Real-time fMRI Biofeedback Målretning af orbitofrontal Cortex for forurening Angst

Summary

Her præsenterer vi en metode til at uddanne folk til at styre en hjerne område, der er involveret i forurening angst og til sondering forholdet mellem forurening angst og hjerne tilslutningsmuligheder mønstre.

Abstract

Vi præsenterer en metode til træning fag til at styre aktivitet i en region på deres orbitofrontal cortex er forbundet med forurening angst ved hjælp af biofeedback i real-tid funktionel magnetisk resonans imaging (rt-fMRI) data. Øget aktivitet i denne region ses i forhold til forurening angst både i kontrolgruppen ¹ og hos personer med obsessiv-kompulsiv sygdom (OCD), ² en forholdsvis almindelig og ofte invaliderende psykisk lidelse der involverer forurening angst. Selv om mange områder af hjernen har været impliceret i OCD, abnormitet i orbitofrontal cortex (OFC) er en af de mest konsistente resultater. ^{3, 4} Desuden hyperaktivitet i OFC har vist sig at korrelere med OCD symptom sværhedsgrad ⁵ og fald i hyperaktivitet i denne region har været rapporteret at korrelere med nedsat symptom sværhedsgrad. ⁶ Derfor kan evnen til at kontrollere denne hjerne området udmønte sig i CLinical forbedringer i obsessiv-kompulsiv symptomer, herunder forurening angst. Biofeedback af RT-fMRI data er en ny teknik, hvor den tidsmæssige mønster af aktivitet i en bestemt region (eller tilknyttet et bestemt distribueret mønster af hjernens aktivitet) i et fag hjerne er fastsat som et feedback-signal til emnet. De seneste rapporter tyder på, at mennesker er i stand til at udvikle kontrol over aktiviteten af specifikke områder i hjernen, når de har RT-fMRI biofeedback. ^7-12 Især flere undersøgelser at bruge denne teknik til at målrette områder i hjernen der er involveret i følelser forarbejdning, har rapporteret succes med at træne fag at kontrollere disse regioner. ^13-18 I flere tilfælde har RT-fMRI biofeedback træning blevet rapporteret at inducere kognitive, emotionelle eller kliniske forandringer i fag. ^{8, 9, 13, 19} Her viser vi denne teknik, som anvendes til behandling af forurening angst hos raske forsøgspersoner. Dette biofeedback intervention vil være en værdifuld basIC forskning værktøj: det giver mulighed for forskerne til at forstyrrer hjernens funktion, måle de deraf følgende ændringer i hjernens dynamik og relatere dem til ændringer i kontaminering angst eller andre adfærdsmæssige tiltag. Desuden tjener etableringen af ​​denne metode som et første skridt hen imod undersøgelsen af ​​fMRI-baserede biofeedback som et terapeutisk intervention for OCD. I betragtning af, at cirka en fjerdedel af patienter med OCD får ringe gavn af de tilgængelige former for behandling, ^20-22, og at de, der nyder godt sjældent kommer sig fuldstændigt, er en ny tilgang til behandling af denne population presserende behov.

Protocol

1. Stimulus Udvikling

Omfattende stimulus udvikling er nødvendig. Forurening-relaterede og neutrale billeder skal indsamles og afprøves for at sikre den angst forårsaget af disse stimuli, er afbalanceret på tværs af provokation betingelser og signifikant større i provokation betingelser end i de neutrale Mere specifikt er følgende fire stimulus sæt nødvendigt.:

1. Localizer stimuli: 300 forurening-relaterede billeder og 300 neutrale billeder bruges til at lokalisere den region i orbitofrontal cortex (OFC) er involveret i forurening angst. Disse skal lodses at sikre, at forureningen-relaterede billeder fremprovokere betydeligt mere forurening angst end de neutrale billeder (baseret på selvrapportering). Det er vigtigt, at dette er sandt for hver pilot emne, ikke bare på tværs af koncernen som helhed, da målet region i OFC skal være lokaliseret i hvert fag ved hjælp af disse stimuli.
2. Biofeedback stimuli: to matchende sæt af stimuli skal udvikles, der hver omfatter 3 typer af stimuli. I hvert sæt 18 provokerende stimuli er nødvendige for at øge blokke, er 18 provokerende stimuli er nødvendige for fald blokke, og 24 neutrale stimuli er nødvendige for neutrale blokke. Et sæt er for første biofeedback session og det andet sæt er for det andet biofeedback session. Pilot data skal indsamles på selvrapporterede angst emner erfaring, når du ser disse stimuli for at sikre, at der er en vigtig effekt af typen (i relation til forskellen mellem den provokerende og den neutrale stimuli), men ingen større effekt af sæt eller type-by- sæt interaktion.
3. Kontrol opgave stimuli: fire matchende stimulus sæt skal udvikles, hver herunder 6 provokerende stimuli til stigningen blokke, 6 provokerende stimuli for nedgangen blokke, og 8 neutrale stimuli. Disse fire sæt er til kontrol opgave kører, der er gennemført i begyndelsen og slutningen af ​​hver af de to biofeedback sessioner. Pilot data skal indsamles på selvrapporterede angst emner erfaring, når du ser disse stimuli for at sikre, at der er en vigtig effekt af typen (i relation til forskellen mellem den provokerende og den neutrale stimuli), men ingen større effekt af sæt eller type-by -sæt interaktion.
4. Vurdering session stimuli: 3 passende stimulus sæt skal udvikles, hver inklusive 25 forurening billeder. Pilot data skal indsamles for at sikre, at der ikke er nogen effekt af indstillet på angst oplevet som svar på disse billeder.

De stimuli, der bruges af vores gruppe omfatter billeder fra Maudsley Obsessive Compulsive Symptom Set ²³ og Den Internationale Affective Picture System ^24, samt fotografier vi tog os selv, erhvervet fra Google billeder og købt hos Bigstockphoto.com , gettyimages.com , flickr. com , oghoto.com "> iStockphoto.com.

2. Rekruttering

Fag er screenet for at identificere raske individer, som kan deltage i magnetisk resonans imaging og som indberetter høje niveauer af forurening angst og et ønske om at lære at kontrollere denne angst. Især, som en del af screeningsprocessen emner fuldføre Padua Inventory-Washington Slate University Revision (PI-WSUR) ^25, og kun dem med en score på 8 eller derover på den tvangstanker og vask tvangshandlinger Subscale er inkluderet i undersøgelsen. For hvert emne, der modtager sande biofeedback, er et andet emne matchet i alder og køn rekrutteret til at modtage sham biofeedback. Forud for deltagelse, skal alle fag give informeret samtykke i overensstemmelse med en protokol, der er godkendt af den institutionelle menneskelige beskyttelse program (på Yale University, er dette Human Research Protection Program).

3. Protokol

<p class = "jove_content"> Målet med biofeedback-protokollen er at uddanne personer til at udvikle større kontrol over de neurale aktivitet i en region på deres orbitofrontal cortex (OFC) relateret til forurening angst, således at når de udsættes for forurening -relaterede stimuli, de kan øge eller mindske neurale aktivitet i denne region, som de ønsker. Vi hypotesen, at større kontrol over denne hjerne område vil give emner større kontrol over deres forurening-relaterede angst. Denne evne til bevidst kontrollere neurale aktivitet i OFC, vurderes baseret på, om emner der er i stand til at hæve og sænke det signal, målt fra denne hjerne område, når de er cued at stige og falde, at aktiviteten i løbet af en funktionel billeddannelse session.

Emner kommer ind på fire forskellige dage, planlagt på omkring halvdelen ugers mellemrum, således at hele undersøgelsen tager to uger at gennemføre. Rutediagrammet for protokollen er vist i Fi-Gure 1.

Figur 1. Flowchart af protokol. Dag 1 er vist blå, Dag 2 i rødt, Dag 3 i grønt og Dag 4 i orange. Selv om det ikke udtrykkeligt er nævnt, hver MR session omfatter også indsamling af anatomiske data i samme skive steder som den funktionelle data og biofeedback MR sessioner omfatter opkrævning af en "funktionel henvisning scan" bruges til at registrere målet regionen til den funktionelle rum den pågældende session.

3,1 Dag 1

1. Emner deltage i en 1-times magnetisk resonans (MR) billeddannelse session i en 1,5 T Seimens Sonata scanner. I hver scanning session, før den begynder scanningen er den visuelle display kontrolleres for at sikre, at den falder helt i synsfeltet af emnet og synes godt målrettet til dem.
   På dag 1, er følgende data indsamlet:
   1. En høj opløsning strukturelle imalder ved hjælp af en magnetisering forberedt hurtig gradient ekko (MPRAGE) sekvens
   2. T1-vægtede anatomiske billeder på samme 31 slice steder, som de funktionelle data
   3. To kørsler med hviletilstand funktionelle data, der hver omfatter indsamling af 152 bind (første to kasseres). En T2 *- følsomt gradient-mindede enkelt skud ekko-plane puls sekvens bruges til alle funktionelle dataopsamling (TE = 30ms, FA = 80, TR = 2000ms, Bandwidth = 2604, 200mm synsfelt for 3,1 * 3,1 * 3.1mm ³ isotrope voxels, 31 aksial-skrå, AC-PC justeret skiver, der dækker alle de OFC og det meste af hjernen ovenfor). Denne sekvens er optimeret til signal i orbitofrontal cortex ved at reducere den optimale TE fra 45ms til 30ms og reducere snittykkelse til 3.1mm som begge reducerer intravoxel dephasing med kun et lille fald i FED følsomhed. En højere båndbredde er også brugt til at reducere geometriske forvrængning langs den fase indkode retning.
   4. Tre lokaleIzer løber af funktionelle data, der hver omfatter indsamling af 202 bind (første to kasseres), hvor emnet veksler mellem visning intense forurening-relaterede billeder og visning af neutrale billeder med 40'erne intervaller. Disse Localizer løber bruges til at lokalisere den region af de aktiverede OFC ved forurening angst
2. Efter Dag 1 MR billeddannelse session, mødes patienter med en klinisk psykolog, der har ekspertise i angst for revurderingen strategiudvikling session. Formålet med denne session er at udvikle en individuel kognitiv strategi for det emne, der giver dem nogle indledende kontrol over aktivitet i deres orbitofrontal cortex. Scenarier, der kan fremkalde forurening angst diskuteres og psykologen hjælper genstand udvikle metoder til at reducere deres angst i sådanne situationer. Dette kan indebære revurdere den formodede risiko for forurening, eller, hvis de er disponeret for at religiskellige tanker eller meditative strategier, en tro tilgang eller én, hvor de "slip" af deres angst kan blive drøftet. Formålet med denne session er at identificere en eller flere revurdering strategier, at emnet føler sandsynligvis vil være effektive til at reducere deres forurening angst på tværs af en række forskellige situationer. Når først de føler tillid til, at en effektiv revurdering strategier er blevet identificeret, vil de blive bedt om at prøve disse strategier til at sænke aktiviteten i deres OFC under biofeedback session. Omvendt, for at øge aktiviteten i OFC, vil de blive bedt om at forsøge at tænke over de mulige konsekvenser af at komme i kontakt med forurenede genstande og til at tillade sig selv at føle angst om dette uden at udøve nogen revurdering strategier. Vi bør understrege her, at disse strategier til at hæve / sænke OFC aktivitet er kun beregnet til at give nogle indledende, begrænset evne til at styre OFC. Under biofeedback sessioner, med forbeholds vil have mulighed for at eksperimentere med deres kognitive strategier og modtage direkte feedback om, hvad der er mere effektiv og dermed giver dem mulighed for at udvikle øget kontrol over OFC. I løbet af denne session, også den kliniske psykolog vurderer, om emnet har subkliniske forurening angst, som påvirker dem i hverdagen, hvis ikke, bliver de fjernet fra undersøgelsen.
3. De indsamlede data i Localizer kører er analyseret efter den Dag 1 scanning session, men forud for den dag 2 session ved hjælp af et GLM analyse med en opgave beregnet regressor hjælp af en vektor, der er én i perioder, hvor emnet var visning forurening billeder og nul i den resterende perioder convolved med en kanonisk hæmodynamisk respons-funktion. T-statistik i forbindelse med regressionskoefficient ved hver voxel beregnes og den deraf følgende TMAP er glattes ved hjælp af en 6mm i fuld bredde i halv maksimal Gaussian kerne. Den resulterende t-map shows hvilke regioner af hjernen var mere aktive, når emnet betragtes forurening-relaterede billeder, end når de viste neutrale billeder. De øverste 30 pixel i denne t-map er beliggende inden for OFC eller tilgrænsende frontal polarområdet (mere specifikt i Brodmann er områder, 10,11 eller 47) er valgt til at repræsentere dette emne målsætning region af OFC for deres kommende biofeedback scanninger. Således vil lateralitet af målet regionen varierer afhængigt af motivets aktivering mønstre. Denne region er derefter oversat fra funktionelt rum til de anatomiske rum via en stiv registrering hos nærmeste nabo interpolation. En kontrol regionen er også defineret til at omfatte alle den hvide substans i hjernen og er oversat til den samme plads fra MNI hjernen. Disse to regioner vil blive brugt af real-time analyse-programmet i dag 2 biofeedback session.

3,2 Dag 2

1. Emner først gennemgår en out-of-magnet Assessment session.
2. Emner derefter deltage i en 1,5 time real-time fMRI biofeedback session.
   1. Sessionen indledes med indsamling af aksial anatomiske (T1-vægtet) billeder i den samme skive steder som den funktionelle data.
   2. Dernæst er en funktionel henvisning scanning indsamlet. Denne korte funktionelle køre på tolv mængder opsamles, den femte af, som er holdt, og resten kasseres.
   3. De to regioner af interesse, Region af fagets OFC aktiveres, når du ser forurening billeder som identificeret ud fra Localizer løber af Day 1 (se 3.1.3) og den hvide substans kontrol regionen, omregnes til den funktionelle rum af den aktuelle session via en sammenkædning af to stive registreringer . Den første registrering kortlægger regioner fra de anatomiske plads på dag 1 til den anatomiske rum Dag 2. Den anden registrering kortlægger regioner fra de anatomiske rum Dag 2 til rummet af "funktionelle referencen" scanning af Dag 2. Når disse to regioner er blevet oversat til den funktionelle rum af den aktuelle scanning session, kan det biofeedback begynde.
   4. Mens regionerne er ved at blive registreret, er der to funktionelle kørsler indsamlet (132 mængder indsamles for hver kørsel, to første kasseres, så feltet for at opnå en steady state), der omtales som kontrol opgave kører. Disse løber ikke involverer biofeedback, men bruges til at vurdere muligheden af ​​emner til conTROL aktivitet inden for deres OFC region af interesse, når de udsættes for kontaminering-relaterede billeder. På venstre side af displayet, se emner, en rød pil, der peger op, en blå pil, der peger ned, eller en hvid pil, der peger lige frem til højre. Til højre for denne pil er et stort billede, som er forurening-relateret, når pilen peger op eller ned, og neutralt, når den peger fremad. Emner får besked på at forsøge at øge aktiviteten i deres OFC, når pilen peger opad, for at forsøge at reducere aktiviteten i deres OFC, når den peger ned, og bare slappe af, når pilen peger mod højre. Pilen og billedet skifter hvert 26 sekunder, skiftevis gennem de tre betingelser. I betragtning af vores interesse i at undersøge hjerne-adfærd korrelationer på tværs af fag (såsom korrelationer mellem ændringer i kontrol over hjernen området og ændringer i kontaminering angst under vurderingen sessioner), ønsker vi alle fag for at blive udsat for samme blok sekvenser. Derfor er rækkefølgen afblokke ikke opvejes på tværs af fag i enten kontrollen løber eller biofeedback kører. I stedet to kører typer anvendes skiftevis til alle fag. I det første løb, er den blok for resten-op-ned-hvile-op-ned-hvile-op-ned-rest. I det andet løb, er det hvile-ned-op-hvile-ned-op-hvile-ned-op-rest. Således, i et løb, går forud for op og ned, og i den næste, ligger forud down up.
   5. Efter kontrollen opgave kører, og når målet regionen og kontrol er blevet registreret til den aktuelle funktionelle rum, er seks biofeedback løber (eller simuleret biofeedback kører, afhængigt af emnet) udført (132 mængder indsamles for hver kørsel, de to første og sidste to kasseres).
      Biofeedback løber: Disse kørsler er vant til at træne personer til at styre aktivitet i deres OFC ROI. De ligner til kontrol opgave kører, bortset fra, at emner modtage feedback i bunden af ​​skærmen med hensyn til deres succes med at kontrollere hjernen området. Flere specifikationerlly, i bunden af ​​skærmen, er emner forsynet med en grafisk afbildning af aktivitet i deres OFC region som den ændrer sig over tid under hele kørslen. Emner bliver bedt om at forsøge at øge aktiviteten i OFC, når linjen farve er rød, og reducere aktivitet i denne region, når linjen farven bliver blå, og til at hvile, når det er hvidt. Linjen plot er præsenteret nedenfor et billede, der skifter for hver stigning / fald / hviler blok og er forurening-forbundne i stigning og fald blokke, og neutral under den hvilende blokke. Som i kontrolgruppen opgave kører, er der også en farvekodet pil til venstre for billedet angiver den aktuelle opgave (stigning / fald / hvile). Emner er instrueret til at afprøve de strategier diskuteres i deres strategi Revision udvikling session, men også at føle sig fri til at eksperimentere med andre og til at bruge biofeedback som et redskab til at vurdere hvad der fungerer bedst. Hertil kommer, at tilskynde til eksperimenter med nye strategier, er det emphas liseret til alle fag, at deres evner i at kontrollere OFC ikke vil blive evalueret i løbet af biofeedback løber, kun under kontrol opgave kører, hvor der ikke biofeedback præsenteres. Emner er at vide, at der er en 6-8 sekunders forsinkelse mellem ændringer i aktiviteten i deres målsætning hjerne område, og ændringer i linjen grafen, på grund af den langsomme blodgennemstrømningen reaktion og forsinkelser i behandlingen. Det anbefales også, at emner, de ikke burde ændre strategier inden for en blok, som forsinkelsen i den tid-retters gør vurdere succes for hver strategi svært, når strategier ændres for hurtigt.
      Real-time fMRI system, der anvendes til at give feedback i løbet af biofeedback løber er illustreret i figur 2. En særlig rekonstruktion rutine blev skrevet, at gemmer en kopi af hver skive af data, som det er indsamlet, til bibliotek på Image Genopbygning system, der er tilgængeligt for Image Processing computeren via det lokale netværk forbindelse. Et modul af BioImage Suite (href = "http://www.bioimagesuite.org"> www.bioimagesuite.org) kører på Image Processing Computer meningsmålinger, at biblioteket og læser i hver skive, som det ser ud. Når en hel volumen er ankommet, er det registreret funktionelle henvisningen scanning (at korrigere for bevægelse) og den gennemsnitlige signal niveau i målet OFC regionen, samt i kontrollen hvide substans regionen, beregnes og output via seriel port til Stimulus / Feedback computer. Et Matlab program ( www.mathworks.com ) kører på Stimulus / Feedback Computer modtager, at data og normaliserer OFC aktivitetsniveauet at justere for afdrift og hele hjernen udsving ved hjælp af formlen indført ved deCharms og kolleger. ⁸ Mere specifikt, for hvert volumen af indsamlede data, er den procent signalet skifter fra driften betyder, beregnet for både OFC og hvid substans ROIs og forskellen på disse to foranstaltninger er beregnet. Denne værdi er plottet som en linje graf over tid på bottom af den visuelle display.
      
      Figur 2. Skematisk af real-time fMRI system. Image Genopbygning System behandler MR data, som den er indsamlet, og skaber et billede af hver skive, der er skrevet til en fil. Disse slice billeder hentes af Image Processing computeren via LAN og forarbejdet i realtid ved hjælp BioImage Suite. ROI aktivitetsniveau er derefter sendt til Stimulus / Feedback computer, hvor den modtages af et Matlab program, der skaber den visuelle display, herunder et plot af normaliseret OFC aktivitet over tid for emnet.
      Sham biofeedback: Disse kører giver en kontrol tilstand som at sammenligne biofeedback. Sham biofeedback løber vil være identisk med biofeedback løber, bortset fra at fag vil se tiden løbet af aktivitet i OFC fra en tidligere, alder-og køn-matchede motivets biofeedback køre. I den grad, at previoos Emnet var i stand til at kontrollere aktiviteten i OFC i løbet af deres biofeedback kører, vil det nuværende forbehold synes at være lige så vellykket i løbet af deres humbug biofeedback kører, hvilket resulterer i lignende indtryk af succes opleves af emner på tværs af de to betingelser. I betragtning af, at oplevelsen af ​​succes (i at kontrollere denne region) kan påvirke genstand motivation, og dermed indirekte indflydelse på i hvilken grad, de lærer kontrol over OFC, er det vigtigt at holde dette så konsekvent som muligt.
   6. Endelig er der to mere kontrol opgave kører indsamlet.

3,3 Dag 3: Identisk til dag 2, men ved hjælp af separate (matchede) sæt af stimuli.

3,4 Dag 4

1. Emner deltage i en endelig vurdering session (som i 3.2.1).
2. Emner deltage i en endelig 1 time MR billeddannelse session, hvor hviletilstand funktionelle konnektivitet data er indsamlet.
4. Debriefing af Sham Emner

Ved afslutningen af ​​undersøgelsen, er alle humbug deltagere informeret om, at de har modtaget fingeret tilbagemeldinger og debriefet for at sikre, at de ikke ked af det bedrag, og at kontrollere, om de mistanke om, at den feedback, de modtog ikke var veridical.

5. Off-line data Analyser

5,1 Tre primære effektmål er opgjort for hvert emne:

1. Ændringen i angst opleves, når emnet visninger forurening relaterede billeder i den sidste vurdering session sammenlignet med den første vurdering session. Bemærk, at de specifikke viste billeder er forskellige på tværs af Assessment sessioner (for at undgå habituering), men er matchet (hvilket bekræftes med pilot-test) i angst niveau, de normalt medføre. Den gennemsnitlige selvrapporterede angst score fra den første vurdering sessionen vil blive fratrukket den gennemsnitlige selvrapporterede angst score fra den endelige Somdering Session til at give et skøn over ændringen i angst for hvert fag. En inden genstand t-test, som sammenligner selvrapporterede angst scores bruges til at afgøre, om en given genstand viste en signifikant fald i angst i den endelige vurdering session i forhold til den indledende vurdering session.
2. Den ændring i kontrollen over OFC målregionen dette emne oplevet under interventionen. Kontrol over regionen er beregnet ud fra kontrol opgaven kører i starten og slutningen af ​​hver biofeedback session. For hver kontrol opgave at køre, er en GLM analyse udført ved hjælp af to regressorer: én til "stigning" blokke og én til "fald" blokke, som hver især er beregnet ved at tage en vektor, der er kodet 1 under den relevante opgave periode, og nul på alle andre tidspunkter convolved med en hæmodynamisk respons-funktion. Den beta-kort for hver af disse regressorer trækkes til at give et kort, der repræsenterer forskellen i signal i den stigning i forhold til faldet blokks. Den gennemsnitlige værdi i dette kort, er i gennemsnit på tværs af fagspecifikke OFC regionen til at give skøn over kontrol over målet OFC regionen i hvert kontrolrum opgave køres. Kontrol over OFC ved starten af ​​den første biofeedback session vil blive fratrukket kontrol over OFC i slutningen af ​​sidste biofeedback session til at give et mål for den ændring i kontrollen over regionen forårsaget af biofeedback intervention.
3. Ændringen i hviletilstand forbindelse til OFC-regionen i løbet af studiet. Dette er beregnet for hvert fag ved at trække frø regionen tilslutningsmuligheder kort over Dag 1 hviler løber fra frø regionen tilslutningsmuligheder kort over Dag 4 hvile løber.

5,2 koncernniveau analyser

På et minimum, er følgende undersøgt på koncernniveau:

1. Forsøgspersoner, som modtog virkelige biofeedback kontrasteres med emner, der modtog sham biofeedback at afgøre, om deudviklet større kontrol over deres mål regionen, og om der satte dem i stand til at udøve større kontrol over deres forurening angst. Parret t-test vil blive brugt til at sammenligne skøn over ændringer i kontrol, og de ændringer i angst for de to grupper.
2. Ændringer i forurening angst i biofeedback fag er relateret til ændringer i kontrol over deres mål, region og til ændringer i funktionelle konnektivitet mønstre. Tværs af fag, der fik sande biofeedback, vil ændringer i kontrol over målet regionen være korreleret med ændringer i angst ved hjælp af Pearsons korrelation. Betydning vil blive vurderet via en standard R-til-p konvertering. Kortene af ændringer i forbindelse til OFC for hvert fag vil være korreleret på en pixel-klog måde, med skøn over deres ændring i angst.

Både offline analyser og real-time analyser er beskrevet i dette manuskript udføres med BioImage Suite ( www.bioimagesuite.org ). Denne software pakke er frit tilgængelig og open source. Den real-time analyse komponent, men ikke er tilgængelige on-line, er tilgængelig efter anmodning. Den er designet til at afkoble real-time analyse af data fra displayet program, så sidstnævnte kan ændres, uden hvilket kræver en ændring af det tidligere. Dette giver mulighed for fleksibilitet i eksperimentelle design, for eksempel kan vise programmet skrevet med nogen af ​​de standard-software (f.eks, E-prime, Matlab, Presentation). Desuden beskæftiger den real-time analyse Graphics Processing Unit accelereret bevægelse korrektion, som gør det muligt af høj kvalitet bevægelse korrektion med næsten ingen forsinkelser i behandlingen. Dette system er beskrevet mere detaljeret i Scheinost et al., 2011. ²⁶

6. Repræsentative resultater

Et emne, der får kontrol over deres mål hjerne området under biofeedback skal have enn stigning i kontrollen over målet hjernen område, vurderet ved kontrollen opgave kører, og dette bør udmønte sig i en reduktion i forurening angst i løbet af vurderingen Sessions. Figur 3 viser et skærmbillede af det visuelle display fra en af ​​de sidste biofeedback kørsler med et emne, som har held fået kontrol over deres OFC. Succesen for dette emne i at kontrollere regionen i løbet af denne sigt afspejles af, at linjen grafen er højere i de røde perioder end den blå perioder, især efter justering for den forventede 6-8 sekunders forsinkelse. Det samme emne viste øget kontrol, som vurderes under hans kontrol opgave kører (fra en gennemsnitlig betaværdi på 0,003 for en gennemsnitlig beta-værdi på 0,23) samt et signifikant fald i angst som reaktion på forurening billeder præsenteres i vurderingen Sessions (p < 0,005), som vist i figur 4. Det var en succesfuld emne. I modsætning hertil var andre emner, der ikke lærer at kontrollere målregion, end viste ikke noget fald i forureningen angst, der vurderes i Assessment Sessions. Generelt finder vi stor variation på tværs af fag i deres evne til at lære at styre denne region.


Figur 3. Screen shot af den visuelle display blev vist under et biofeedback løb, taget i slutningen af ​​kørslen. Fordi køre slutter med den neutrale tilstand, billede, der vises på det tidspunkt af skærmen dump (i dette tilfælde, billedet af bøgerne) er neutral, og pilen er hvid og peger fremad. Under øge og mindske blokke, blev forurening relaterede billeder vist. Pilen til venstre var en rød pil op i løbet af stigningen blokke og en blå pil ned under den faldende blokke. Linjen graf nederst på skærmen repræsenterer OFC aktivitet under kørslen. Farven på linje angiver, hvilken form for blok blev i løbet af denne periode på scanningen (red for en stigning, blå for fald, og hvid til neutral). Grafen dækker den tidsramme, fra det øjeblik, det første bind er behandlet (ca. 3 sekunder efter starten af løb) indtil det tidspunkt, de 128 ^th volumen er behandlet (ca. 257s efter starten af kørslen). Y-aksen angiver procent signalet skifter fra driften betyder i OFC minus procent signalet skifter fra driften betyder i den hvide substans kontrol ROI (i dette løb, lå amplituder mellem 2,1 og -3,7). Bemærk, at efter at der tegner sig for en 6-8s forsinkelse (svarende til 3-4 tiden point), aktivitet i denne region var større i løbet af rød end blå perioder, hvilket afspejler den succes dette emne i at kontrollere området. Den humbug emne passer til dette emne ville se samme stimuli, men i tilfælde af falske emne, ville linjen grafen ikke være relateret til deres sande mønster af hjernens aktivitet.


Figur 4. Søjlediagrammet opsummerer selvrapporterede angst ratings som reaktion på forurening billeder i (a) den første vurdering Session (før biofeedback) og (b) den endelige vurdering session (efter biofeedback) fra motivet, hvis biofeedback tidsforløb er vist i Figur 3. Dette emne rapporteret signifikant lavere angst efter den biofeedback som angivet med stjerne.

Discussion

Biofeedback af real-time fMRI data er en ny teknik og mere arbejde er nødvendigt for at optimere denne metode for at maksimere læring i fag. Nylige undersøgelser har udforsket hvordan læring ændrer sig med forskellige antal kørsler eller scanning ^{sessioner, 14, 18, ​​27,} hvordan de tilbagemeldinger paradigme påvirker indlæring ^28, og om læringen forårsaget af en given biofeedback protokol resulterer i ændringer i hjernens funktion, der fortsat over slutningen af biofeedback praktikperiode. ^{15, 18, ​​27, 29} er dog en hel del mere arbejde i denne retning er nødvendigt, i betragtning af at den optimale protokol kan variere afhængigt af hjernen målområde, den undersøgte population, og andre variabler.

Én udfordring i neurofeedback undersøgelser er den optimale måde at kontrollere for praksis, eksponering, motivation og placebo effekter. Der findes en række forskellige tilgange, der er blevet beskrevet i litteraturen, som hver har sine fordelefordele og ulemper. I denne protokol, er humbug biofeedback paradigme er ansat i, hvor kontrolgruppen modtage samme stimuli som deres matchede biofeedback fag og ledes til at tro, at de modtager sande biofeedback baseret på deres egne hjernens aktivitet mønstre. Denne fremgangsmåde har den fordel, at vejledningen og stimuli er kontrolleret for. Det hjælper også at kontrollere for motivation og placebo effekter. Det vil sige, neurofeedback inducerer i mange fag et spil-lignende mentalitet, hvor de bliver personligt investeret i deres præstationer. Den humbug kontrol betingelserne dubletter, som oplever så tæt som muligt, således at kontrollere for den høje grad af motivation for neurofeedback fag. Desuden, hvis et emne får tilbagemeldinger indikerer stigende succes, kan den deraf følgende følelse af præstation og opfattelse af selvkontrol oversætte til placebo effekt på adfærdsmæssige tiltag. Endnu en gang humbug paradigme vi brugte styringer til denne mulighed lige så effektivly som muligt. Men en ulempe ved denne sham biofeedback tilgang er, at den aktivt vildleder fag og kunne dermed forstyrre den læring, der normalt ville opstå i perioder med praksis uden tilbagekobling. En anden form for kontrol betingelserne bruges til neurofeedback studier er at have fag udføre den samme opgave uden neurofeedback. Dette styringer til praksis og følger af eksponeringen, og ikke har den ulempe, at vildledende og muligvis forvirrende selvrefleksion baserede læreprocesser. Det kan dog ikke kontrol samt for motivation og placebo effekter. En anden form for simuleret biofeedback har også været brugt i hvilke fag modtager oplysninger om en anden hjerne område, der ikke menes at være involveret i opgaven, selv om emner som vildledes til at tro deres målområdet er relevant for opgaven. Denne tilgang indebærer en antagelse om den del af forskerne om en region af hjernen ikke er relateret til opgaven, og det kan være problematisk, hvis regionen tuRNS sig at være involveret i opgaven. Desuden, hvis regionen virkelig er irrelevant for den opgave, de humbug emner næppe vil have succes styre det, og er derfor tilbøjelige til at føle sig skuffede og frustrerede i modsætning til den sande tilbagemeldinger forsøgspersoner, som er mere tilbøjelige til at opleve succes og føler sig tilfredse og i kontrol. Således er denne form for simuleret biofeedback ikke kontrol samt for den følelsesmæssige tilstand af emnet (og dermed motivation og placebo effekt) som type simuleret der er beskrevet i dette manuskript, og har samme ulempe af eventuelt forstyrre læreproces ved at give misinformation. Endelig kan kontrollere forhold, som kontrolgruppen modtage en alternativ form for behandling uden for magneten (såsom kognitiv adfærdsterapi) anvendes til at kontrasten effektiviteten af ​​RT-fMRI biofeedback med, hvad der er den gyldne standard i form af behandlinger på til stede. Denne sidste tilgang forsøger ikke at kontrollere præcist for allevirkning indtræder i løbet af neurofeedback, og dermed ikke-adresse, om det er den feedback i sig selv, der inducerer adfærdsmæssige forbedringer, men i stedet spørger det vigtige spørgsmål: taget alle sammen, kan real-time fMRI biofeedback som et indgreb producere bedre kliniske eller adfærdsmæssige resultater end de nuværende alternativer? Sammenfattende, er valget af, hvilken type kontrol til brug i en biofeedback undersøgelse en vigtig og udfordrende aspekt af undersøgelsen design, og de begrænsninger af kontrollen tilstand bruges der skal tages i betragtning ved fortolkningen af ​​resultaterne.

Selv om der stadig i udviklingsstadiet, er den terapeutiske anvendelse af biofeedback af real-time fMRI potentiale nytte for en række af de neuropsykiatriske forhold. Desuden, når det anvendes i forbindelse med vurderinger af funktionelle hjernens organisation og kognitiv / kliniske variable (indsamlet før og efter biofeedback), kan det være et stærkt forsknings-værktøj. Væsentlige, biofeedback Provides en lav-risiko "forstyrrer og foranstaltning" tilgang til at studere det neurale grundlag for menneskelig mental funktion: biofeedback bruges til at forstyrrer den funktionelle organisation af hjernen og de deraf følgende ændringer i mental funktion måles. I betragtning af både forsknings-og kliniske potentiale, er dette en lovende ny teknologi inden for områderne psykiatri og kognitiv neurovidenskab.

Protokollen er beskrevet her undersøger, om biofeedback af real-time fMRI kan hjælpe raske forsøgspersoner få kontrol over deres forurening angst. Selv om det er muligt, at de neurale substrat af forurening angst hos raske kontrolpersoner er anderledes end i OCD-patienter, er det også muligt, at obsessiv-kompulsiv symptom dimensioner løber gennem både den sunde og patientgrupper, og at lignende mekanismer, der ligger til grund for forurening angst hos både grupper. Hvis det er tilfældet, hvis og biofeedback af real-time fMRI er effektiv i at hjælpe raske forsøgspersoner kontrollere deres angst, somimilar paradigme kan have kliniske anvendelighed for obsessiv-kompulsiv tilstand.