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 JoVE Clinical and Translational Medicine

Le biofeedback IRMf en temps réel ciblage du cortex orbitofrontal contamination pour l'anxiété

1, 1, 2, 1, 1, 1, 2,3,4, 1, 1

1Department of Diagnostic Radiology, Yale University School of Medicine, 2Department of Psychiatry, Yale University School of Medicine, 3Yale Child Study Center, Yale University School of Medicine, 4Interdepartmental Neuroscience Program, Yale University School of Medicine

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    Summary

    Nous présentons ici une méthode pour apprendre aux gens à contrôler une zone du cerveau impliquée dans la contamination et l'anxiété pour sonder la relation entre l'anxiété et les schémas de contamination connectivité cérébrale.

    Date Published: 1/20/2012, Issue 59; doi: 10.3791/3535

    Cite this Article

    Hampson, M., Stoica, T., Saksa, J., Scheinost, D., Qiu, M., Bhawnani, J., et al. Real-time fMRI Biofeedback Targeting the Orbitofrontal Cortex for Contamination Anxiety. J. Vis. Exp. (59), e3535, doi:10.3791/3535 (2012).

    Abstract

    Nous présentons une méthode pour les sujets de formation pour contrôler l'activité dans une région de leur cortex orbitofrontal associés à l'anxiété de contamination en utilisant le biofeedback en temps réel de l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf rt-) données. Augmentation de l'activité de cette région est considérée en relation avec l'angoisse de contamination aussi bien dans une sujets témoins et chez les personnes ayant le trouble obsessionnel compulsif (TOC), 2 un trouble relativement fréquent et souvent débilitant psychiatriques impliquant l'anxiété contamination. Bien que de nombreuses régions du cerveau ont été impliquées dans le TOC, une anomalie dans le cortex orbitofrontal (OFC) est l'un des résultats les plus cohérents. 3, 4 Par ailleurs, l'hyperactivité chez l'OFC a été corrélée avec la sévérité des symptômes du TOC 5 et diminue l'hyperactivité dans le cette région ont été signalés en corrélation avec la sévérité des symptômes ont diminué. 6 Par conséquent, la capacité de contrôler cette région du cerveau peut se traduire en claméliorations inical de symptômes obsessionnels-compulsifs, y compris l'anxiété contamination. Le biofeedback du rt-IRMf de données est une nouvelle technique dans laquelle la structure temporelle de l'activité dans une région spécifique (ou associé à un modèle spécifique distribuée de l'activité cérébrale) dans le cerveau d'un sujet est fourni comme un signal de retour sur le sujet. Des rapports récents indiquent que les gens sont capables de développer le contrôle sur l'activité des zones cérébrales spécifiques lorsqu'il est fourni avec le rt-IRMf biofeedback. 7-12 En particulier, plusieurs études utilisant cette technique pour cibler les zones du cerveau impliquées dans le traitement émotions ont rapporté le succès chez les sujets de formation pour contrôler ces régions. 13-18 Dans plusieurs cas, le rt-IRMf biofeedback a été rapporté pour induire des changements cognitifs, émotionnels ou cliniques chez les sujets. 8, 9, 13, 19 Ici, nous illustrer cette technique appliquée au traitement des l'angoisse de contamination chez des sujets sains. Cette intervention biofeedback sera un précieux basIC de recherche de l'outil: il permet aux chercheurs de perturber le fonctionnement du cerveau, mesurer les changements résultant de la dynamique du cerveau et de relier ces changements à la contamination de l'anxiété ou d'autres mesures comportementales. En outre, la mise en place de cette méthode constitue un premier pas vers l'enquête de l'IRMf basée sur le biofeedback comme une intervention thérapeutique pour le TOC. Étant donné qu'environ un quart des patients atteints de TOC tirent peu de bénéfice à partir des formes actuellement disponibles de traitement, 20-22 et que ceux qui ne bénéficient que rarement de récupérer complètement, de nouvelles approches pour le traitement de cette population sont nécessaires d'urgence.

    Protocol

    1. Développement de stimulation

    Développement de vastes plans de relance est nécessaire. Contamination des images liées et neutres doivent être collectées et piloté pour assurer l'anxiété induite par ces stimuli est équilibrée entre les conditions de la provocation et significativement plus élevée dans les conditions provocations que dans les conditions neutres Plus précisément, les quatre séries de stimulation sont nécessaires.:

    1. Stimuli Localizer: 300 contaminations liées à des images et 300 images neutres sont utilisées pour localiser la région du cortex orbitofrontal (OFC) impliqués dans l'anxiété la contamination. Ceux-ci doivent être pilotés de s'assurer que les images liées à la contamination provoquer de l'anxiété de contamination nettement plus que les images neutres (basé sur l'auto-évaluation). Il est important que ce qui est vrai pour tous les sujets pilote, pas seulement au sein du groupe comme un tout, comme la région cible de l'OFC doivent être localisés dans chacune des disciplines utilisant ces stimuli.
    2. BIOFOMMENTAIRES stimuli: deux ensembles de stimuli correspondant doivent être développées, chacune impliquant trois types de stimuli. Dans chaque ensemble de 18 stimuli provocateurs sont nécessaires pour augmenter les blocs, 18 stimuli provocateurs sont nécessaires pour les blocs de diminuer, et 24 stimuli neutres sont nécessaires pour les blocs neutre. Un ensemble est pour la séance de biofeedback premier et le deuxième set est pour la seconde séance de biofeedback. Des données préliminaires doivent être collectées sur l'anxiété des sujets auto-déclarés d'expérience lors de la visualisation de ces stimuli pour s'assurer qu'il ya un effet principal du type (liée à la différence entre les provocateurs et les stimuli neutres) mais aucun effet principal de définir ou de type par mis en interaction.
    3. Stimuli tâche de contrôle: quatre jeux de relance correspondant doivent être développées, comprenant chacun six stimuli provocateurs pour les blocs augmentent, 6 stimuli provocateurs pour les blocs de diminuer, et 8 stimuli neutres. Ces quatre ensembles sont pour la tâche de contrôle fonctionne qui sont menées au début et de fin de chacune des deux séances de biofeedback. Des données préliminaires doivent être collectées sur l'anxiété des sujets auto-déclarés d'expérience lors de la visualisation de ces stimuli pour s'assurer qu'il ya un effet principal du type (lié à la différence entre les provocateurs et les stimuli neutres) mais aucun effet principal de définir ou de type par -ensemble d'interaction.
    4. Stimuli séance d'évaluation: 3 jeux de relance correspondant doivent être développées, comprenant chacun 25 images contamination. Des données préliminaires doivent être collectées pour s'assurer qu'il n'ya aucun effet de mettre sur l'anxiété expérimentés en réponse à ces images.

    Les stimuli utilisés par notre groupe comprend des images de la Symptôme Maudsley Obsessive Compulsive Set 23 et le Système d'Image International Affective 24, ainsi que des photographies, nous nous l'a acquis à partir d'images de Google, et achetés par Bigstockphoto.com , gettyimages.com , flickr. com , ethoto.com "> iStockphoto.com.

    2. Recrutement

    Les sujets sont sélectionnés pour identifier des individus en bonne santé qui peuvent participer à l'imagerie par résonance magnétique et qui rapportent des niveaux élevés de contamination de l'anxiété et un désir d'apprendre à contrôler que l'anxiété. En particulier, dans le cadre du processus de sélection, les sujets compléter l'inventaire de Padoue-Washington Slate Université de révision (PI-WSUR) 25 et seulement ceux avec un score de 8 ou plus sur les obsessions et les compulsions laver sous-échelle sont inclus dans l'étude. Pour chaque sujet qui reçoit le biofeedback vrai, un autre sujet apparié selon l'âge et le sexe est recruté pour recevoir simulacre de biofeedback. Avant de participer, tous les sujets doivent donner leur consentement éclairé, conformément à un protocole approuvé par le programme de protection des institutionnels (à l'Université Yale, il s'agit du Programme de recherche sur l'homme de Protection).

    3. Protocole

    <p class = "jove_content»> L'objectif du protocole de biofeedback est de former des sujets à développer un meilleur contrôle sur le niveau de l'activité neuronale dans une région de leur cortex orbitofrontal (OFC) liés à l'anxiété de contamination, de sorte que, quand ils sont exposés à la contamination stimuli liés, ils peuvent augmenter ou diminuer l'activité neuronale dans cette région comme ils le souhaitent. Nous supposons que plus de contrôle sur cette région du cerveau donnera plus de contrôle sur des sujets de leur contamination liés anxiété. Cette capacité à contrôler consciemment le niveau d'activité neuronale dans l'OFC, est évaluée en fonction si les sujets sont capables d'augmenter et de diminuer le signal mesuré à partir de cette région du cerveau où ils sont indicé pour augmenter et diminuer cette activité pendant une session d'imagerie fonctionnelle.

    Sujets viennent sur ​​quatre jours différents, prévue à environ une demi-semaine d'intervalle, de sorte que toute l'étude prend deux semaines à compléter. L'organigramme du protocole est indiqué dans Figure 1.

    Figure 1
    Figure 1. Organigramme du protocole. Jour 1 est représentée bleu, en rouge Jour 2, Jour 3 à 4 Jour vert et en orange. Bien que ne figurant pas explicitement, chaque session MR comprend également la collecte des données anatomiques dans les lieux même tranche que les données fonctionnelles et des séances de biofeedback MR inclure la collecte d'un «balayage de référence fonctionnel» utilisée pour inscrire la région cible de l'espace fonctionnel cette session.

    3.1 Jour 1

    1. Sujets de participer à une séance de 1 heure imagerie par résonance magnétique (IRM) dans un scanner 1,5 Seimens T Sonata. Dans chaque session de numérisation, avant la numérisation commence, l'affichage visuel est vérifié pour s'assurer qu'il tombe entièrement dans le champ de vision du sujet et semble bien ciblé pour eux.
      Au jour 1, les données suivantes sont recueillies:
      1. Une im haute résolution structurelleâge à l'aide d'une aimantation préparés gradient rapide de l'écho (MPRAGE) séquence
      2. Séquences pondérées en T1 anatomiques à la même 31 endroits tranche comme les données fonctionnelles
      3. Deux séries de données d'état de repos fonctionnel, chacune impliquant la collecte de 152 volumes (deux premiers rejetés). Un T2 *- sensibles gradient rappelé seule séquence d'impulsions écho-planar tir est utilisé pour tous d'acquisition de données fonctionnelles (TE = 30 ms, FA = 80, TR = 2000ms, bande passante = 2604, le champ de vue de 200mm pour 3,1 * 3,1 * 3,1 mm 3 voxels isotropes, 31 axial oblique, AC-PC tranches couvrant tous alignés l'OFC et la plupart du cerveau ci-dessus). Cette séquence est optimisée pour le signal dans le cortex orbitofrontal optimale en réduisant le TE 45 ms à 30 ms à partir et en réduisant l'épaisseur de coupe de 3.1mm deux facteurs qui réduisent intravoxel déphasage avec seulement une légère diminution de la sensibilité BOLD. Une bande passante plus élevée est également utilisé pour réduire la distorsion géométrique le long de la phase d'encodage direction.
      4. Trois locauxIzer pistes de données fonctionnelles, chacune impliquant la collecte de 202 volumes (deux premiers éliminés) dans lequel le sujet entre alterne visualisation intense de contamination liés à des images et la visualisation des images neutres à 40s d'intervalle. Ces pistes localizer sont utilisés pour localiser la région de l'OFC activé par l'angoisse de contamination
    2. Après la séance d'une journée IRM, les sujets répondent avec un psychologue clinicien qui possède une expertise dans les troubles anxieux pour la session de développement réévaluation de la Stratégie. L'objectif de cette session est de développer une stratégie individualisée cognitives pour le sujet qui leur donne un certain contrôle sur l'activité initiale dans le cortex orbitofrontal. Les scénarios qui peuvent susciter l'inquiétude de contamination sont discutées et le psychologue aide la réserve de développer des approches pour réduire leur anxiété dans de telles situations. Cela peut impliquer réévaluer le risque perçu de contamination, ou, s'ils sont prédisposés à religipensées ou les stratégies des UO méditative, une approche basées sur la foi ou de celui dans lequel ils «lâcher prise» de leur anxiété peut être discuté. L'objectif de cette session est d'identifier une ou plusieurs stratégies de remise en cause que le sujet se sent sont susceptibles d'être efficaces dans la réduction de leur angoisse de contamination à travers une variété de situations. Une fois qu'ils se sentent confiants que les stratégies de remise en cause effective ont été identifiés, ils seront chargés de juger les stratégies pour diminuer l'activité dans leur OFC lors de la séance de biofeedback. Inversement, pour augmenter l'activité de l'OFC, ils seront instruits pour essayer de réfléchir aux conséquences possibles d'entrer en contact avec des objets contaminés et à se laisser ressentir de l'anxiété à propos de cette sans engager toute remise en cause des stratégies. Nous devons souligner ici que ces stratégies pour lever / abaisser l'activité OFC sont uniquement destinées à fournir quelques initiale, capacité limitée de contrôler l'OFC. Pendant les séances de biofeedback, sous réserves auront la chance d'expérimenter avec leurs stratégies cognitives et recevoir une rétroaction directe sur ce qui est plus efficace, leur permettant ainsi de développer un contrôle croissant sur ​​l'OFC. Durant cette session, le psychologue clinicien évalue également si le sujet a l'angoisse de contamination des sous-cliniques qui les touche dans la vie quotidienne, sinon, ils sont retirés de l'étude.
    3. Les données recueillies dans les courses localizer sont analysées après la séance de balayage Jour 1, mais avant le Jour 2 session en utilisant une analyse GLM avec un régresseur tâche calculée en utilisant un vecteur qui est un cours de périodes où le sujet était l'affichage des images de contamination et zéro pendant les périodes de temps restant convoluée avec une fonction de réponse hémodynamique canonique. La statistique t associée au coefficient de régression à chaque voxel est calculée et le tMap résultant est lissée par une 6mm pleine largeur à la moitié du noyau gaussien maximale. La résultante t-Voir la cartes quelles régions du cerveau étaient plus actifs lorsque le sujet considéré la contamination liée images que quand ils ont vu des images neutres. Le top 30 des pixels dans ce t-carte située dans la région OFC ou à proximité polaires frontale (plus précisément, dans les zones de Brodmann 10,11 ou 47) sont choisis pour représenter la région cible du sujet de l'OFC pour leurs scans biofeedback à venir. Ainsi, la latéralité de la région cible varie en fonction de modèles d'activation du sujet. Cette région est ensuite traduit de l'espace fonctionnel dans l'espace anatomique via un recalage rigide avec une interpolation plus proche voisin. Une zone de contrôle est également défini pour inclure toute la matière blanche du cerveau et se traduit dans le même espace dans le cerveau INM. Ces deux régions seront utilisées par le programme d'analyse en temps réel pendant le Jour 2 séance de biofeedback.

    3.2 Jour 2

    1. Sujets abord participer à une séance d'évaluation out-of-aimant.
    2. Les sujets ont alors participer à un 1,5 heures en temps réel séance de biofeedback IRMf.
      1. La séance commence par la collecte de anatomiques axiales (T1) des images dans les lieux même tranche que les données fonctionnelles.
      2. Ensuite, une analyse fonctionnelle de référence sont collectées. Ce court fonctionnelle de douze volumes sont collectées, le cinquième de ce qui est conservé et le reste au rebut.
      3. Les deux régions d'intérêt, la region de l'OFC du sujet activées lors de la visualisation des photos contamination identifiés sur la base du radiophare d'alignement fonctionne du jour 1 (voir 3.1.3) et dans la région de contrôle de la substance blanche, sont traduits dans l'espace fonctionnel de la session actuelle via une concaténation de deux inscriptions rigides . Les cartes première inscription dans les régions de l'espace anatomique du Jour 1 à l'espace anatomique du Jour 2. Les cartes d'inscription secondes les régions de l'espace anatomique du Jour 2 à l'espace de la «référence fonctionnelle" scan du Jour 2. Une fois ces deux régions ont été traduits dans l'espace fonctionnel de la session de numérisation en cours, le biofeedback peut commencer.
      4. Alors que les régions sont enregistrés, il ya deux descentes fonctionnelles recueillies (132 volumes collectés pour chaque course, les deux premières jetée pour permettre le terrain pour atteindre un état ​​stationnaire) qui sont désignés comme tâche de contrôle s'exécute. Ces courses ne comportent pas de biofeedback, mais sont utilisés pour évaluer la capacité des sujets à concontrôle l'activité au sein de leur région OFC d'intérêts lorsque exposés à la contamination liée images. Sur le côté gauche de l'écran, les sujets afficher une flèche rouge qui pointe vers le haut, une flèche bleue qui pointe vers le bas, ou une flèche blanche qui pointe tout droit vers la droite. À la droite de cette flèche est une image de grande taille, qui est la contamination liée lorsque la flèche pointe vers le haut ou vers le bas, et neutre quand il points de l'avant. Les sujets sont dit d'essayer d'augmenter l'activité dans leur OFC lorsque la flèche pointe vers le haut, pour tenter de diminuer l'activité dans leur OFC quand elle pointe vers le bas, et tout simplement se détendre lorsque la flèche pointe vers la droite. La flèche et le changement d'image toutes les 26 secondes, en alternance à travers les trois conditions. Compte tenu de notre intérêt pour examiner le cerveau et le comportement des corrélations entre les matières (telles que les corrélations entre les changements dans le contrôle de la zone du cerveau et de changements dans l'angoisse de contamination durant les sessions d'évaluation), nous voulons que tous les sujets à être exposés à des séquences même bloc. Par conséquent, l'ordre deblocs n'est pas contrebalancée travers des sujets soit dans le contrôle s'exécute ou le biofeedback s'exécute. Au lieu de cela deux types d'exécution sont utilisés en alternance pour tous les sujets. Dans la première manche, l'ordre de bloc est le repos-haut-bas-repos-haut-bas-repos-haut-bas-repos. Dans la deuxième manche, il est de repos bas-haut-repos-bas-haut-repos-bas-haut-repos. Ainsi, en une seule fois, précède up down, et dans la suivante, en baisse jusqu'à précède.
      5. Une fois la tâche de contrôle fonctionne, et quand la région cible et de la région de contrôle ont été enregistrées à l'espace fonctionnel actuel, six points de biofeedback (rétroaction biologique ou fictive fonctionne, selon le sujet) sont effectuées (132 volumes collectés pour chaque course, les deux premières et de deux derniers au rebut).
        Le biofeedback fonctionne: Ces parcours sont utilisés pour former des sujets pour contrôler l'activité de leur ROI OFC. Ils sont similaires à la tâche de contrôle fonctionne, sauf que les sujets de recevoir des commentaires au bas de l'écran sur leur succès dans le contrôle de la zone du cerveau. Plus spécificationslly, au bas de l'écran, les sujets sont fournis avec un tracé graphique de l'activité dans leur région OFC car il évolue dans le temps long du parcours. Les sujets sont instruits pour essayer d'augmenter l'activité dans le CFO lorsque la couleur de la ligne est rouge, et de diminuer l'activité dans cette région où la couleur de la ligne bleue et de se reposer quand il est blanc. L'intrigue ligne est présentée ci-dessous une image qui change pour chaque augmentation / diminution / bloc de repos et de la contamination est liée lors de l'augmentation et la diminution de blocs, et neutre durant les blocs de repos. Comme dans la tâche de contrôle fonctionne, il ya aussi un code couleur flèche à gauche de l'image indiquant la tâche en cours (augmentation / diminution / repos). Les sujets sont chargés de tester les stratégies abordées dans leur stratégie de développement Reappraisal session mais aussi de sentir libre d'expérimenter avec d'autres, et à utiliser le biofeedback comme un outil pour évaluer ce qui fonctionne le mieux. En outre, afin d'encourager l'expérimentation avec de nouvelles stratégies, il est emphas industrialisés à tous les sujets que leurs performances dans le contrôle de l'OFC ne seront pas évalués pendant les essais de biofeedback, uniquement pendant la tâche de contrôle fonctionne dans lequel aucun biofeedback est présenté. Les sujets sont dit qu'il y avait un retard de six à huit secondes entre les modifications de l'activité dans leur région du cerveau cibles et des changements dans la ligne graphique, en raison de la réponse du flux sanguin lent et les retards de traitement. Il est également recommandé aux sujets qu'ils ne devraient pas modifier les stratégies au sein d'un bloc comme le retard dans le temps rend bien sûr évaluer la réussite de chaque stratégie difficile lorsque les stratégies sont changés trop rapidement.
        Le système IRMf en temps réel utilisés pour fournir des commentaires pendant le biofeedback fonctionne est illustrée dans la Figure 2. Une routine spécial de reconstruction a été écrit qui enregistre une copie de chaque tranche de données, car il est recueilli, au répertoire sur le système de reconstruction d'image qui est accessible à l'ordinateur de traitement d'image via la connexion réseau local. Un module de BioImage Suite (href = "http://www.bioimagesuite.org"> www.bioimagesuite.org) fonctionnant sur ​​des sondages d'image de l'ordinateur de traitement de ce répertoire et lit dans chaque tranche comme il apparaît. Quand un volume entier est arrivé, il est enregistré le balayage de référence fonctionnel (pour ajuster le mouvement) et le niveau de signal moyen dans la région de l'OFC cible, ainsi que dans la région de la matière de contrôle blanc, sont calculés et la sortie via le port série à l' Stimulus / Réaction ordinateur. Un programme de Matlab ( www.mathworks.com ) s'exécutant sur ​​l'ordinateur de stimulation / Réactions reçoit que les données et normalise le niveau d'activité OFC pour ajuster la dérive et les fluctuations du cerveau entier en utilisant la formule introduite par deCharms et collègues. 8 Plus précisément, pour chaque volume des données recueillies, le changement de signal pour cent de la moyenne mobile est calculée pour les deux ROIs importe OFC et blanc et la différence de ces deux mesures est calculée. Cette valeur est tracée comme un graphique linéaire au fil du temps à la bottom de l'affichage visuel.
        Figure 2
        Figure 2. Schéma du système de l'IRMf en temps réel. Le système de reconstruction d'image traite les données IRM car il est recueilli, et crée une image de chaque tranche de ce qui est écrit dans un fichier. Ces images sont extraites par tranche de l'ordinateur de traitement d'image via LAN et traitées en temps réel en utilisant BioImage Suite. Niveau d'activité ROI est alors envoyé à l'ordinateur de stimulation / Réactions où il est reçu par un programme Matlab qui crée l'affichage visuel, y compris un complot de l'activité OFC normalisé au cours du temps pour le sujet.
        Sham biofeedback: Ces parcours offrent une condition de contrôle permettant de comparer le biofeedback. Sham biofeedback fonctionne sera identique à la rétroaction biologique fonctionne, sauf que les sujets seront tenu au cours du temps d'activité dans l'OFC à partir d'un précédent, l'âge et le sexe lancer biofeedback appariés sujet. Dans la mesure où l'previoNous sujet a été en mesure de contrôler l'activité de l'OFC lors de leurs courses le biofeedback, le sujet actuel semblent être autant de succès lors de leurs courses biofeedback imposture, résultant en impressions semblables de réussite vécues par des sujets dans les deux conditions. Étant donné que l'expérience de la réussite (dans le contrôle de cette région) peuvent influencer la motivation sujet, et donc indirectement influencer le degré auquel ils apprennent le contrôle de l'OFC, il est important de garder cela le plus cohérent possible.
      6. Enfin, plus deux manches tâche de contrôle sont recueillies.

    3.3 Jour 3: Identique au Jour 2 mais en utilisant séparé (appariés) ensembles de stimuli.

    3.4 Jour 4

    1. Sujets de participer à une session d'évaluation finale (comme dans 3.2.1).
    2. Sujets de participer à une finale 1 séance d'une heure l'IRM dans lequel les données d'état de repos connectivité fonctionnelle est collectée.
    3. 4. Débriefing de sujets Sham

      À la fin de l'étude, tous les participants sont informés que simulacre, ils ont reçu des commentaires imposture et un debriefing pour s'assurer qu'ils ne sont pas contrariés par la tromperie, et de vérifier si elles soupçonnaient que les commentaires qu'ils recevaient n'était pas véridique.

      5. Off-line Analyses de données

      5.1 Trois principales mesures de résultat sont calculés pour chaque sujet:

      1. Le changement dans anxiété vécue lorsque le sujet des images vues la contamination liée à la session d'évaluation par rapport à la dernière session d'évaluation d'abord. Notez que les images spécifiques indiqués sont différents à travers les sessions d'évaluation (pour éviter l'accoutumance), mais ils sont appariés (telle que confirmée par des essais pilotes) dans le niveau d'anxiété qu'ils induisent normalement. Le score d'anxiété signifie auto-déclarés de la Session première évaluation sera soustrait le score d'anxiété auto-déclarés dire de la finale tantsessment session pour obtenir une estimation de la variation de l'anxiété de chaque sujet. A l'intérieur l'objet du test t comparant les scores d'anxiété auto-déclarés est utilisé pour déterminer si un sujet donné ont montré une diminution significative de l'anxiété à la session d'évaluation finale par rapport à la séance d'évaluation initiale.
      2. Le changement de contrôle sur la région cible OFC ce sujet expérimentés lors de l'intervention. Le contrôle de la région est calculée en fonction de la tâche de contrôle fonctionne au début et à la fin de chaque séance de biofeedback. Pour chaque exécution de la tâche de contrôle, une analyse GLM est réalisée en utilisant deux régresseurs: l'une pour «l'augmentation» des blocs et une pour la «diminution» des blocs, dont chacun est calculé en prenant un vecteur qui est codé 1 durant la période de la tâche appropriée et zéro à tous les points d'autres convoluée avec une fonction de réponse hémodynamique. Les cartes bêta pour chacune de ces variables explicatives sont soustraites pour obtenir une carte représentant la différence de signal à la hausse par rapport baisse du blocks. La valeur moyenne de cette carte est en moyenne dans la région soumise OFC spécifiques pour produire des estimations de contrôle sur la région OFC cible dans chaque exécution de la tâche de contrôle. Le contrôle de l'OFC au début de la séance de biofeedback premier sera soustraite de contrôle sur l'OFC à la fin de la session de biofeedback derniers à céder une mesure du changement de contrôle sur la région provoquée par l'intervention de biofeedback.
      3. Le changement dans la connectivité état de repos dans la région de l'OFC au cours de l'étude. Elle est calculée pour chaque sujet en soustrayant la carte de la connectivité semences région du Jour 1 fonctionne repos de la carte de la connectivité semences région du Jour 4 tourne au repos.

      5,2 analyses au niveau du Groupe

      Au minimum, les éléments suivants sont examinés au niveau du groupe:

      1. Les sujets ayant reçu le biofeedback réels sont en contraste avec les sujets ayant reçu simulacre de biofeedback pour déterminer si ellesdéveloppée davantage maîtres de leur région cible, et si leur permettant d'exercer un meilleur contrôle sur leur anxiété contamination. Le test t apparié sera utilisée pour comparer les estimations des changements dans le contrôle et les changements dans l'angoisse pour les deux groupes.
      2. Les changements dans l'angoisse de contamination chez les sujets de biofeedback sont liés à des changements dans le contrôle de leur région cible et à des changements dans les modes de connectivité fonctionnelle. Partout sujets ayant reçu le biofeedback vrai, des changements dans le contrôle de la région cible seront corrélées avec des changements dans l'anxiété à l'aide de Pearson corrélation produit-moment. Importance seront évalués par une norme R-à-p conversion. Les cartes de changements dans la connectivité à l'OFC pour chaque sujet seront corrélées de façon pixel-sage avec les estimations de leur changement dans l'anxiété.

      Tant les analyses hors ligne et l'analyse en temps réel décrits dans ce manuscrit sont effectuées à l'aide BioImaGE Suite ( www.bioimagesuite.org ). Ce progiciel est source librement disponible et ouvert. La composante d'analyse en temps réel, bien que n'étant pas disponible en ligne, est disponible sur demande. Il est conçu pour découpler l'analyse en temps réel les données du programme d'affichage, donc ce dernier peut être modifié sans nécessiter de modification de l'ancienne. Cela permet une certaine souplesse dans la conception expérimentale, par exemple, le programme d'affichage peuvent être écrites en utilisant n'importe lequel des logiciels standard (par exemple, E-prime, Matlab, Présentation). En outre, l'analyse en temps réel de traitement graphique emploie unité de mouvement de correction accélérée, qui permet de haute qualité avec correction du mouvement des retards de traitement presque pas. Ce système est décrit plus en détail dans Scheinost et al., 2011 26.

      6. Les résultats représentatifs

      Un sujet qui gagne le contrôle de leur région du cerveau cible lors du biofeedback devrait avoir unn augmentation du contrôle sur la zone du cerveau cible, tel qu'évalué durant la tâche de contrôle fonctionne, et cela devrait se traduire par une réduction de l'anxiété contamination pendant les séances d'évaluation. La figure 3 montre une capture d'écran de l'affichage visuel de l'un des biofeedback dernière fonctionne sur un sujet qui réussi à obtenir le contrôle de leurs OFC. Le succès de ce sujet dans le contrôle de la région au cours de cette course est reflété par le fait que la ligne graphique est plus élevé pendant les périodes rouges que les périodes bleue, en particulier après ajustement pour l'attendus de six à huit secondes de retard. Ce même sujet a montré que le contrôle accru évalués au cours de sa tâche de contrôle fonctionne (d'une valeur moyenne de 0.003 beta d'une valeur bêta moyenne de 0,23) ainsi qu'une diminution significative de l'anxiété en réponse à la contamination des images présentées dans les sessions d'évaluation (p < 0,005), comme indiqué dans la figure 4. Cela a été un sujet de succès. En revanche, d'autres sujets n'ont pas appris à contrôler la région cible, uneD n'a pas montré de baisse de l'anxiété de contamination évalués dans les séances d'évaluation. En général, on trouve une grande variabilité entre sujets dans leur capacité à apprendre à contrôler cette région.

      Figure 3
      Figure 3. Capture d'écran de l'affichage visuel considéré pendant un cycle de rétroaction biologique, prise à la fin de la course. Parce que la course se termine avec l'état neutre, l'image affichée au moment de la copie d'écran (dans ce cas, l'image des livres) est neutre, et la flèche est blanc et pointant vers l'avant. Pendant augmentation et diminution de blocs, les images de contamination liés ont été montrés. La flèche sur la gauche était une flèche vers le haut en rouge pendant les blocs augmentation et un bleu flèche vers le bas au cours des blocs diminue. La ligne graphique au bas de l'écran représente l'activité OFC pendant la course. La couleur de la ligne indique quel type de bloc a été survenant pendant cette période de l'analyse de (red pour augmenter, bleu pour les diminuer, et le blanc pour le neutre). Le graphique couvre la période à partir du moment du premier volume est traitée (environ 3s après le début de la course) jusqu'à ce que le temps le volume 128 e est traitée (environ 257s après le début de la course). L'axe des ordonnées indique le changement de signal pour cent de la moyenne mobile de l'OFC, moins le changement de signal pour cent de la moyenne mobile dans la matière blanche de contrôle du ROI (à cette course, les amplitudes variait entre 2,1 et -3,7). Notez que, après comptabilisation d'un délai de 6-8s (correspondant aux points de temps 3-4), l'activité dans cette région était plus rouge que lors de périodes bleues, reflétant le succès de ce sujet dans le contrôle de la région. Le sujet simulacre adapté à ce sujet verrait stimuli identiques, cependant, dans le cas du sujet imposture, la ligne graphique ne serait pas lié à leur véritable modèle de l'activité cérébrale.

      Figure 4
      Figure 4. Graphique à barres résumant l'anxiété notes auto-déclarées en réponse à la contamination des images en (a) la séance d'évaluation en premier (avant le biofeedback) et (b) la session d'évaluation finale (après le biofeedback) à partir du sujet dont le biofeedback temps-cours est indiqué dans Figure 3. Ce sujet d'anxiété rapporté significativement plus faible après le biofeedback, comme indiqué par l'astérisque.

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    Discussion

    Le biofeedback de données IRMf en temps réel est une technique nouvelle et plus de travail est nécessaire pour optimiser cette méthode de façon à maximiser l'apprentissage chez les sujets. Des études récentes ont exploré la façon dont les changements d'apprentissage avec différents nombres de pistes ou des séances de balayage, 14, 18, ​​27 comment le paradigme de rétroaction affecte l'apprentissage 28, et si l'apprentissage induit par un protocole de biofeedback résultats donnés par des changements dans le fonctionnement du cerveau qui persistent au-delà de la fin de la période de formation de biofeedback. 15, 18, ​​27, 29 Cependant, le travail beaucoup plus long de ces lignes est nécessaire, en gardant à l'esprit que le protocole optimal peut varier selon la région du cerveau ciblée, la population étudiée, et d'autres variables.

    Un défi à relever dans les études de neurofeedback est la façon optimale pour contrôler les effets pratiques, l'exposition, la motivation et le placebo. Il ya une variété d'approches qui ont été décrits dans la littérature, dont chacune a ses avantagesavantages et inconvénients. Dans ce protocole, un paradigme simulacre biofeedback est employée dans lequel les sujets de contrôle reçoivent des stimuli identiques que leurs sujets appariés et le biofeedback sont amenés à croire qu'ils reçoivent biofeedback vraie fonction de leurs propres schémas d'activité cérébrale. Cette approche a l'avantage que les instructions et les stimuli sont contrôlés. Il aide aussi à contrôler pour la motivation et l'effet placebo. Autrement dit, le neurofeedback induit dans de nombreux sujets d'un jeu ressemblant à la mentalité dans laquelle ils sont personnellement investis dans leurs performances. Les doublons simulacre condition de contrôle de cette expérience aussi étroitement que possible, de manière à contrôler pour le haut niveau de motivation des sujets neurofeedback. Par ailleurs, si un sujet reçoit un feedback indiquant un succès grandissant, le sens résultant de la réalisation et la perception de contrôle de soi peut se traduire par des effets placebo sur les mesures comportementales. Une fois encore, le paradigme de simulacre, nous avons utilisé des contrôles pour cette possibilité aussi efficacement que possible. Cependant, un inconvénient de cette approche est que le biofeedback simulacre il trompe activement les sujets et pourrait donc interférer avec l'apprentissage qui devrait normalement se produire pendant les périodes de pratique sans rétroaction. Un autre type de condition de contrôle utilisé pour les études de neurofeedback est d'avoir des sujets effectuer la même tâche, sans neurofeedback. Ce contrôle de la pratique et les effets d'exposition, et n'a pas l'inconvénient d'induire en erreur et peut-être confus d'auto-réflexion fondée processus d'apprentissage. Cependant, il peut ne pas contrôler aussi bien pour la motivation et l'effet placebo. Une autre forme de simulacre de biofeedback a aussi été utilisé dans laquelle les sujets reçoivent des informations concernant une autre zone du cerveau qui n'est pas pensé pour être impliqués dans la tâche, bien que les sujets sont induits en erreur de croire que leur zone cible est pertinente pour la tâche. Cette approche implique une hypothèse sur la part des chercheurs au sujet d'une région du cerveau sans rapport avec la tâche, et cela peut être problématique si la région TUIA à être impliqué dans la tâche. Par ailleurs, si la région est vraiment sans rapport avec la tâche, les sujets imposture est peu probable d'avoir du succès qu'elle contrôle, et sont donc susceptibles de se sentir déçus et frustrés par opposition à la rétroaction des sujets vrais, qui sont plus susceptibles de connaître le succès et se sentir satisfait et dans le contrôle. Ainsi, cette forme d'imposture biofeedback ne contrôle pas aussi bien pour l'état émotionnel du sujet (et donc la motivation et l'effet placebo) comme le type de simulacre décrits dans ce manuscrit, et a le même inconvénient d'une éventuelle interférence avec le processus d'apprentissage en fournissant des informations erronées. Enfin, les conditions de contrôle dans lequel les sujets témoins reçoivent une forme alternative de traitement en dehors de l'aimant (comme la thérapie cognitive comportementale) peut être utilisé pour comparer l'efficacité du rt-IRMf biofeedback avec tout ce qui est l'étalon-or en termes de traitements à présents. Cette dernière approche ne tente pas de contrôler précisément l'ensemble deseffets qui se produisent lors de neurofeedback, et donc ne précise pas si c'est le retour en soi qui induit des améliorations de comportement, mais plutôt la demande importante question: pris tous ensemble, le biofeedback peut IRMf en temps réel comme une intervention de produire de meilleurs résultats cliniques ou comportementaux que les solutions de rechange actuelles? En résumé, le choix du type de contrôle à utiliser dans une étude de biofeedback est un aspect important et exigeant de la conception des études, et les limites de la condition de contrôle utilisés doivent être prises en compte lors de l'interprétation des résultats.

    Bien qu'encore à un stade de développement, l'utilisation thérapeutique du biofeedback en temps réel de l'IRMf a une utilité potentielle pour une gamme de troubles neuropsychiatriques. Par ailleurs, lorsqu'il est utilisé conjointement avec les évaluations de l'organisation fonctionnelle du cerveau et des variables cognitives / cliniques (recueillies avant et après le biofeedback), il peut être un puissant outil de recherche. Essentiellement, le biofeedback ProVides à faible risque "de perturber et de mesurer« l'approche à l'étude des bases neurales des fonctions mentales de l'homme: le biofeedback est utilisé pour perturber l'organisation fonctionnelle du cerveau et les changements résultant de la fonction mentale sont mesurés. Compte tenu de ses deux potentiel de recherche et clinique, il s'agit d'une nouvelle technologie prometteuse pour les domaines de la psychiatrie et les neurosciences cognitives.

    Le protocole décrit ici vise à déterminer si le biofeedback d'IRMf en temps réel peut aider des sujets sains de contrôler leur anxiété contamination. Bien qu'il soit possible que le substrat neuronal de l'anxiété de contamination chez les témoins sains est différent de celui des patients TOC, il est également possible que les dimensions des symptômes obsessionnels-compulsifs passent par les populations en bonne santé et le patient, et que des mécanismes similaires sous-tendent l'angoisse de contamination dans les deux groupes. Si c'est le cas, et si le biofeedback d'IRMf en temps réel est efficace pour aider les sujets sains maîtriser leur angoisse, commeparadigme imilar peut avoir une utilité clinique pour les troubles obsessionnels compulsifs.

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    Disclosures

    Pas de conflits d'intérêt déclarés.

    Acknowledgements

    Cette étude est financée par le NIH (R21 MH090384, R01 EB006494, RO1 EB009666, R01 NS051622). Nous remercions H. et C. Sarofin Lacadie pour leur assistance technique.

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