Диссертация (1147492), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Для цифрового анализа изображений отклика мозгаиспользовали и развили современные методы обработки BOLD сигнала. Получаемыекарты активации обрабатывали в программе SPM8 - Statistical parametric mapping(Welcome Trust Centre of Neuroimaging, London, UK), работающей в среде Matlab 8.0(2012b)иCONN:functionalconnectivitytoolbox(NITRC,USA).200EPI-последовательностей, полученных со сканера, в формате DICOM, были конвертированы вформат NiFTI.
Чтобы скорректировать движения головы между отдельными сканами напервой стадии обработки, все полученные изображения были сведены к первому скану,после чего получили усредненное EPI-изображение (realigning), которое нормировали к47стандартному EPI-изображению, предоставленному Монреальским нейрологическиминститутом (MNI-пространство). Далее проводили сегментацию, пространственноесглаживание, так, нормированные изображения с размером вокселя 2×2×2 мм размывалиГауссовой функцией диаметром 8 мм. Эту процедуру применяли независимо к даннымкаждого испытуемого.Статистическая обработка данных.На первом этапе в рамках статистического анализа фМРТ-данных использовалинесколько стандартных методик, которые являются общепринятыми в мире и наиболеераспространенными, что дает возможность статистически корректно выявлять наборыобластей мозга, вовлекаемые в обеспечение исследуемой деятельности.
Использовалистандартный статистический метод обработки фМРТ-данных – метод множественнойрегрессии в рамках основной линейной модели (GLM). Данный метод позволяет выявлятьпараметрырегрессиидлякаждоговокселяизображения,которыеявляютсястатистической мерой соответствия между появлением пробы и соответствующимиизменениями зарегистрированного BOLD сигнала. В качестве регрессоров выступалипараметры регистрируемого сигнала (тип пробы и его длительность), а также параметрысмещения положения головы и некорректные пробы. Далее осуществляли коррекцию намножественность сравнений методом FDR на базе SPM8 (Statistical parametric mapping(Welcome Trust Centre of Neuroimaging, London, UK), работающей в среде Matlab 8.0(2012b).
Цель данного этапа – статистическое параметрическое картирование. На данномэтапе проводится проверка гипотезы о случайном распределении данных. Нулеваягипотеза гласит, что все пикселы изображения распределены случайно. Оценку локальнойактивности относительно целого мозга проводили методом двухкомпонентного t-теста (tкритерий Стьюдента, p<0.001).На втором этапе проводили анализ HRF – функции гемодинамического ответа,которая отражает поведение вокселя во время исследования.
В стандартной методикеизмерения HRF предполагается измерение отклика на единичный импульс, в нашемисследовании – на множественные импульсы согласно методике эксперимента. Видстандартной HRF напоминает функцию Пуассона или гамма-функцию (Friston et al., 1994).Необходимо отметить, что пик данной кривой приходится на 5 сек с моментапредъявления стимула (Friston et al., 1994).
В последнее время накоплен обширныйфактический материал о взаимосвязи HRF с глиально-нейронной активностью мозга(Logothetis et al., 2004).482.3.2 Вторая серия фМРТ-исследованияЦелью данной серии исследования являлось исследование фактора инструкции назакономерности перестройки крупномасштабных нейронных сетей при распознаваниилиц.Испытуемые. В эксперименте приняли участие 24 испытуемых с остротой зренияне менее 1, праворуких, без неврологических патологий. Исключающим критериемявлялось наличие патологических анатомических особенностей головного мозга, черепномозговые травмы и заболевания нервной системы. Все испытуемые дали согласие научастие в эксперименте. Данные по испытуемым представлены в таблице 5.Таблица 6 – Характеристика добровольцев по полу и возрастуХарактеристикаГруппа добровольцевМужской пол, %33,3Женский пол, %66,7Средний возраст, годы24,73Стимулы.
Для решения поставленной задачи методами нейроиконики былисинтезированы изображения 36 оптоклонов. Для этого использовали функцию «Genetic» вПО FaceGen, клонирование изображений оптоклонов с заданным процентом измененияконфигурации лица относительно первоначального образа.
Изменения регулировалисьшкалой «randomness» от 0 до 1. Клонирование включало в себя несколько этапов. Напервом этапе помещали первоначальный образец, примененный в психофизическомисследовании в середину матрицы. На втором этапе задавали необходимый процентизменений морфотипа лица – 0,3%. На третьем – проводили клонирование (рисунок 18).49БAРисунок 18 – Алгоритм клонирования оптоклонов по этапам: А – первый и второй этапы,Б – третий этап синтеза изображенийДанную последовательность действий повторяли несколько раз со случайносгенерированными лицами из матрицы до достижения необходимого количестваоптоклонов.
Далее, для каждого лица, генерировали два вида эмоции (радость-грусть) идва типа поворота головы (направо-налево) аналогично способу, указанному впредыдущих исследованиях. Использовали максимальную градацию выраженностипризнака для эмоции – 10, а для поворота – 5° по шкалам FaceGen. В качествеконтрольных тестов применили изображения тех же 36 оптоклонов, но ориентированныхпрямо с нейтральным выражением лица.
Так как восприятие изображения частопроисходит в условиях шума и помех, все стимулы предъявлялись на фоне аддитивнойнекоррелированной помехи со степенью перекрытия 50%. Примеры лиц, предъявляемых вразличных фазах стимуляции, приведены на рисунке 19.50ФАЗА 1ФАЗА 2ФАЗА 3ФАЗА 4Рисунок 19 – Схема стимуляции: фаза 1 и 3 - предъявление нейтральных прямоориентированных лиц, фазы 2 и 4 - предъявление лиц с различной мимическойэкспрессией и повернутых в разные стороны. Инструкция в фазах 1 и 2 - распознаваниеповорота, а 3-4 – распознавание мимикиПроцедура и оборудование. Оборудование полностью было идентичным тому,которое применяли в первом фМРТ исследовании.
Процедура стимуляции включалапредъявление четырех фаз стимуляции (таблица 7).Таблица 7 – Описание стимулов в зависимости от фазы стимуляции№ фазы1234Описание стимуловИнструкцияИзображение 36 разных лиц с нейтральнымвыражением лица и прямо ориентированного36 разных лиц, повернутых направо-налево сэкспрессией радости или грусти и градациейвыраженности признака – 10 по шкале FaceGenИзображение 36 разных лиц с нейтральнымвыражением лица и прямо ориентированного36 разных лиц, повернутых направо-налево сэкспрессией радости или грусти и градациейвыраженности признака – 10 по шкале FaceGenЗадачараспознаванияповорота головыЗадачараспознаванияповорота головыЗадачараспознаваниямимики лицаЗадачараспознаваниямимики лицаВ фазе 1 и 3 многократно предъявляли изображения 36 нейтральных оптоклонов,ориентированных прямо. В фазе 2 и 4 – предъявляли изображения 36 разных людей, но51изображения лица давались в разных поворотах (направо-налево), при разных выраженияхэмоции(радость-грусть).
Межстимульныйинтервалсоставлял1000 мс.Выборрегистрировали по нажатию добровольцами левой или правой клавиши мыши. На рисунке20 приведен пример смены фаз стимуляции.фаза 130 секфаза 230 секфаза 330 секфаза 4…n30 секдлительность всегоисследования 25 мин.Рисунок 20 - Параметры стимуляции и возможные типы вычитания 4 фаз фМРТ напримере парадигмы предъявления разных лицt52Каждая фаза состояла из 10 сканирований по 3 секунды и была равна 30 секундам.Каждое исследование начиналось с предъявления слайда с точкой фиксации. Через 30секунд происходила смена стимуляции – предъявление в случайном порядке одной изчетырех фаз.
Первый слайд каждой фазы – инструкция. Далее – изображения оптоклонов.Каждую фазу предъявляли по 10 раз. Длительность всего сканирования составила 25 мин.Инструкция. Испытуемый исследования фиксировал взор в центре экрана и былпроинструктирован в задаче определения поворота головы нажимать на левую клавишумыши, в случае его решения о доминировании левого поворота, и правую – в случае егорешения о доминировании правого поворота головы оптоклона. В задаче определенияэмоции необходимо было нажимать на правую клавишу мыши в случае решения одоминировании эмоции радости и левую – при доминировании эмоции грусти.Испытуемый не был проинструктирован о наличии нейтральных прямо ориентированныхлиц. Данный стимульный материал воспринимался как лица с «незаметной для глаза»минимальной степенью выраженности мимики и поворота.Статистическая обработка данных была проведена аналогично первому фМРТисследованиям.2.3.3 Третья серия фМРТ-исследованияЦелью данной серии исследования являлось исследование фактора вероятностиповторастимуловнаперестройкукрупномасштабныхнейронныхсетейприраспознавании лиц.Испытуемые.
В эксперименте приняли участие 23 испытуемых с остротой зренияне менее 1, праворуких, без неврологических патологий. Исключающим критериемявлялось наличие патологических анатомических особенностей головного мозга, черепномозговые травмы и заболевания нервной системы. Все испытуемые дали согласие научастие в эксперименте.
Данные по испытуемым представлены в таблице 8.Таблица 8 – Характеристика добровольцев по полу и возрастуХарактеристикаГруппа добровольцевМужской пол, %56,5Женский пол, %43,5Средний возраст, годы30,27,1Стимулы. Для решения поставленной задачи были использованы изображенияоптоклонов, синтезированных на предыдущих этапах исследования.
Все стимулы были53разбиты на две группы. В первую группу вошло изображение лица одного оптоклона сразными мимическими выражениями и поворотами головы. Во вторую группу – 36разных лиц. Примеры стимулов представлены на рисунке 21.АБРисунок 21 – Примеры предъявляемых стимулов: А – первая парадигма –предъявление 36 лиц разных оптоклонов. Б – вторая парадигма – предъявление лицаодного оптоклонаПроцедура и оборудование.Оборудование полностью было идентичным тому, которое применяли в первомфМРТ исследовании. Процедура стимуляции включала две экспериментальные серии,отличающиеся друг от друга только инструкцией. Между тестами был организованперерыв – 10 минут.В фазе 1 использованы две экспериментальные парадигмы выполнения задачиактивного выбора.
В первой парадигме для одной группы испытуемых (11 добровольцев)многократно предъявлялись изображения лица одного виртуального человека, ноизображения лица этого человека давались в разных поворотах, при разных выраженияхэмоций.Вовторойпарадигмедругойгруппеиспытуемых(12добровольцев)предъявлялись изображения лиц 36 разных виртуальных людей. Предъявляли их при техже поворотах, выраженности эмоций и столько же раз, как и в первой парадигме (таблица9).54Таблица 9 – Описание стимулов в зависимости от фазы стимуляции№ фазыОписание стимуловИнструкцияпредъявление лица одного и того же оптоклона – первая группа добровольцев (N-11)1212Изображение лица одного оптоклона, повернутогонаправо-налево с экспрессией радости или грусти Задачараспознаванияи градацией выраженности признака – 10 по эмоции лицшкале FaceGenЗадачапоочередноИзображениелицаодногооптоклонаснажимать на правую инейтральным выражением лица и прямолевую клавишу мыши наориентированного(градациявыраженностикаждоепредъявлениепризнака– 0 по шкале FaceGen)стимуловпредъявление разных лиц оптоклонов – вторая группа добровольцев (N-12)Изображение лица 36 разных оптоклонов,повернутых направо-налево с экспрессией Задачараспознаваниярадости или грусти и градацией выраженности эмоции лицпризнака – 10 по шкале FaceGenЗадачапоочередноИзображение лица 36 разных оптоклонов снажимать на правую инейтральными выражениями лица и прямолевую клавишу мыши наориентированных(градациявыраженностикаждоепредъявлениепризнака– 0 по шкале FaceGen)стимуловВ фазе 2 предъявлялись нейтральные лица, ориентированные прямо: в первойпарадигме, многократно повторялось одно лицо, во второй – 36 разных лиц.Межстимульный интервал составлял 500 мс, что предполагало достаточно интенсивныйтемп выполнения задачи испытуемым.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
