BOLD, Hypothèses et desseins Expérimentaux

1. BOLD, Hypothèses et desseins Expérimentaux OuryMonchi, Ph.D. Centre de Recherche, Institut Universitaire de Gériatrie de Montréal & Université de Montréal

4. Vaisseaux rouges: Art. Mid Vaisseaux verts: Art. Ant Vaisseaux bleus: Art. Mid Vaisseaux noires: Veines

8. OPFC Rouge: Art. Noir: Veines

10. Contraste T2* • Il y a 2 origines à la relaxation transverse: 1. Les interactions spin-spin (T2) 2. Les changements de la fréquence de la précession des spins dues aux inhomogénéités du champ • T2 * prend son origine dans la combinaison • de ses 2 facteurs de la relaxation transverse T2* < T2

11. Contraste T2* 1/T2* = (1/T2) + (1/T2’) Où T2’ est l’ effet de déphasage causé par l’inhomogénéité du champ Hemoglobine désoxygénée est paramagnétique: Électrons isolés + moment magnetique significatif Augmentation taux Hemoglobine désoxygéné moins le champ est homogène  T2*

16. Principes de base de la TEP La TEP dépend de l’injection d’un isotope radioactif généré par un cyclotron. Dès leurs injections, ces radio-isotopes se désintègrent et émettent des positrons qui entrent en collision avec des électrons. Ces collisions produisent des rayons γ opposés qui sont captés par les détecteurs de coïncidence de la TEP. Suivant les molécules auxquels s’attachent ces isotopes, on peut avoir de l’information sur le débit sanguin (étude d’activation, p. ex 015) ou avoir sur la relâche de neurotransmetteur (p. ex. 11C qui se lie au récepteur D2 du striatum).

26. Réfléchir avant d’agir • Qu’espérez-vous trouver ? • Qu’apprendrez-vous de nouveau sur les processus cognitifs Impliqués ?  • Obtiendrez-vous des informations complémentaires aux autres techniques ?  • Peut-on répondre à la question en utilisant des techniques plus simples et moins onéreuses ? • L’IRMf ajoute-t-elle suffisamment d’informations pour justifier cette grande dépense d’argent et d’effort ? 

27. Réfléchir avant d’agir • Quelles seraient les autres possibilités (et/ou l’hypothèse nulle)?  • Ou n’y a-t-il pas vraiment d’autres possibilités ? (dans ce cas il n’est peut-être pas intéressant de réaliser l’expérience)   • Dans le cas où une autre possibilité ressort, l’étude serait-elle toujours intéressante ?  • Si cette autre possibilité n’est pas intéressante, l’espoir d’avoir le résultat attendu au départ est-il suffisant pour justifier la réalisation de l’expérience ?  • Quel serait le titre de l’article dans ‘Nature’ si ça marche ?

28. Réfléchir avant d’agir 3 • Quelles sont les variables confondantes possibles ? • Pouvez-vous lesatténuer ? • L’expérience a-t-elle déjà été réalisée ? 

29. A quelle question essaye-t-on de répondre ?! • Nature/Nombre de composantes cognitives ? • Résolution Temporelle ? • Reconstruction du BOLD ? • Résolution Spatiale ? • Cerveau entier ou Région d’Intérêt (ROI) ? • A éviter : Quelle est la dernière méthode ou la méthode la plus sophistiquée ? Utilisons celle là !

30. Paramètres disponibles • Présentation des Stimuli en Blocs Vs. Essais Mélangés ? • Acquisition Synchronisée avec les Stimuli Vs. Acquisition Non Synchronisée ? • Temps de Répétition pour l’acquisition des volumes • Longueur des essais • Longueur ISI • Amplitude des essais ?

31. Paramètres disponibles 2 • Nombre de volumes • Nombre de Runs • Sessions Multiples • Nombre de Tranches • Résolution • Orientation des Tranches

33. Cognitive subtraction originated with reaction time experiments (F. C. Donders, a Dutch physiologist). Mesure le temps d’apparition d’un procédé en comparant deux temps de réaction, le premier ayant les mêmes composants que le deuxième + le procédé d’intérêt. Subtraction Logic Assumption of pure insertion: You can insert a component process into a task without disrupting the other components. Widely criticized (we’ll come back to this when we talk about parametric studies) Exemple : T1: Appuyez sur le bouton quand vous voyez une lumière T2: Appuyez sur le bouton quand la lumière est verte mais pas rouge T3: Appuyez sur le bouton gauche quand la lumière est verte et sur le bouton droit quand la lumière est rouge T2 – T1 = temps pour faire la distinction entre les couleurs T3 – T2 = temps pour prendre une décision

34. Top Ten Things Sex and Brain Imaging Have in Common 10. It's not how big the region is, it's what you do with it.  9. Both involve heavy PETting.  8. It's important to select regions of interest.  7. Experts agree that timing is critical.  6. Both require correction for motion.  5. Experimentation is everything. Source: students in the Dartmouth McPew Summer Institute

35. Top Ten Things Sex and Brain Imaging Have in Common Now you should get this joke!  4. You often can't get access when you need it.  3. You always hope for multiple activations.  2. Both make a lot of noise.  1. Both are better when the assumption of pure insertion is met. Source: students in the Dartmouth McPew Summer Institute

36. Subtraction Logic: Brain Imaging Example: Our simple MT localizer T1: View stationary rings T2: View moving rings => T2 – T1 = “motion” areas • Possible factors added • motion • attentional salience • Possible factors removed • retinal adaptation You must always consider the possible components you could be adding or affecting. More sophisticated designs (e.g., parametric designs, conjunction designs) may better address true contribution of components.

39. Design Bloc • État Stable • Conditions control et activation • Alternance entre des blocs de même type d’essais et des blocs de condition control • Les acquisitions de volume sont synchronisées • avec les essais • Bon design pour la question suivante : L’aire X montre-t-elle une augmentation de l’activation quand elle est présentée avec la composante cognitive A par rapport à la condition control ou par rapport à la composante cognitive B

40. time time ROI 14 2800 2780 10 2760 2740 2720 6 2700 2680 2 2660 2640 -2 2620 t-value 2600 fMRI Activation: Block Design on stimulus off image acq Signal 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 Time (s)

47. Dessein évènementiel (Espacé) • Réponse à des évènements éphémères • Reconstruit la réponse hémodynamique. • Habituellement désynchronise l’acquisition du volume et la présentation du stimulus dans le but de scanner à différents points de la fonction hémodynamique. => Besoin de créer un fichier de sortie avec les temps de volume, la présentation des stimuli et les temps de réponse. • Pas besoin de présenter les stimuli et les conditions « control » en blocs. Cela peut-être mieux que de les présenter de manière aléatoire.

49. fMRI Activation: Event Related time 14 105 10 104 103 6 ROI Signal 102 2 101 100 -2 t-value 99 0 5 10 15 20 25 Time on stimulus off image acq time ROI average time course stimulus

50. Event Related (Spaced) Auditory Study • Can reconstruct the signal directly from data because ISI large and not regular • Can still reconstruct it with small ISI’s but more model dependant because of the deconvolution