fMRT

Diese Aktivierung muss immer im Verhältnis zu einem Vergleichsniveau betrachtet werden und kann nicht absolut interpretiert werden. Darum hat man in solchen Experimenten auch immer eine Vergleichsbedingung innerhalb einer Person (keine Stimuli oder neutrale Stimuli), die als Baseline genommen wird.

Messung des MRT-Signals vergleichbar zu strukturellem MRT:

• das zu untersuchende Organ - hier das Gehirn - wird einem externen magnetischen Feld und verschiedenen Radiowellen-Impulsen ausgesetzt

• Wasserstoffatomkerne emittieren ein elektromagnetisches Signal das gemessen werden kann und das abhängig von dem zugrundeliegenden Gewebe ist

• Basierend auf mathematischen Transformationen (sog. Fouriertransformation) wird ein hochauflösendes Bild des Gehirns erstellt

HRF (hemodynamic response function) ist allgemeine Antwortkurve (1)

Diese wird auf das experimentelle Paradigma (2) umgerechnet

(3). Dann wird per linearer Regression getestet,

wie gut die Daten (hier in blau) zu dem Modell passen (4). Es gibt aber auch andere Auswertungsmethoden als die modellgeleiteten.

BOLD-Kontrast: Unterschied zwischen der Aktivierung bei neutralen/keinen Stimuli und der Aktivierung bei Stimulusdarbietung. Dabei ist wichtig zu beachten, in welche Richtung man die Differenz berechnet.

Oxygeniertes Hämoglobin ist diamagnetisch, desoxygeniertes Blut ist paramagnetisch. Neuronale Aktivität à mehr oxygeniertes Blut an der Stelle der Aktivierung

Desoxyhämoglobin verursacht winzige Magnetfeldstörungen. Wenn also in einer Region die Oxyhämoglobinkonzentration relativ zum Desoxyhämoglobin ansteigt, bleiben die Wasserstoffkerne bei der Auslenkung nach einem Radioimpuls länger „in Phase“, weil es weniger Störungen gibt. Die T2-Relxationszeit steigt an à verstärktes MRT-Signal. Das ist die BOLD-response (blood-oxygenation-level-dependent response).

Um aktive Hirnregionen darzustellen, nutzt die fMRT den so genannten "BOLD-Effekt". BOLD steht für Blood-Oxygenation-Level Dependent. Das bedeutet, dass der Blutfarbstoff der roten Blutkörperchen andere magnetische Eigenschaften hat, wenn er Sauerstoff transportiert, als wenn er den Sauerstoff bereits an die Hirnzellen abgegeben hat. Aktive Hirnzellen benötigen mehr Sauerstoff, deshalb weiten sich dort die Blutgefäße, und mehr sauerstoffreiches Blut strömt in die entsprechende Region. Dieser Unterschied ist messbar. Das Blut fungiert also sozusagen als "körpereigenes Kontrastmittel".

Messung des MRT-Signals vergleichbar zu strukturellem MRT:

• das zu untersuchende Organ - hier das Gehirn - wird einem externen magnetischen Feld und verschiedenen Radiowellen-Impulsen ausgesetzt

• Wasserstoffatomkerne emittieren ein elektromagnetisches Signal das gemessen werden kann und das abhängig von dem zugrundeliegenden Gewebe ist

• Basierend auf mathematischen Transformationen (sog. Fouriertransformation) wird ein hochauflösendes Bild des Gehirns erstellt

Traditionelles Design. Stimulus wird über lange Zeit durchgehend (A) oder immer wieder (B) gezeigt

Das entsprechende Signal könne so aussehen:

Blockdesign hat rel. hohe Power. Man sollte die Bedingungen möglichst regelmäßig abwechseln, damit es weniger Signal Drift gibt.

Blockdesign ist nicht für alle experimentellen Fragen geeignet.

Das Signal-Rauschen-Verhältnis ist im event-related Design stärker.

Jittering: Das Inter-Stimulus-Intervall sollte variiert werden, damit die in regelmäßigen Abständen stattfindenden Messungen nicht immer genau dieselbe Stelle der BOLD-response messen, sondern verschiedene Zeitpunkte erfassen.

Methodisch: Paradigma zur Stressreaktivität im MRT entwickeln/validieren, mit dem man die neuronale Stressantwort charakterisieren und den Einfluss einer Stressinduktion/-reaktion auf kognitive Prozesse untersuchen kann. Sollte sich zeigen in:

a.      Anstieg von Cortisol

b.      Veränderung der subjektiven Befindlichkeit

c.      Anstieg der Herzrate

d.      Anstieg der BOLD-Response in Strukturen des „Salienznetzwerks“ (dorsales anteriores Cingulum (dACC), anteriore Insula und Amygdala)

Inhaltlich/explorativ: Inwiefern beeinflusst Langzeitaktivität der HPA-Achse die individuellen Unterschiede in der akuten Stressreaktivität?

Stichprobe: 40 gesunde Probanden (12 w, 28 m; weniger Frauen, weil nur Frauen untersucht wurden, die besondere Kontrazeptiva nehmen wegen Hormonuntersuchungen), 36 Rechtshänder, 4 Linkshänder; Alter: 19-32 (M = 24,93; SD = 3,79)

AVs:

·        Endokrinologische Stressreaktivität: Haarcortisol als Indikator für die Langzeitaktivität der HPA-Achse und Speichelcortisol zur Messung der akuten Stressreaktivität

·        Herzrate: Beats-per-minute während der Stressblöcke im Vergleich zu Kontrollblöcken

·        Subjektives Befinden: Kurzversion des Mehrdimensionalen Befindlichkeitsfragebogens (MDBF): Dimensionen Gute-Schlechte Stimmung, Wachheit-Müdigkeit und Ruhe-Unruhe

·        Neuronale Stressantwort: BOLD-response, vor allem im dACC, anteriorer Insula und Amygdala im Kontrast Stressblöcke vs. Kontrollblöcke

UV – Manipulation:

Stress induziert durch „Jury“, die übertragen wird über Webcam, die kritisch guckt und über Signalbutton Rückmeldung geben kann. Nach Hälfte verbales Feedback, in denen man angewiesen wird, sich etwas mehr anzustrengen.

Blockdesign: methodisch nicht optimal aufgrund von Signal Drift, aber für die Fragestellung notwendig.

S1 – S6 sind Speichelcortisolproben.

Fragestellung 1:

Anstieg des Speichelcortisols (A)

Anstieg des subjektiven Stresses (B)

Anstieg der Herzrate (C).

Auch neuronal gibt es Effekt:

·  Aktivierung im dorsalen anterioren Cingulum (dACC), Supplementären motorischen Areal (SMA), inferioren frontalen Gyrus und der anterioren Insula à wie angenommen

·  Deaktivierung unter Stress in der Amygdala

·   Es könnte auch Reihenfolgeneffekte gegeben haben, weil Personen in der Kontrollbedingung am Anfang des Experiments auch einfach aufgrund des Versuchsaufbaus unter Stress gestanden haben könnten

Fragestellung 2:

• Signifikante negative Korrelation zwischen der Konzentration von Haarcortisol und BOLD-response im dACC und der akuten Stressreaktion (Speichelcortisol)

• keine signifikante Korrelation zwischen subjektiver Befindlichkeit und Haarcortisol, obwohl rein deskriptiv auch ein negativer Zusammenhang vorhanden war

1.      Welche unterschiedlichen Effekte haben Ablenkung und Neubewertung als Emotionsregulationsstrategien?

2.      Welche gemeinsamen und unterschiedlichen neuronalen Netzwerke liegen den zwei Emotionsregulationsstrategien Ablenkung und Neubewertung zugrunde?

Stichprobe: 30 gesunde Probanden (17 w, 13 m); 26 RH, 4 LH; Alter 18 – 27 (M = 21,8; SD = 2,1)

AVs:

· Subjektive Einschätzung des emotionalen Befindens (emotional state): Self-Assessment-Manikin (SAM) mit 9 Stufen von negativ bis positiv (5 Männchen + 4 Zwischenräume)

· BOLD-response jeweils während der Darbietung der Bildreize

UVs:

o Emotionale Valenz des Bildes:

o Negativ

o Neutral

o positiv

o Instruktion:

o Anschauen,

o Senken/Neubewertung,

o  Ablenken/Rechenaufgabe prüfen

1. Darbietung des Fixationskreuzes in variabler Dauer (für Jittering)

2. Induktion: Bild wird gezeigt

3. Regulation: Anweisung wird darüber geblendet

• Sowohl Ablenkung als auch Neubewertung führt zu Valenz in Richtung Neutralität

• Keine Unterschiede zwischen den Valenzen der Bilder (also positive und negative können einfach gesammelt als „emotionale“ Bilder gesehen werden

• Links: Signifikant erhöhte BOLD-response in der Amygdala beim einfachen Betrachten emotionaler Bilder gegenüber den Regulationsstrategien. Gezeigt ist der Unterschied zwischen „view emotional“ und dem jeweils anderen.

  Rechts: gefittete BOLD-response in den einzelnen Bedingungen (grün floss nicht in die Berechnung ein, ist hier nur zur Verdeutlichung abgetragen). Ablenkung scheint also die „erfolgreichste“ Strategie zu sein.

  Vermutung: Ablenkung könnte auch deshalb am erfolgreichsten Emotionen regulieren, weil man für Neubewertung ja erstmal eine erste Bewertung des Bildes vornehmen muss, wodurch die emotionale Verarbeitung stärker ist. Langfristig ist vermutlich Neubewertung die gesündere Strategie, zumindest in Bedingungen mit moderater kognitiver Anforderung. In Situationen mit starker Belastung ist vermutlich Ablenkung die (auch langfristig) bessere Strategie.

Kontrast in blau: erhöhte BOLD-response während der Neubewertungsbedingung im Vergleich mit passivem Anschauen der Bilder

o im präfrontalen Kortex (genauer: orbitofrontalen Kortex [OFC], dorsolateralen präfrontalen Kortex [dlPFC] und dorsomedialen präfrontalen Kortex [dmPFC])

o im inferioren parietalen Kortex,

o dem linken mittleren temporalen Gyrus

o und dem bilateralen Pränunceus.

Kontrast in rot: erhöhte BOLD-response während Ablenkungsbedingung im Vergleich zum passiven Anschauen der Bilder im

o dlPFC und

o dmPFC inklusive dorsalem ACC,

o im inferioren und superioren parietalen Kortex (ß der ist typischerweise bei Rechenaufgaben aktiv)

o sowie der Insula.

 (Fett sind die, die bei beiden Strategien verwendet werden.)

Fast alle Vor- und Nachteile des MRT plus einige andere

Vorteile:

·  Funktionale Bildgebung ist möglich

·  Günstiger und weiter verbreitet als PET, das auch funktionale Bildgebung ermöglicht

· Beste räumliche Auflösung aktueller bildgebender Verfahren

Nachteile:

· Keine sehr gute zeitliche Auflösung (z.B. verglichen mit EEG)

· Die Blutversorgung mancher Hirngewebe könnte effizienter sein als andere

·  Gute Bilder nah an großen Hohlräumen zu erhalten, ist schwierig

·  Bewegungsartefakte können auftreten

Eine systematische Signalverschiebung die im Rahmen einer längeren FMRT Messung aufritt.

Man sollte das Inter Stimulus Intervall bei Event related designs variieren, damit die in regelmässigen Abständen stattfindende Messung nicht immer genau dieselbe Stelle der Bold Response erfasst, sondern verschiedene Zeitpunkte erfasstwerden