我们使用功能性磁共振成像研究之间的因果影响的大脑区域在橡胶手错觉(开展)调制通过触觉和视觉刺激。我们应用针旋转期间开展的在两种不同的方式:一个是与真正的手(reinstantiation触觉刺激,rt),另一个是用橡胶手(reinstantiation通过视觉刺激,R-VS)。我们使用动态因果调查四个相关的大脑区域之间的交互建模:腹侧前运动皮层(PMv)的壁内的沟(IPS),二级躯体感觉皮质(他们),和occipitotemporal外侧皮层(LOC)。针旋转的触觉方面改变了有效的连接通过直接影响他们的活动,而针旋转变化的视觉方面的有效连接通过影响他们和疯狂的。内生IPS和结构之间的连接参数在rt条件显著减少。“诱导多能性”之间的调节参数和结构增强了rt条件。连接模式由否认身体状态可以通过触觉和视觉传入不同调制输入。有效的顶叶和额叶多通道之间的连接区域可能扮演重要角色的reinstantiation身体所有权。
“橡胶手错觉”(奥镁)是一种实验范式,可以操纵身体所有权通过全等接触橡胶手和对象的真手(
虚幻的身体所有权在奥镁是诱发否认身体状态为主题的手。心理干扰身体的感知减少身体自我意识和自我的生理调节
刺激针灸针的身体被产生独特的感觉和共同激活大脑感觉运动皮层网络(
DCM可以提供有效连接的强度及其调制实验条件下脑区之间
目前的研究包括17名健康,右手参与者(7雌性,20-31岁)。参与者没有历史的神经、精神或视觉障碍。每个参与者收到了这项研究的详细解释,和书面知情同意前获得了参与。所有程序都执行的机构审查委员会批准韩国大学、韩国首尔(IRB KU-IRB-12-48-A-1数量)。
诱发奥镁,橡胶手(左手;韩国首尔的韩国假肢研究所)的左手被15厘米以上的参与者。确保eye-centered坐标的视觉刺激的位置保持不变,参与者被要求看橡胶手在整个实验中,当他/她真正的手从视图完全闭塞。实验设计的细节是我们以前的报告中描述(
奥镁是温柔的中风引起的软刷子。我们考虑不同类型的机械刺激,清晰的触觉和视觉刺激可能诱发复苏从虚幻的状态的组件。例如,机械刺激交付一个光的感觉,严重的情绪反应,如恐惧或威胁,视觉模糊的方法(如pad-shape刺激器可以提供电或热刺激)都被排除在外。最终,旋转的针灸针插入被选中,是因为它提供了简洁的触觉和视觉感官信息没有威胁。重要的是,所有的参与者与针灸治疗经验。
在扫描之前,在同一位置插入一根针在现实和橡胶手(背径向第二掌骨中点)。涉及到的两个交易日相同程度的机械刺激(针旋转)在现实(触觉刺激条件)和橡胶手(视觉刺激条件)。所有的机械刺激被许可应用韩医学的和有经验的医生。每个会话包括四个街区的休息期(60),四个街区的抚摸刷子(30年代,在1赫兹的频率,同时在同一位置在橡胶和真正的一方面)诱发奥镁,随后和四块触觉或视觉刺激(30年代,在一个频率1 Hz)之后立即。RHI rt会话,预计由触觉信息调制在真正的手针旋转(图
涉及到的两个交易日同等程度的机械刺激(针旋转)真手(reinstantiation触觉刺激或rt条件,(a))和橡胶手(reinstantiation通过视觉刺激或R-VS条件,(b))。每个会话包括四个街区的笔触(30年代,在1赫兹的频率,同时在相同的位置在橡胶和真正的一方面)诱导的橡胶手错觉(奥镁)和四个后续的触觉或视觉刺激(30年代,在一个频率1 Hz)之后立即。
fMRI扫描后,参与者被要求评估他们的知觉RHI奥镁通过回答3项的看法:“我觉得好像橡胶手就是我的手”(
功能磁共振成像扫描获得了MAGNETOM三3 T扫描仪(德国西门子,埃朗根)使用回波平面成像(EPI)和一个64×64矩阵(TE = 30 ms, TR = 2000 ms)在37片厚度为4毫米。尽量减少运动工件,每个参与者都使用头部固定器固定。每个扫描会话包含240卷的整个大脑37-axial-slice收购(TR = 2000毫秒,TE = 30 ms,翻转角度= 90°,视野= 240×240毫米2和体素大小= 3.8×3.8×4.0毫米3)。作为一个解剖参考,一个三维的t1加权magnetization-prepared快速梯度回波(MPRAGE)图像数据组使用以下参数:收购TR = 2000毫秒,TE = 2.37毫秒,翻转角度= 9°,视野= 240×240毫米2,体素的大小= 0.9×0.9×1.0毫米3,192片。
预处理的数据进行使用统计参数映射软件(SPM8;威康神经影像中心、伦敦、英国)在Matlab中实现7.1 (MathWorks公司,纳蒂克,MA)。所有参与者满意的运动阈值< 2毫米空间位移在任何方向。数据重新和coregistered意味着形象,标准化模板,平滑的8毫米半宽度(应用高斯内核。每个会话被丢弃的前四卷允许T1平衡。
一级的分析,一般线性模型(GLM)应用于预处理数据。运动在扫描时被建模为混淆一般线性模型中的解释变量。RHI针旋转被建模为货车车厢功能,与标准的血流动力学响应函数卷积在每个刺激的发作,开始和对比地图生成(F-contrast利益的影响,评价T-contrasts RHI针旋转)。第二级分析(分析组)的抚摸刷子在用一种随机影响模型进行开展。本研究使用标准的执行总结统计过程进行随机的推论。
动态因果建模进行两个步骤。在第一步中,我们确定了潜在的有效连接负责橡胶手错觉
在第一步中,我们探索了一些架构与双向连接在四个节点或区域,使用奥镁作为推动和调节输入的影响。换句话说,我们模仿大脑的州开展的条件之间的差异的混合物直接开车对他们的影响和LOC区域之间的耦合和上下文敏感的变化。至关重要的是,我们并没有区分这两种不同的reinstantiation(触觉和视觉)reinstantiation之前开展的程序是一样的在这两个会议,重新实例化影响第二阶段的。
建立了使用贝叶斯模型选择最好的建筑,然后我们开始第二步。在第二步中,我们确定感兴趣区域和连接之间的分化触觉和视觉错觉的逆转。我们采取了保守的方法通过应用DCM分别两个会话,然后比较有效连接的优势利用经典统计(方差分析)主客体之间的水平。这应该是与建模两个会话的更平常的方法在单个DCM和指定reinstantiation效应可以操作(通过调制内生连接)。我们选择了前者,因为它允许的潜在影响在每个连接包含在那些DCMs逆转。注意,我们推断reinstantiation地区响应和耦合的影响评估与主客体之间使用古典统计变异性。这遵循正常的统计方法,总结DCM的估计被用来总结主题,那些神经反应。至关重要的是,我们使用贝叶斯模型平均(在每个会话),以适应不确定性reinstantiation如何影响是介导的。在虚假设条件下重新实例化效应是一样的,那些贝叶斯模型平均没有引入任何偏见的参数估计(即。摘要统计信息)。
一个州,我们执行一个标准的双线性确定性DCM使用中心输入使用DCM12 SPM12中实现。感兴趣的四个区域(roi)右半球(因为抚摸刷和针旋转被送到左手),正确的PMv,正确的IPS,正确的他们,和正确的LOC被选为三个不同的DCM分析:(1)开展,rt条件(2),(3)R-VS条件。选中的roi是在最近的一篇论文报告,提供相关证据支持这些地区之间的有效连接的变化(
roi的坐标是基于上述整个大脑的漠视(即。,SPM) analysis and effects of RHI from a previous study (R-TS session: the right SII: 54, −20, 22; the right LOC: 52, −68, 0; the right IPS: 38, −34, 50; and the right PMv: 48, 6, 42; R-VS session: the right SII: 58, −26, 20; the right LOC: 52, −66, 0; the right IPS: 30, −40, 52; and the right PMv: 52, 4, 38) [
感兴趣的每个卷的解剖位置(VOI)证实的神经解剖学的标签SPM解剖学工具箱(
随着奥镁与抚摸刷两次是一样的,我们在开展的所有时间序列数据用于会话DCM模型规范的分析在开展的。在第一步中,内生成立开展的连接,包括双向IPS和结构之间的联系,IPS和他们,IPS和LOC, self-connections。
内源性调节影响连接的建模研究是开展自下而上或自上而下的调制:没有调节作用(模式1),调制之间的双向联系IPS-SII和IPS-LOC(模型2),调制在IPS-PMv之间双向连接,IPS-SII,和IPS-LOC(模式3),从他们自底向上连接调制和LOC IPS(模式4),额外的连接从IPS PMv模型4(5)模型之外,额外的连接结构以外的IPS模式5(6)模型,从IPS调制自上而下连接他们和LOC(7)模型,额外的连接结构模型以外的IPS 7(8)模型,从IPS和额外的连接结构超出8(9)模型。模型连接参数(图使用贝叶斯估计方案
(一)动态因果模型(DCM)奥镁(9款)。空白的箭头表示内生连接,和坚实的箭头表示调节效果。(b)复苏的DCM开展针旋转的真手(rt 3模型)和橡胶手(R-VS 3模型)。赢得从随机影响模型为每个DCM分析贝叶斯模型选择标有一个盒子:开展模型3,模型一个从开展的触觉刺激复苏,复苏和模型C从开展的视觉刺激。RHI赢得模型3 DCM分析用于rt和R-VS驾驶输入机械刺激的不同定义为进入英国证券与投资学院(模型),到LOC(模型B),到他们和LOC(模型C)。(C)贝叶斯模型选择(BMS),获得模型和参数分析。
DCM模型开展的
DCM模型从奥镁通过触觉或视觉刺激复苏
百时美施贵宝(改进)
9个模型从会话比较使用随机(改进)贝叶斯模型选择评估后(BMS)。获胜的模型中,最高的超过数概率(模型3;RHI见结果)被选为基线模型分析rt和R-VS条件。
我们评估了三种模型的rt和R-VS条件。探讨大脑连接强度的基线变化网络在rt和R-VS条件期间,机械刺激的驾驶输入添加到赢得奥镁的榜样。调查的模型从而机械刺激输入影响他们的活动(模型)、LOC(模型B),和他们和LOC (C)模型(图
我们假设机械刺激可能会改变大脑网络的开展直接影响他们的活动(模型)在rt条件和他们和LOC R-VS条件(模型C)。评估之后,每个会话的三个模型分别使用改进了BMS相比,和模型超过数最高的概率被选为赢得模型(模型的rt条件和模型C R-VS条件;见的结果)。
从那些DCM赢得模型分析不同,模型的参数估计所有reinstantiation影响了使用贝叶斯模型平均(BMA)。超过数的概率从BMA分析内生连接,调节效果,开车从所有参与者输入提取并评估他们的意义是使用一个示例
BMA执行在所有模型计算参数估计(见补充表1网上
BMS的结果表明,模型3是赢得模型奥镁(最高的超过数概率模型RHI 3 = 0.3767)。rt模型是赢得模型条件,而模型C是赢得模型R-VS条件(最高的超过数概率模型为rt条件= 0.7463,最高的超过数概率模型C = 0.8053 R-VS条件;图
BMA的参数估计结果分析内生连接显示显著正从ip连接结构(
BMA的参数估计结果分析内生连接显示出重大的负面self-connection LOC (
(一)BMA复苏的结果从开展针旋转在现实的手(rt条件)。(b) BMA的恢复结果开展针旋转的橡胶手(R-VS条件)。参数估计方法为内生连接所有参与者(DCM.A),调节效应(DCM.B)和驱动输入(DCM.C)和统计学意义。一个一个示例
rt
R-VS
BMA的参数估计结果分析内生连接显示显著正从ip连接结构(
相比奥镁,内生连接从他们的IPS和LOC的IPS显著降低rt条件(
重大改变DCM参数估计在rt条件与奥镁(虚线箭头)和重大变化在DCM参数估计在rt条件与R-VS条件(实线箭头)。单向方差分析(方差分析)和Bonferroni
目前的研究表明,两种不同的自底向上的信息与触觉和视觉信息处理过程不同调制期间大脑网络RHI-induced否认身体状态。对机械刺激触觉信息改变了大脑网络通过直接影响他们的活动,而对机械刺激视觉信息改变了大脑网络通过影响他们和疯狂的。重要的是,内生连接从IPS PMv大幅减少rt和R-VS条件。然而,触觉刺激的调节效应显著积极在rt这个连接状态,指示连接的重要作用从IPS PMv的RHI reinstantiation身体所有权。据我们所知,这是第一个报告研究显示神经网络从否认参与机制的恢复身体状态引起的。
在最近的研究中,虚幻的假臂的所有权被抚摸假体诱导成功部分与主题的相应的身体部位(
从我们的DCM的结果,从IPS PMv的连接可能与虚幻的身体感知的形成及其reinstantiation。大多数的身体感知与多通道信息的集成层次皮质网络,主要结构和IPS (
贝叶斯理论和数学框架内的自由能原理,大脑不断解释感官信息通过最小化意外的平均值(即。预测错误)在所有的感官系统(
总之,这个调查显示,连接模式不同调制的重新实例化的身体所有权通过添加的触觉和视觉传入输入。从IPS有效连接结构的形成可能是至关重要的,从否认恢复身体状态。我们的结果因此潜在的神经机制提供了新的见解的恢复身体所有权从否认身体状态。
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
这项研究受到了基础科学研究项目通过韩国国家研究基金会(NRF)由科技部,ICT和未来规划(没有。2015 r1d1a1a01058033)和东方医学研究所(没有。K15070)。