The Montreal Imaging Stress Task: using functional imaging to investigate the effects of perceiving and processing psychosocial stress in the human brain

The Montreal Imaging Stress Task: using functional imaging to investigate the effects of perceiving and processing psychosocial stress in the human brain

PDF

J Psychiatry Neurosci 2006;30(5):319-325

Katarina Dedovic, BSc; Robert Renwick, BSc; Najmeh Khalili Mahani, MSc; Veronika Engert, MSc; Sonia J. Lupien, PhD; Jens C. Pruessner, PhD

Dedovic, Khalili Mahani, Engert, Lupien, Pruessner — Douglas Hospital Research Centre, Borough of Verdun, and Department of Psychiatry, McGill University, Montréal, Que.; Renwick — Faculty of Medicine, University of Toronto, Toronto, Ont.

Abstract

Objective: We developed a protocol for inducing moderate psychologic stress in a functional imaging setting and evaluated the effects of stress on physiology and brain activation.

Methods: The Montreal Imaging Stress Task (MIST), derived from the Trier Mental Challenge Test, consists of a series of computerized mental arithmetic challenges, along with social evaluative threat components that are built into the program or presented by the investigator. To allow the effects of stress and mental arithmetic to be investigated separately, the MIST has 3 test conditions (rest, control and experimental), which can be presented in either a block or an event-related design, for use with functional magnetic resonance imaging (fMRI) or positron emission tomography (PET). In the rest condition, subjects look at a static computer screen on which no tasks are shown. In the control condition, a series of mental arithmetic tasks are displayed on the computer screen, and subjects submit their answers by means of a response interface. In the experimental condition, the difficulty and time limit of the tasks are manipulated to be just beyond the individual’s mental capacity. In addition, in this condition the presentation of the mental arithmetic tasks is supplemented by a display of information on individual and average performance, as well as expected performance. Upon completion of each task, the program presents a performance evaluation to further increase the social evaluative threat of the situation.

Results: In 2 independent studies using PET and a third independent study using fMRI, with a total of 42 subjects, levels of salivary free cortisol for the whole group were significantly increased under the experimental condition, relative to the control and rest conditions. Performing mental arithmetic was linked to activation of motor and visual association cortices, as well as brain structures involved in the performance of these tasks (e.g., the angular gyrus).

Conclusions: We propose the MIST as a tool for investigating the effects of perceiving and processing psychosocial stress in functional imaging studies.

Résumé

Objectif : Nous avons mis au point un protocole afin de provoquer un stress psychologique moyen en contexte d’imagerie fonctionnelle et nous en avons évalué l’effet sur la physiologie et l’activation cérébrale.

Méthodes : Dérivée de l’épreuve de provocation mentale Trier, la tâche du stress d’imagerie de Montréal (MIST) consiste en une série de provocations sous forme de calcul mental informatisé comportant des éléments de menace d’évaluation par la société et intégrées dans le programme ou présentées par le chercheur. Pour pouvoir étudier séparément les effets du stress et du calcul mental, l’épreuve MIST comporte trois conditions d’essai (repos, contrôle, contexte expérimental) qu’il est possible de présenter en bloc ou selon un concept relié aux événements et d’utiliser avec l’imagerie par résonnance magnétique fonctionnelle (IRMf) ou la tomographie par émission de positrons (TEP). Au repos, les sujets regardent un écran d’ordinateur statique sur lequel aucune tâche n’apparaît. En condition contrôlée, on affiche à l’écran de l’ordinateur une série de tâches de calcul mental et les sujets soumettent leurs réponses au moyen d’une interface de réponse. En contexte expérimental, on manipule la difficulté des tâches et le temps qui y est consacré pour qu’elles dépassent à peine la capacité mentale du sujet. Dans cette condition, on complète la présentation des tâches de calcul mental en affichant de l’information sur le sujet et son rendement moyen, ainsi que sur le rendement attendu. Lorsque chaque tâche est terminée, le programme présente une évaluation du rendement afin d’accroître encore davantage la menace d’évaluation par la société que présente la situation.

Résultats : Au cours de deux études indépendantes pendant lesquelles on a utilisé la TEP et d’une troisième où l’on a utilisé l’IRMf, pour un total de 42 sujets, les concentrations de cortisol libre dans la salive pour tout le groupe étaient beaucoup plus élevées en contexte expérimental qu’en contexte de contrôle et au repos. On a établi un lien entre le calcul mental et l’activation des cortex moteur et d’association visuelle, ainsi que des structures cérébrales qui interviennent dans l’exécution de ces tâches (p. ex., le gyrus angulaire).

Conclusions : Nous proposons l’épreuve MIST


Medical subject headings: cognition; perception; psychophysiology; stress, psychological; pituitary–adrenal system; cortisol.

Submitted Apr. 22, 2005; Revised July 21, 2005; Accepted July 25, 2005

Competing interests: None declared.

Contributors: S.J. Lupien and J.C. Pruessner designed the study; K. Dedovic, R. Renwick and J.C. Pruessner acquired the data; K. Dedovic, R. Renwick, N. Khalili Mahani and J.C. Pruessner analyzed the data; and K. Dedovic, V. Engert and J.C. Pruessner wrote the article. All authors gave final approval for the article to be published.

Correspondence to: Dr. Jens C. Pruessner, FBC 1133, Douglas Hospital Research Centre, 6875 LaSalle Blvd., Borough of Verdun, Montréal QC H4H 1R3; fax 514 888-4099; jens@bic.mni.mcgill.ca