecular analyses.