利用基于实时功能磁共振成像的神经反馈降低尼古丁成瘾吸烟者脑岛皮层活性

摘要

在实时功能磁共振成像（rtfMRI）中，脑活动被作为自变量进行实验性操控，而行为则作为因变量进行测量。本文介绍的方案重点在于将rtfMRI作为治疗尼古丁成瘾等精神疾病的一种实用治疗工具。

摘要

自首次基于功能性磁共振成像（fMRI）的神经反馈方法成功实施以来，已有十余年历史。此后，多项研究已证明，受试者能够学会自主控制特定的脑区。因此，实时fMRI（rtfMRI）为研究因调控脑活动而引起的行为改变提供了新的机遇。由此，关于rtfMRI应用于训练脑活动自我调控及其伴随的行为与临床状况改善的报道迅速增加，涉及神经与精神疾病（如精神分裂症、强迫症（OCD）、脑卒中）等。

成瘾研究中的神经影像学研究表明，在呈现与药物相关的线索时，前扣带皮层、眶额皮层和岛叶皮层会被激活。此外，当受试者暴露于诱发渴求的线索时，左右两侧岛叶皮层的活动均被证明与药物渴求程度高度相关。因此，由于双侧岛叶在表征身体内部（内感受）状态方面的重要作用，其在药物渴求与成瘾研究中具有特殊意义。本研究探讨利用实时功能磁共振成像（rtfMRI）神经反馈技术，降低尼古丁成瘾者双侧岛叶皮层的血氧水平依赖（BOLD）活动的可行性。同时，本研究还检验神经反馈训练是否会引起受试者对尼古丁渴求线索的内隐态度以及外显渴求行为的改变。

引言

神经反馈是一种操作性条件反射过程，通过该过程，人类或动物能够学会调节一个或多个脑区的神经活动。训练通常会导致行为改变¹。原则上，来自一个或多个特定脑区的脑信号会被转化为感觉反馈（例如视觉、听觉或触觉反馈），并向受试者提供这些反馈，以通过操作性条件反射或其他学习形式实现对脑活动的调控。与传统的神经影像学范式相反，神经反馈研究将脑活动的调节作为自变量，将行为测量作为因变量。因此，神经反馈为研究特定脑区在不同认知功能中的作用，以及这些脑区的过度激活或激活不足如何导致异常行为，提供了一种新颖的方法。

神经反馈已结合多种神经影像技术使用，如功能磁共振成像（fMRI）、脑电图（EEG）和功能近红外光谱成像（fNIRS）。基于EEG和fNIRS的神经反馈范式具有时间分辨率高、成本较低和便携性强等优势^2,3。然而，这些方法的空间分辨率较低，且无法探测大脑深层区域。此外，EEG在从头皮表面信号确定神经活动源时存在逆问题的计算复杂性⁴。然而，随着实时fMRI（rtfMRI）技术的最新进展，现已能够以良好的空间分辨率（例如，2 mm³）和720 ms的时间分辨率，获取大脑各区域的血流动力学信号⁵。因此，fMRI克服了f....

方案

德国图宾根大学医学院伦理委员会和智利天主教大学批准了以下rtfMRI方案。

1. 硬件设置

1. 硬件表示在 图1 仅需准备一次，以设置 MRI 数据的实时导出。
2. MRI 扫描室的准备工作与传统的 fMRI 测量相同。在受试者到达之前，需完成 MRI 扫描室的准备工作。
3. 将32通道或20通道头部线圈连接至扫描仪。
4. 将投影仪的VGA/HDMI电缆和磁共振兼容反应装置（按钮盒）连接到刺激计算机。
   注意：在大多数磁共振（MR）设备中，反应装置会向刺激计算机发送TR触发信号。该触发信号有助于同步刺激呈现与数据采集。

2. 扫描仪外的参与者准备

1. 准备参与者在到达前需要填写的知情同意书和问卷。
2. 参与者到达后，向其解释实验内容及功能性磁共振成像（fMRI）技术，并指导其如何完成任务（例如：实验过程中，参与者必须保持眼睛睁开，始终注视显示屏上的图片，并尽量避免在扫描仪内移动头部）。
3. 请参与者签署知情同意书，并填写用于评估渴求程度的问卷。
4. 要求参与者填写以下问卷：1）VAS-C：视觉模拟量表-渴求³⁹；2）QSU-b：吸烟渴求问卷-简明版

结果

根据尼古丁依赖程度的费格斯特伦测试（Fagerström Test for Nicotine Dependence, FTND）⁴⁵问卷结果，招募了四名具有中等程度尼古丁依赖（FTND评分>4）且每日吸烟数量（>15支）符合标准的患者。此外，根据机构的磁共振成像（MRI）安全规范，确保所有受试者均无纹身或金属植入物。每位受试者共接受了五次实时功能磁共振成像（rtfMRI）扫描，其中前四次在两周内完成（每周两次），第五次在第四次扫描后的6个月进行。要求受试者在每次扫描前至少禁烟3小时。

在第1天，参与者接受了训练前（神经反馈训练之前）测试，以获取其对诱发渴求行为图片的基线内隐行为反应。在第2次和第3次会话中，进行神经反馈训练（图2C），以训练参与者下调左侧（ROI1）和右侧（ROI2）前脑岛皮层的BOLD信号，这两个区域作为感兴趣区（ROIs）。随后进行一次与训练前会话完全相同的训练后（神经反馈训练之后；第4次会话）测试。为了评估神经反馈训练对内隐行为的长期影响，在训练后会话结束6个月后，进.......

讨论

四名参与者的实验结果表明，吸烟者在接触诱发渴求的线索时，有可能学会下调双侧前脑岛的激活水平。样本参与者在神经反馈训练后，其内隐和外显吸烟行为的变化可能与习得的下调能力有关，因为该参与者在整个实验过程中未接受任何其他临床或实验性干预。参与者内隐行为的改变可能提示其对诱发渴求图片的注意偏向发生了变化。对正性目标词反应时的变化表明，经过下调训练后，参与者的注意偏向可能转向了中性效价的线索。这可能意味着，在脑岛活动下调后，参与者受渴求诱发图像的影响较基线条件下有所减弱，提示脑岛下调可能具有降低渴求的潜力。

这一结果与明确的行为评分一致：与入组前每日平均吸烟20支相比，参与者在研究开始6个月后报告的渴求程度降低，每日平均吸烟数量减少至10支。这一结果尤为显著，因为在训练后评估与随访之间的6个月期间，未实施任何临床或实验性干预措施。尽管目前尚不能完全确定每日吸烟量和渴求程度的上述减少 solely 归因于神经反馈训练，但这些结果对于治疗复吸具有令人鼓舞的意义。我们意识到，要得出更可靠的结论，还需更大的样本量和更稳健的统计分析。

多项神经影.......

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
	MATHSWORK	MATLAB 版本 2014a
	演示软件 - Neurobehavioral Systems	Presentation 版本 18.0
	Brain Innovation B.V.	Turbo Brain Voyager 版本 2.6 或 3.0