Real-time fMRI Biofeedback Gericht op de orbitofrontale cortex voor besmetting Angst

Summary

Hier presenteren we een methode voor het trainen van mensen om een ​​hersengebied betrokken is bij besmetting angst controle en voor het sonderen van de relatie tussen de besmetting angst en de hersenen connectiviteit patronen.

Abstract

We presenteren een methode voor de opleiding van proefpersonen de activiteit controle in een regio van hun orbitofrontale cortex geassocieerd met vervuiling angst met behulp van biofeedback van real-time functionele magnetische resonantie beeldvorming (fMRI rt-) gegevens. Verhoogde activiteit van dit gebied wordt gezien in relatie met de besmetting angst zowel in de controlegroep ¹ en bij personen met een obsessief-compulsieve stoornis (OCS), ² een relatief veel voorkomende en vaak slopende psychiatrische stoornis met betrekking tot verontreiniging angst. Hoewel veel gebieden van de hersenen zijn betrokken bij OCS, afwijking in de orbitofrontale cortex (OFC) is een van de meest consistente bevindingen. ^{3, 4} Bovendien, hyperactiviteit in de OFC is gevonden correleert met OCD ernst van de symptomen ⁵ en dalingen van hyperactiviteit bij deze regio zijn gemeld correleren met een verminderde ernst van de symptomen. ⁶ Daarom is de mogelijkheid om dit hersengebied controle kan vertalen in clinical verbeteringen in de obsessief-compulsieve symptomen met inbegrip van vervuiling angst. Biofeedback van rt-fMRI data is een nieuwe techniek waarbij de tijdelijke patroon van activiteit in een bepaalde regio (of geassocieerd met een specifieke verdeelde patroon van hersenactiviteit) in de hersenen van een onderwerp wordt geleverd als een feedback signaal naar het onderwerp. Recente rapporten geven aan dat mensen in staat zijn de controle over de activiteit van bepaalde hersengebieden te ontwikkelen wanneer voorzien van een rt-fMRI biofeedback. ^7-12 in het bijzonder, verschillende studies met behulp van deze techniek om hersengebieden die betrokken zijn bij de verwerking van emoties beoogde succes hebben gemeld in opleiding onderwerpen om de controle van deze regio's. ^13-18 In een aantal gevallen heeft rt-fMRI biofeedback training is gemeld dat cognitieve, emotionele of klinische veranderingen bij patiënten te veroorzaken. ^{8, 9, 13, 19} Hier hebben we deze techniek illustreren zoals toegepast bij de behandeling van verontreiniging angst bij gezonde proefpersonen. Deze biofeedback interventie zal een waardevolle basic research tool: het stelt onderzoekers in staat te verstoren hersenfunctie, de daaruit voortvloeiende veranderingen in de hersenen te meten en de dynamiek die betrekking hebben op veranderingen in de verontreiniging angst of andere gedrags-maatregelen. Daarnaast is de oprichting van deze methode dient als een eerste stap naar het onderzoek van fMRI-based biofeedback als een therapeutische interventie voor OCD. Gezien het feit dat ongeveer een kwart van de patiënten met OCS kleine uitkering van de momenteel beschikbare vormen van behandeling, ^20-22 en dat degenen die toch baat hebben zelden volledig te herstellen, nieuwe benaderingen voor de behandeling van deze populatie zijn dringend nodig.

Protocol

1. Stimulus Ontwikkeling

Uitgebreide stimulans ontwikkeling nodig is. Contaminatie-gerelateerde en neutrale beelden moeten worden verzameld en gestuurd om ervoor te zorgen de angst veroorzaakt door deze stimuli is evenwichtiger gespreid over de provocatie voorwaarden en significant groter in de provocatie omstandigheden dan in de neutrale Meer specifiek, de volgende vier stimulus sets nodig zijn.:

1. Localizer stimuli: 300 contaminatie-gerelateerde afbeeldingen en 300 neutrale beelden worden gebruikt voor het lokaliseren van de regio van de orbitofrontale cortex (OFC) betrokken bij besmetting angst. Deze moeten worden geloodst om te verzekeren dat de verontreiniging-gerelateerde afbeeldingen aanzienlijk meer vervuiling angst dan de neutrale beelden (op basis van zelfrapportage) uit te lokken. Het is belangrijk dat dit waar is voor elke piloot onderwerp, niet alleen over de groep als geheel, als het doel gebied van de OFC moeten worden gelokaliseerd in elk vak het gebruik van deze stimuli.
2. BiofEEDBACK stimuli: twee bijpassende sets van stimuli moeten worden ontwikkeld, die elk met 3 soorten stimuli. In elke set 18 provocerende prikkels nodig zijn voor de verhoging van blokken, zijn 18 provocerende prikkels die nodig zijn voor de afname van blokken, en 24 neutrale prikkels nodig zijn voor neutrale blokken. Een set is voor de eerste biofeedback sessie en de tweede set is voor de tweede sessie biofeedback. Pilot gegevens moeten worden verzameld over de zelf-gerapporteerde angst onderwerpen ervaring bij het bekijken van deze stimuli om te zorgen is een van de belangrijkste effect van het type (gerelateerd aan het verschil tussen de provocerende en de neutrale stimuli), maar geen hoofdeffect van set of type-by- set interactie.
3. Controletaak stimuli: vier matching stimulus sets moeten worden ontwikkeld, elk met 6 provocatieve stimuli voor de stijging van blokken, zes prikkelende stimuli voor de daling van de blokken, en 8 neutrale stimuli. Deze vier sets zijn voor de controle taak wordt uitgevoerd die worden uitgevoerd aan het begin en einde van elk van de twee sessies biofeedback. Pilot gegevens moeten worden verzameld over de zelf-gerapporteerde angst onderwerpen ervaring bij het bekijken van deze prikkels om ervoor te zorgen dat er een hoofdeffect van type (die verband houden met het verschil tussen de provocerende en de neutrale stimuli), maar geen hoofdeffect van set of type-by -set interactie.
4. Beoordeling sessie stimuli: 3 matching stimulus sets moeten worden ontwikkeld, elk met 25 contaminatie beelden. Pilot gegevens moeten worden verzameld om ervoor te zorgen is er geen effect van de set op angst ervaren in reactie op deze beelden.

De stimuli die door onze groep ook beelden van de Maudsley Obsessive Compulsive Symptoom Stel ²³ en de International Affective Picture System ^24, evenals foto's we hebben onszelf, overgenomen van Google images, en aangekocht bij Bigstockphoto.com , gettyimages.com , flickr. com , enhoto.com "> iStockphoto.com.

2. Werving

Onderwerpen zijn gescreend om gezonde personen die kunnen deelnemen aan magnetische resonantie imaging en die rapporteren een hoge mate van besmetting angst en een verlangen om te leren om die angst de controle te identificeren. In het bijzonder, als onderdeel van de screening, onderwerpen voltooien van de Padua Inventory-Washington University Slate Herziening (PI-WSUR) ²⁵ en alleen degenen met een score van 8 of hoger op de obsessies en Wassen Compulsies subschaal zijn opgenomen in de studie. Voor elk onderwerp dat waar biofeedback ontvangt, is een ander onderwerp afgestemd op leeftijd en geslacht aangeworven om sham biofeedback ontvangen. Voorafgaand aan deelname, alle vakken moeten geïnformeerde toestemming te geven in overeenstemming met een protocol goedgekeurd door de institutionele menselijke programma voor de bescherming (aan de Yale University, is dit het Human Research Protection Program).

3. Protocol

<p class = "jove_content"> Het doel van de biofeedback-protocol is om onderwerpen trein naar een grotere controle over het niveau van neurale activiteit in een regio van hun orbitofrontale cortex (OFC) samenhangt met de verontreiniging angst te ontwikkelen, zodat, wanneer zij worden blootgesteld aan vervuiling -gerelateerde stimuli, kunnen ze verhogen of verlagen neurale activiteit in deze regio als ze willen. Onze hypothese is dat een grotere controle over dit hersengebied zal geven onderwerpen een grotere controle over hun besmetting met betrekking tot angst. Dit vermogen, om bewust de controle van de neurale activiteit niveau in de OFC, wordt beoordeeld op basis van de vraag of thema's zijn in staat om te verhogen en verlagen van het signaal gemeten van dit hersengebied als ze cued te verhogen en dat de activiteit te verminderen tijdens een functionele MRI-sessie.

Onderwerpen komen in het op vier verschillende dagen, gepland op ongeveer half-week intervallen, zodat de hele studie duurt twee weken in beslag. Het stroomschema voor het protocol wordt getoond in Fi-guur 1.

Figuur 1. Flowchart van het protocol. Dag 1 is getoond blauw, Dag 2 in het rood, Dag 3 in een groene en Dag 4 in oranje. Hoewel niet expliciet vermeld, iedere MR sessie omvat ook de verzameling van anatomische gegevens in dezelfde slice locaties als de functionele gegevens en de biofeedback MR sessies omvatten de collectie van een "functionele referentie-scan" gebruikt om het doelgebied te registreren om de functionele ruimte van die sessie.

3.1 Dag 1

1. Onderwerpen deelnemen aan een 1 uur magnetische resonantie (MR) beeldvorming sessie in een 1.5 T Seimens Sonata scanner. In elke sessie scannen, voordat u gaat scannen begint, is de visuele weergave gecontroleerd om ervoor te zorgen dat het volledig valt in het gezichtsveld van het onderwerp en lijkt goed geconcentreerd aan hen.
   Op dag 1 worden de volgende gegevens verzameld:
   1. Een hoge resolutie structurele imleeftijd met behulp van een magnetisatie bereid snelle gradiënt echo (MPRAGE) sequentie
   2. T1-gewogen anatomische beelden op dezelfde 31 slice locaties als de functionele gegevens
   3. Twee runs van de rust staat functionele gegevens, elk met betrekking tot de verzameling van 152 volumes (eerste twee weggegooid). Een T2 *- gevoelige gradiënt-herinnerd single shot echo-planar pulssequentie wordt gebruikt voor alle functionele data-acquisitie (TE = 30ms, FA = 80, TR = 2000ms, Bandwidth = 2604, 200mm gebied van de weergave voor 3,1 * 3,1 * 3.1mm ³ isotrope voxels, 31 axiaal-schuin, AC-PC lijn plakjes over alle OFC en de meeste van de hersenen hierboven). Deze reeks is geoptimaliseerd voor het signaal in de orbitofrontale cortex door vermindering van de optimale TE van 45ms tot 30ms en het verminderen van slice dikte 3.1mm die beide te verminderen intravoxel defasering met slechts een lichte daling in BOLD gevoeligheid. Een hogere bandbreedte wordt ook gebruikt om geometrische vervorming te verminderen langs de fase richting te coderen.
   4. Drie lokaleren met oplagen van functionele gegevens, elk met betrekking tot de collectie van 202 volumes (eerste twee verwijderd is) waarin het onderwerp wisselt tussen het bekijken van intense besmetting met betrekking tot beelden en het bekijken van neutrale beelden op 40s intervallen. Deze localizer loopt worden gebruikt om lokaliseren in de regio van geactiveerde de OFC door verontreiniging angst
2. Naar aanleiding van de Dag een MRI-sessie, onderwerpen een ontmoeting met een klinisch psycholoog die heeft expertise op het gebied angststoornissen voor de herwaardering Strategy Development Session. Het doel van deze sessie is het ontwikkelen van een individuele cognitieve strategie voor het onderwerp dat hen voorziet van een eerste controle van de activiteit in hun orbitofrontale cortex. Scenario's die verontreiniging angst kunnen uitlokken worden besproken en de psycholoog helpt bij het onderwerp benaderingen te ontwikkelen voor het verminderen van hun angst in dergelijke situaties. Dit kan betekenen dat herziening van het waargenomen risico van besmetting, of, als ze zijn vatbaar voor religilende gedachten of meditatieve strategieën, een geloof gebaseerd aanpak of een waarin ze 'loslaten' van hun angst kan worden besproken. Het doel van deze sessie is om een ​​of meer herwaardering strategieën te bepalen dat het onderwerp voelt waarschijnlijk effectief in het verminderen van hun besmetting angst in een verscheidenheid van situaties. Zodra ze er zeker van dat de daadwerkelijke herwaardering strategieën zijn geïdentificeerd, worden ze geïnstrueerd om die strategieën te proberen voor het verlagen van de activiteit in hun OFC tijdens de biofeedback-sessie. Omgekeerd, voor het verhogen van activiteit in de OFC, zullen ze worden geïnstrueerd om te proberen na te denken over de mogelijke gevolgen in contact te komen met de besmette objecten en laten zich angst over dit boeiende voelen zonder enige herwaardering strategieën. We moeten hier benadrukken dat deze strategieën voor het verhogen / verlagen van OFC-activiteit alleen bedoeld om een aantal eerste, beperkte mogelijkheid om de OFC controle. Tijdens de sessies biofeedback, onder voorbehouds krijgen de kans om te experimenteren met hun cognitieve strategieën en krijgen direct feedback over wat is effectiever, waardoor ze steeds meer controle over de OFC te ontwikkelen. Tijdens deze sessie, de klinisch psycholoog beoordeelt ook of het onderwerp sub-klinische besmetting angst dat hen treft is het dagelijkse leven, zo niet, dan worden ze verwijderd uit de studie.
3. De gegevens verzameld in de localizer loopt worden geanalyseerd na de dag een scan sessie, maar voorafgaand aan de dag 2 sessie met behulp van een GLM-analyse met een berekende taak regressor met behulp van een vector, dat is een in perioden wanneer het onderwerp is besmetting foto's bekijken en nul tijdens de de resterende perioden convolved met een canonieke hemodynamische respons functie. De t-statistiek verbonden aan de regressiecoëfficiënt bij elke voxel is berekend en de daaruit voortvloeiende TMap is glad met behulp van een 6 mm over de volledige breedte op halve maximale Gaussiaanse kernel. De resulterende t-kaart tonens die gebieden van de hersenen waren meer actief wanneer het onderwerp bekeken besmetting met betrekking tot beelden dan wanneer ze bekeken neutrale beelden. De top 30 pixels in dit t-map zich in de OFC of aangrenzende frontale poolgebied (meer specifiek in Brodmann gebieden van 10,11 of 47) zijn geselecteerd om dat onderwerp is doelgebied van de OFC voor hun aankomende biofeedback scans vertegenwoordigen. Zo zal de lateraliteit van de doelgroep regio variëren, afhankelijk van de activering van het onderwerp patronen. Deze regio is dan vertaald uit het functionele ruimte in de anatomische ruimte via een rigide registratie bij naaste buur interpolatie. Een controle regio is ook gedefinieerd om alle witte stof in de hersenen op te nemen en is vertaald in dezelfde ruimte van de MNI hersenen. Deze twee regio's zal worden gebruikt door de real-time analyse-programma tijdens de Dag twee biofeedback sessie.

3.2 Dag 2

1. Onderwerpen eerst deelnemen aan een out-of-magneet Assessment Session.
2. Onderwerpen vervolgens deel te nemen aan een 1,5 uur real-time fMRI biofeedback sessie.
   1. De sessie begint met het verzamelen van axiale anatomische (T1-gewogen) beelden in dezelfde slice locaties als de functionele gegevens.
   2. Vervolgens wordt een functionele referentie-scan verzameld. Deze korte functionele run van twaalf delen wordt verzameld, de vijfde die is bewaard en de rest weggegooid.
   3. De twee regio's van belang, de region van OFC het onderwerp is geactiveerd bij het bekijken van foto's als verontreiniging geïdentificeerd aan de hand van de localizer loopt van dag 1 (zie 3.1.3) en de witte stof controle regio, worden omgerekend in de functionele ruimte van de huidige sessie via een aaneenschakeling van twee stijve inschrijvingen . De eerste registratie kaarten van de regio's van de anatomische ruimte van dag 1 tot de anatomische ruimte van Dag 2. De tweede inschrijfperiode kaarten van de regio's van de anatomische ruimte van dag 2 tot en met de ruimte van de "functionele referentie" scan van dag 2. Zodra deze twee regio's zijn vertaald naar de functionele ruimte van de huidige scan-sessie, kan de biofeedback beginnen.
   4. Terwijl de regio's worden geregistreerd, zijn er twee functionele runs verzameld (132 volumes verzameld voor elke run, eerste twee weggegooid, zodat het veld om een steady state te bereiken), die worden aangeduid als controle taak wordt uitgevoerd. Deze loopt niet betrokken biofeedback, maar worden gebruikt om het vermogen van proefpersonen beoordelen conTROL activiteit binnen hun OFC gebied van belang bij blootstelling aan vervuiling-gerelateerde beelden. Aan de linkerkant van het scherm, onderwerpen bekijken een rode pijl die wijst naar boven, een blauwe pijl die naar beneden wijst, of een witte pijl die rechtdoor wijst naar rechts. Aan de rechterkant van deze pijl is een groot beeld, dat is vervuiling met betrekking tot wanneer de pijl omhoog of omlaag, en neutrale wanneer het verwijst naar voren. Onderwerpen zijn verteld om te proberen op hun OFC te verhogen wanneer de pijl wijst naar boven, om te proberen om de activiteit in hun OFC afnemen wanneer het verwijst naar beneden, en om gewoon te relaxen wanneer de pijl wijst naar rechts. De pijl en foto's veranderen elke 26 seconden, afwisselend door de drie voorwaarden. Gezien onze interesse bij het onderzoeken van hersenen en gedrag correlaties over onderwerpen (zoals correlaties tussen veranderingen in de controle over het brein gebied en wijzigingen in de besmetting angst tijdens de sessies Assessment), willen we alle proefpersonen worden blootgesteld aan hetzelfde blok sequenties. Daarom is de volgorde van deblokken wordt niet gecompenseerd tussen patiënt, noch de controle loopt of de biofeedback loopt. In plaats daarvan twee run types worden gebruikt in afwisseling voor alle vakken. In de eerste run, het blok order is rest-up-down-rest-up-down-rest-up-down-rest. In de tweede run, is het rust-down-up-rest-down-up-rest-down-up-rest. Zo, in een run, een stijging van vooraf naar beneden, en in het volgende, omlaag vooraf omhoog.
   5. Na de controle taak wordt uitgevoerd, en wanneer het doelgebied en de controle regio zijn geregistreerd om de huidige functionele ruimte, zijn zes biofeedback runs (of sham-biofeedback draait, afhankelijk van het onderwerp) uitgevoerd (132 volumes verzameld voor elke run, eerste twee en laatste twee weggegooid).
      Biofeedback draait: Deze loopt worden gebruikt om onderwerpen trainen om activiteiten controle in hun OFC ROI. Ze zijn vergelijkbaar met de controle-taak wordt uitgevoerd, behalve dat de proefpersonen ontvangen feedback aan de onderkant van het scherm ten aanzien van hun succes in het controleren van de hersenen gebied. Meer specificatieslly, aan de onderkant van het scherm, zijn onderwerpen voorzien van een grafische plot van de activiteit in hun OFC regio als het veranderingen in de tijd gedurende de run. Onderwerpen worden geïnstrueerd om te proberen activiteit te verhogen in de OFC wanneer de lijn kleur is rood, en om activiteit te verminderen in deze regio als de lijn kleur blauw, en om uit te rusten als het wit. De lijn perceel is gepresenteerd in een beeld dat verandert voor elke toename / afname / rust te blokkeren en is contaminatie-gerelateerde tijdens het stijgen en dalen blokken, en neutraal tijdens de rust blokken. Net als in de controle-taak wordt uitgevoerd, is er ook een kleurcode pijl aan de linkerkant van de afbeelding weer voor de huidige taak (verhogen / verlagen / rust). Onderwerpen zijn geïnstrueerd uit te proberen de strategieën besproken in hun strategie Herbeoordeling Development Sessie, maar ook om vrij te voelen om te experimenteren met anderen, en om de biofeedback te gebruiken als een hulpmiddel voor het evalueren van wat het beste werkt. Bovendien, om aan te moedigen experimenten met nieuwe strategieën, is het emphas seerd op alle onderwerpen die hun prestaties in het beheersen van de OFC niet zal worden geëvalueerd tijdens de biofeedback runs, alleen tijdens de controle-taak wordt uitgevoerd waarbij geen biofeedback wordt gepresenteerd. Onderwerpen zijn verteld dat er een zes tot acht seconden vertraging tussen de veranderingen in de activiteit in hun doelgroep hersengebied en veranderingen in de lijngrafiek, te wijten aan de trage bloedstroom respons en vertragingen bij de verwerking. Het is ook aan te raden om onderwerpen die zij niet zouden strategieën binnen een blok als de vertraging verandering in het tijdsverloop maakt het evalueren van het succes van elke strategie moeilijk wanneer strategieën zijn te snel veranderd.
      De real-time fMRI systeem dat wordt gebruikt om feedback te geven tijdens de biofeedback draait is geïllustreerd in figuur 2. Een speciale reconstructie routine was geschreven dat wordt een kopie van elk segment van de gegevens, want het is verzameld, om map op de Image Reconstruction systeem dat toegankelijk is voor de Beeldverwerkingscomputer via het LAN-verbinding. Een module van BioImage Suite (href = "http://www.bioimagesuite.org"> www.bioimagesuite.org) die draait op de Image Processing Computer polls die map en leest in elk plakje als het lijkt. Wanneer een hele volume is aangekomen, wordt dit geregistreerd de functionele referentie-scan (om te corrigeren voor beweging) en het gemiddelde signaalniveau in het doel OFC regio, evenals in de controle-witte stof regio, worden berekend en uitgang via de seriële poort naar de Stimulus / Feedback computer. Een Matlab programma ( www.mathworks.com ) uitgevoerd op de Stimulus / Feedback Computer ontvangt die gegevens en normaliseert de OFC activiteitenniveau aan te passen voor drift en hele brein fluctuaties behulp van de formule geïntroduceerd door deCharms en collega's. ⁸ Meer specifiek, voor elk volume van de verzamelde gegevens, is het percentage signaal verandering van het voortschrijdend gemiddelde berekend voor zowel de OFC en de witte stof ROI en het verschil in deze twee maatregelen is berekend. Deze waarde is uitgezet als een lijngrafiek loop van de tijd aan het bottom van de visuele weergave.
      
      Figuur 2. Schematische weergave van de real-time fMRI-systeem. De Image Reconstruction systeem verwerkt de MR data zoals het is verzameld, en creëert een beeld van elk segment, dat is geschreven naar een bestand. Deze slice beelden worden opgehaald door de Image Processing Computer via LAN en verwerkt in real time via BioImage Suite. ROI niveau van activiteit wordt vervolgens verstuurd naar de Stimulus / Feedback Computer waar hij wordt ontvangen door een Matlab programma dat de visuele weergave creëert, waaronder een perceel van genormaliseerde OFC activiteit over de tijd voor het onderwerp.
      Sham biofeedback: Deze draait bieden een controle conditie waarmee de biofeedback vergelijken. Sham biofeedback loopt zal identiek zijn aan het biofeedback loopt, behalve dat onderwerpen het tijdsverloop van de activiteit in de OFC van een vorige, leeftijd en geslacht gematchte onderwerp biofeedback draaien. In de mate dat de Previoons onderwerp was in staat om activiteit in de OFC controle tijdens hun biofeedback loopt, zal het huidige onderwerp op gelijke succesvol te zijn tijdens hun schijnvertoning biofeedback draait, wat resulteert in vergelijkbare impressies van succes ervaren door deelnemers in de twee condities. Gezien het feit dat de ervaring van succes (in het controleren van deze regio) kunnen onderworpen zijn motivatie beïnvloeden, en dus indirect invloed hebben op de mate waarin ze leren de controle over de OFC, is het belangrijk om dit zo consistent mogelijk te maken.
   6. Tot slot zijn twee meer controle taak wordt uitgevoerd verzameld.

3,3 Dag 3: Gelijk aan Dag 2 maar met behulp van aparte (overeenkomst) sets van stimuli.

3.4 Dag 4

1. Onderwerpen deel te nemen aan een eindbeoordeling Sessie (zoals in 3.2.1).
2. Onderwerpen deel te nemen aan een finale een uur MRI sessie waarin rusttoestand functionele connectiviteit gegevens worden verzameld.
4. Debriefing van Sham onderwerpen

Na afronding van de studie worden alle schijn deelnemers geïnformeerd dat zij sham feedback ontvangen en ondervraagd om te zorgen dat ze niet boos over het bedrog, en om te controleren of ze vermoedde dat de feedback die ze kregen niet 'paranormale' was.

5. Off-line data analyses

5.1 Drie primaire uitkomstmaten worden berekend voor elk onderwerp:

1. De verandering in angst ervaren wanneer het onderwerp uitzicht op besmetting gerelateerde beelden in de laatste Assessment sessie vergeleken met de eerste sessie Assessment. Merk op dat de getoonde specifieke beelden zijn verschillend over de Assessment sessies (om gewenning te vermijden), maar zijn aangepast (zoals bevestigd met een pilot-testen) in het angstniveau ze normaal induceren. De gemiddelde zelfgerapporteerde angst score uit de eerste evaluatie sessie zal worden afgetrokken van de gemiddelde zelfgerapporteerde angst score van de laatste alssessment Session een schatting van de verandering in de angst van elk onderwerp opbrengst. Een onderwerp binnen t-test vergelijkt zelf-gerapporteerde angst scores wordt gebruikt om te bepalen of een bepaald vak een significante daling van angst toonde in de laatste Assessment Session ten opzichte van de initiële beoordeling Session.
2. De verandering in controle over de OFC doelregio dat de proefpersoon tijdens de interventie. Controle over de regio is berekend op basis van de controle-taak wordt uitgevoerd aan het begin en einde van elke sessie biofeedback. Voor elke controle taak uitvoeren, is een GLM analyse uitgevoerd met behulp van twee regressoren: een voor de "verhoging" blokken en een voor de "daling" blokken, die elk is berekend door het nemen van een vector die is gecodeerd een tijdens de desbetreffende taak periode en nul op alle andere tijdstippen convolved met een hemodynamische respons functie. De bèta kaarten voor elk van deze regressoren worden afgetrokken om een ​​kaart die het verschil in signaal in de toename van opbrengst versus blok dalingks. De gemiddelde waarde op deze kaart is gemiddeld over de vakspecifieke OFC regio om schattingen van de controle over het doel OFC-regio in elke controle taak uit te voeren opleveren. Controle over de OFC aan het begin van de eerste biofeedback sessie zal worden afgetrokken van de controle over de OFC aan het einde van de laatste sessie biofeedback een maatregel van de wijziging in de zeggenschap over de regio wordt veroorzaakt door de biofeedback ingreep opbrengst.
3. De verandering in rusttoestand connectiviteit naar de OFC regio in de loop van de studie. Dit is berekend voor elk onderwerp door het aftrekken van het zaad regio connectiviteit kaart van de Dag een rust loopt van het zaad regio connectiviteit kaart van de Dag 4 rust loopt.

5.2 niveau van de Groep analyses

Op een minimum, zijn de volgende onderzocht op het niveau van de groep:

1. Proefpersonen die echte biofeedback worden gecontrasteerd met proefpersonen die een placebo biofeedback om te bepalen of zijontwikkeld, een grotere controle over hun doelgebied en of die hen in staat stelde om een grotere controle over hun besmetting angst uit te oefenen. Gepaarde t-test zal worden gebruikt om schattingen van de wijzigingen in de controle en de veranderingen in angst te vergelijken voor de twee groepen.
2. Veranderingen in de verontreiniging angst in biofeedback onderwerpen gerelateerd zijn aan wijzigingen in de controle over hun doelgebied en om veranderingen in functionele connectiviteit patronen. Over de patiënten die echte biofeedback, zullen wijzigingen in de controle over het doelgebied worden gecorreleerd met veranderingen in angst met behulp van Pearson product-moment correlatie. Betekenis zullen worden beoordeeld via een standaard r-to-p-conversie. De kaarten van veranderingen in verbinding met de OFC voor elk vak zullen gecorreleerd worden in een pixel-wise manier met de ramingen van hun verandering in angst.

Zowel de offline analyses en de real-time analyses zoals beschreven in dit handschrift zijn uitgevoerd met BioImage Suite ( www.bioimagesuite.org ). Dit softwarepakket is gratis beschikbaar en open source. De real-time analyse component, maar niet on-line beschikbaar, is op aanvraag beschikbaar. Het is ontworpen om de real-time data-analyse los te koppelen van de display te programmeren, zodat deze kan worden gewijzigd zonder wijziging van de eerste. Dit zorgt voor flexibiliteit in de experimentele opzet, bijvoorbeeld, kan het display programma worden geschreven met een van de standaard software (bijvoorbeeld E-prime, Matlab, Presentation). Daarnaast is de real-time analyse maakt gebruik van graphics processing unit versnelde beweging correctie, die een hoge kwaliteit motion correctie mogelijk maakt met vrijwel geen vertragingen bij de verwerking. Dit systeem wordt in meer detail beschreven in Scheinost et al.., 2011. ²⁶

6. Representatieve resultaten

Een onderwerp die de controle over hun doelwit gedeelte van de hersenen krijgt tijdens de biofeedback moet eenn verhoging van de controle over het doel hersengebied, zoals vastgesteld tijdens de controle-taak wordt uitgevoerd, en dit moet vertalen in een vermindering van de verontreiniging angst tijdens het Assessment Sessions. Figuur 3 toont een screenshot van de visuele weergave van een van de laatste biofeedback loopt van een onderwerp die met succes kreeg controle over hun OFC. Het succes van dit onderwerp in het beheersen van de regio tijdens deze run is blijkt uit het feit dat de lijn grafiek is hoger tijdens de rode perioden dan de blauwe periode, in het bijzonder na correctie voor de verwachte zes tot acht seconden vertraging. Deze zelfde onderwerp lieten een verhoogde controle zoals bepaald tijdens zijn controle taak wordt uitgevoerd (van een gemiddelde beta-waarde van 0,003 tot een gemiddelde beta-waarde van 0,23) evenals een significante daling van de angst in reactie op besmetting foto's gepresenteerd in de Assessment Sessions (p < 0.005), zoals weergegeven in figuur 4. Dit was een succesvolle onderwerp. In tegenstelling, hebben andere onderwerpen die niet leren om de doelregio controle, eend lieten geen dalingen in besmetting angst als beoordeeld in de Assessment Sessions. In het algemeen vinden we grote variabiliteit tussen proefpersonen in hun vermogen om te leren om deze regio te controleren.


Figuur 3. Screen shot van de visuele weergave bekeken tijdens een biofeedback run, genomen op het einde van de run. Omdat de run eindigt met de neutrale conditie, het beeld bekeken op het moment van het scherm dump (in dit geval, het beeld van de boeken) is neutraal, en de pijl is wit en naar voren gericht. Tijdens het stijgen en dalen blokken, werden contaminatie verwante beelden getoond. De pijl op de linkerkant was een rode pijl naar boven tijdens de stijging van blokken en een blauwe pijl naar beneden tijdens de daling van de blokken. De lijn grafiek aan de onderkant van het scherm staat OFC activiteit tijdens de run. De kleur van de lijn geeft aan welke soort blok was die tijdens die periode van de scan (red voor verhogen, blauw voor afnemen, en wit voor neutraal). De grafiek heeft betrekking op het tijdsbestek vanaf het moment dat het eerste deel wordt verwerkt (ongeveer 3 sec na het begin van de run) tot het moment dat de 128 ^ste volume is verwerkt (ongeveer 257s na het begin van de run). De y-as geeft het signaal procent overgang van het voortschrijdend gemiddelde in de OFC minus de procentuele verandering van het signaal voortschrijdend gemiddelde in de witte stof controle ROI (in deze run, amplitudes varieerde tussen 2,1 en -3,7). Merk op dat na de boekhouding voor een 6-8s vertraging (overeenkomend tot 3-4 tijd punten), de activiteit in dit gebied was groter tijdens de rode dan blauwe periode, als gevolg van het succes van dit onderwerp in het controleren van de regio. De sham onderwerp gekoppeld aan dit onderwerp zou identieke stimuli te zien, maar in het geval van de sham onderwerp, dan zou de lijn grafiek niet worden gerelateerd aan hun ware patroon van hersenactiviteit.


Figuur 4. Staafdiagram een ​​samenvatting van zelf-gerapporteerde angst ratings in reactie op besmetting afbeeldingen in (a) de eerste beoordeling Session (voor de biofeedback) en (b) de eindbeoordeling Session (na de biofeedback) van het onderwerp, waarvan biofeedback tijdsverloop is te zien in Figuur 3. Dit onderwerp werden significant minder angst na de biofeedback, zoals aangegeven door het sterretje.

Discussion

Biofeedback van real-time data fMRI is een nieuwe techniek en nog veel meer werk is nodig om deze methode te optimaliseren, zodat als het maximaliseren van het leren in vakken. Recente studies hebben onderzocht hoe het leren verandert met verschillende aantallen loopt of het scannen van sessies, ^{14, 18, ​​27} hoe de feedback paradigma van invloed op het leren ^28, en of het leren veroorzaakt door een bepaalde biofeedback protocol resulteert in veranderingen in de hersenfunctie die blijven bestaan ​​na het einde van de biofeedback training periode. ^{15, 18, ​​27, 29} echter veel meer werk in deze richting is nodig, gezien het feit dat de optimale protocol kan variëren afhankelijk van het beoogde hersengebied, de bestudeerde populatie, en andere variabelen.

Een uitdaging in neurofeedback studies is de optimale manier om te controleren voor de praktijk, belichting, motivatie en placebo-effecten. Er zijn een verscheidenheid van benaderingen die zijn beschreven in de literatuur, die elk heeft zijn voordelenen nadelen. In dit protocol is een schijnvertoning biofeedback paradigma werkzaam in waarop de controle proefpersonen identieke stimuli ontvangen als hun afgedekte biofeedback onderwerpen en worden geleid om te geloven dat ze waar zijn biofeedback op basis van hun eigen hersenactiviteit patronen ontvangen. Deze aanpak heeft het voordeel dat de instructies en stimuli worden gecontroleerd voor. Het helpt ook om controle voor motivatie en placebo-effecten. Dat wil zeggen dat neurofeedback induceert in vele onderwerpen een game-achtige mentaliteit waarin ze persoonlijk worden geïnvesteerd in hun prestaties. De sham control voorwaarde duplicaten die ervaring zo dicht mogelijk, waardoor de controle voor het hoge niveau van motivatie van de neurofeedback onderwerpen. Bovendien, wanneer een onderwerp krijgt feedback geven steeds meer succes, kan de resulterende gevoel van prestatie en perceptie van de zelfbeheersing te vertalen naar placebo-effecten op de gedragsmatige maatregelen. Nogmaals, de sham paradigma gebruikten we controles voor deze mogelijkheid zo effectiefly mogelijk te maken. Echter, een nadeel aan deze schijnvertoning biofeedback aanpak is dat het actief onderwerpen misleidt en kunnen dus interfereren met de leer die normaal zou optreden tijdens perioden van de praktijk, zonder feedback. Een andere vorm van controle-conditie gebruikt voor neurofeedback studies is om onderwerpen dezelfde taak uitvoeren zonder neurofeedback. Dit bepaalt voor de praktijk en de blootstelling effecten, en heeft niet het nadeel van misleidende en verwarrende mogelijk zelf-reflectie op basis van leerprocessen. Kan het echter niet zo goed controle voor motivatie en placebo-effecten. Een andere vorm van sham biofeedback is ook gebruikt waarbij proefpersonen krijgen informatie over een ander brein gebied dat niet wordt gedacht te worden betrokken in de taak, hoewel onderwerpen worden misleid om te geloven dat hun doelgebied relevant is voor de taak. Deze aanpak impliceert dat van de kant van de onderzoekers over een regio van de hersenen los van de taak, en dit kan problematisch zijn als het gebied turns te zijn betrokken bij de taak. Bovendien, als de regio werkelijk is irrelevant voor de taak, de sham onderwerpen onwaarschijnlijk succes controle te hebben, en dus waarschijnlijk teleurgesteld en gefrustreerd in tegenstelling tot de echte feedback proefpersonen die hebben meer kans op succes te ervaren en tevreden voelen en onder controle. Zo, is deze vorm van schijn biofeedback niet zo goed controle voor de emotionele toestand van het onderwerp (en dus de motivatie en de placebo-effecten) als de aard van de sham beschreven in dit manuscript, en heeft dezelfde nadeel van kunnen storen met het leerproces door het verstrekken van verkeerde informatie. Tot slot kan controleren onder welke voorwaarden de controlegroep krijgen een alternatieve vorm van behandeling buiten van de magneet (zoals cognitieve gedragstherapie) worden gebruikt om het contrast van de effectiviteit van rt-fMRI biofeedback met wat is de gouden standaard op het gebied van behandelingen in aanwezig zijn. Deze laatste benadering doet geen poging om precies controle voor alleeffecten zich voordoen tijdens de neurofeedback, en dus niet het adres of het nu de feedback per se dat de gedrags-verbeteringen leidt, maar vraagt ​​de belangrijke vraag: alles bij elkaar genomen, kan real-time fMRI biofeedback als een ingreep voor betere klinische of gedragsstoornissen resultaten dan de de huidige alternatieven? Kortom, de keuze van welk type van controle voor gebruik in een biofeedback studie is een belangrijk en uitdagend aspect van de onderzoeksopzet, en de beperkingen van de controle conditie wordt gebruikt moet rekening worden gehouden bij het interpreteren van de resultaten.

Hoewel nog in een ontwikkelingsfase, het therapeutisch gebruik van biofeedback van real-time fMRI is het mogelijke nut voor een scala van neuropsychiatrische omstandigheden. Bovendien, wanneer gebruikt in combinatie met beoordelingen van de functionele organisatie van de hersenen en cognitieve / klinische variabelen (verzameld voor en na de biofeedback), kan het een krachtig onderzoeksinstrument. Wezen, biofeedback provides een laag risico "verstoren en maat" benadering van het bestuderen van de neurale basis van menselijke mentale functie: het biofeedback wordt gebruikt om de functionele organisatie van de hersenen verstoren en de daaruit voortvloeiende veranderingen in de mentale functies worden gemeten. Gelet op zowel zijn onderzoek en klinische potentieel, dit is een veelbelovende nieuwe technologie voor het gebied van psychiatrie en cognitieve neurowetenschappen.

Het protocol hier beschreven onderzoekt of biofeedback van real-time fMRI kan helpen bij gezonde proefpersonen controle krijgen over hun besmetting angst. Hoewel het mogelijk is dat de neurale substraat van besmetting angst in gezonde controles verschilt van die bij OCS patiënten is het ook mogelijk dat een obsessief-compulsieve symptoomdimensies lopen door zowel de gezonde en patiëntenpopulaties, en dat vergelijkbare mechanismen besmetting angst ten grondslag liggen, zowel in groepen. Als dat zo is, en als biofeedback van real-time fMRI is effectief in het helpen van gezonde proefpersonen controle over hun angst, zoalsimilar paradigma kunnen klinisch nut voor obsessieve-compulsieve stoornis.