以实时fMRI生物反馈靶向眶额皮层治疗污染焦虑

本实验的总体目标是训练个体控制其大脑中与污染焦虑相关的区域，并观察这种训练是否能够改变大脑功能，从而改善对污染焦虑的控制能力。该目标通过以下步骤实现：首先确定受试者眶额皮层中与污染焦虑相关的区域，该区域将作为生物反馈干预的目标区域。

下一步是在进行生物反馈干预之前，评估受试者在面对与污染相关的图像时所产生的焦虑水平及其大脑连接模式。随后，通过生物反馈训练受试者控制目标脑区。最后一步是评估受试者是否通过生物反馈增强了对目标脑区以及对污染相关焦虑的控制能力，并确定这些变化是否与指向目标脑区的连接性改变相关。

最终，该方法将揭示实时功能磁共振成像（fMRI）生物反馈是否对强迫症患者具有临床价值，并探究污染恐惧的神经基础。实时fMRI生物反馈可能对多种精神疾病具有治疗价值，因为它可能使个体能够调控自身大脑功能中引发症状的相关环节。

本文探讨了该方法是否有助于人们控制污染焦虑。如果确实如此，则可能对强迫症患者具有临床应用价值。本文所采用的方法结合了生物反馈，并对临床变量和脑功能连接在干预前后的变化进行评估，该方法也可用于回答神经科学和精神病学领域的一些基础问题。

生物反馈使我们能够改变大脑动态，进而测量大脑连接性的变化如何引起临床或认知变量的差异。在启动本实验之前，需要进行大量的刺激材料开发。首先必须收集与污染相关的图像和中性图像，然后进行预实验，以确保这些刺激在不同诱发条件下引发的焦虑程度保持平衡，并且在诱发条件下的焦虑水平显著高于中性条件。

当预试验完成后，应招募并筛选受试者，以确定能够安全参与磁共振成像（MRI）实验、报告较高水平污染焦虑且希望学习控制该焦虑的健康个体。本实验中，受试者需在四个不同的日期到访，各次访问间隔约半周，使整个研究持续两周完成。此处所示的流程图概述了每位将接受真实神经反馈训练的受试者的实验方案。

应招募另一位在年龄和性别上相匹配的受试者，在每次磁共振扫描前接受假性生物反馈。受试者在第一天进行金属筛查，并采集高分辨率结构像。随后采集两轮静息态功能数据，接着进行三轮功能定位扫描，期间受试者以42秒为间隔交替观看与严重污染相关的刺激图像和中性图像。

这些定位扫描用于确定由污染焦虑激活的眶额皮层（OFC）区域。在第一天成像扫描结束后，受试者将与擅长焦虑障碍的临床心理学家会面，进行重新评估策略制定 session。该 session 的目的是为受试者制定个性化的认知策略，使其能够初步控制自身眶额皮层的活动。

这些调节OFC活动高低的策略仅旨在提供初步的、有限的OFC控制能力。在神经反馈训练过程中，受试者将有机会尝试不同的认知策略，并获得直接反馈，从而逐步增强对OFC的控制能力。接下来，在第二天训练开始前，需对第一天定位扫描所收集的数据进行分析。

生成的团队图谱显示了受试者观看与污染相关的图像时，相较于观看中性图像时大脑中哪些区域更为活跃。从该团队图谱中选取位于眶额皮层（OFC）或邻近额极区域内的信号最强的前30个像素，用以代表该受试者在接下来的神经反馈扫描中所针对的OFC目标区域。随后，通过刚性配准结合最近邻插值法，将该区域从功能空间转换至解剖空间。

同时定义一个对照区域，以包含大脑中的所有白质，并将其从MNI脑模板转换至相同的空间。这两个区域将在第二天的神经反馈训练期间由实时分析程序使用。在实验的第二天，受试者首先参加一次磁共振扫描室外的评估环节。

每次评估会话开始前，均口头指导受试者在观看即将呈现的与污染相关的图像时，尽量降低自身的焦虑水平。随后，屏幕上会显示详细指示，指导受试者报告其在观看这些图像时所产生的与污染相关的焦虑程度。同时，持续监测其皮肤电反应。

受试者随后参与一次持续1.5小时的实时fMRI神经反馈训练。该训练首先采集与功能数据相同切片位置的轴向解剖图像，随后采集一次功能参考扫描。

通过两次刚性配准的级联运算，将两个感兴趣区域转换至当前会话的功能空间。第一次配准将区域从第一天的解剖空间映射到第二天的解剖空间；第二次配准将区域从第二天的解剖空间映射到第二天功能参考扫描图像的空间。

在进行脑区配准时，会采集两个功能扫描序列，称为控制任务扫描序列。这些扫描序列不涉及神经反馈，但用于评估受试者在观看与污染相关的图像时，对其眶额皮层（OFC）感兴趣区域活动的调控能力。在扫描过程中，受试者会看到带有箭头的图像：对于与污染相关的图像，箭头向上或向下；对于中性图像，箭头向前。

受试者被告知，当箭头向上时，尝试增加其眶额皮层（OFC）的活动；当箭头向下时，尝试降低其OFC的活动；当箭头向右时，则 simply relax（放松即可）。在控制任务运行结束后，箭头和图片每26秒变换一次，在三种条件之间交替进行，前提是目标脑区和控制脑区已配准至当前的功能空间。根据受试者分组情况，共进行六次真实神经反馈训练或虚假神经反馈训练。

生物反馈运行用于训练受试者控制其眶额皮层-尾状核-眶额皮层回路（O-F-C-R-O-I）的活动。其过程与对照任务运行类似，不同之处在于受试者会在屏幕底部接收到有关其控制脑区活动成功与否的实时反馈。此处展示的生物反馈显示画面已加速播放，但除此之外完全还原了受试者在生物反馈过程中实际看到的内容。

假性反馈运行将与真实反馈运行完全相同，不同之处在于，受试者将看到先前一位年龄和性别相匹配的受试者在前次反馈运行中眶额皮层（OFC）活动的时间进程，其显示程度与真实反馈受试者对OFC活动的控制能力相当。在假性反馈运行期间，假性反馈受试者看起来将表现出相似的成功程度，从而产生类似的成功感知。最后，每位受试者还将额外完成两次控制任务运行。

然后，受试者应在第三天返回，进行与第二天完全相同的扫描会话；在第四天，受试者应参与一次最终评估会话，使用独立且相匹配的刺激材料集。随后进行一次最终的、持续一小时的磁共振成像会话，在所有受试者的数据采集完成后，收集静息态功能连接数据。接受真实生物反馈的受试者可与接受假生物反馈的受试者进行对比，以确定前者是否对其目标脑区实现了更强的调控能力，以及这种能力是否使其能够更有效地控制自身的污染焦虑。

生物反馈受试者的污染焦虑变化与其目标脑区的控制能力变化以及功能连接模式的变化相关。此处我们看到一位成功获得眶额皮层（OFC）控制能力的受试者在最后一次生物反馈运行中的视觉显示界面截图。该次运行以中性条件结束，因此箭头为白色并指向前方。

该受试者在干预后的评估中表现出对污染焦虑更强的控制能力，表现为焦虑评分降低，并且在控制任务过程中对眶额皮质的调控能力也有所增强。该方法在精神病学领域具有巨大潜力，既可作为临床治疗方法，也可作为研究工具，用于探究临床症状背后的神经基础。