Real-time fMRI Biofeedback Targeting des orbitofrontalen Cortex für die Kontamination Anxiety

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens ist es, die Menschen darin zu schulen, eine Region ihres Gehirns zu kontrollieren, die an der Kontaminationsangst beteiligt ist, und zu sehen, ob dieses Training die Gehirnfunktion verändert und die Kontrolle über die Kontaminationsangst verbessert. Dies wird erreicht, indem zunächst eine Region des orbitalen frontalen Kortex des Probanden identifiziert wird, die an der Kontaminationsangst beteiligt ist. Das wird ein Zielbereich für eine Biofeedback-Intervention sein.

Der nächste Schritt besteht darin, vor der Biofeedback-Intervention das Ausmaß der Angst, die Erfahrungen der Probanden als Reaktion auf kontaminationsbezogene Bilder sowie ihre Konnektivitätsmuster im Gehirn zu beurteilen. Der Proband wird dann per Biofeedback trainiert, um die Zielregion des Gehirns zu kontrollieren. Der letzte Schritt besteht darin, zu beurteilen, ob die Probanden als Ergebnis des Biofeedbacks eine größere Kontrolle über ihren Zielhirnbereich und über ihre Kontaminationsangst entwickelt haben und ob solche Veränderungen mit Veränderungen in der Konnektivität zum Zielhirnbereich verbunden sind.

Letztendlich wird dieser Ansatz zeigen, ob das Biofeedback von Echtzeit-FMRI einen potenziellen klinischen Wert für Patienten mit Zwangsstörungen hat und die neuronalen Grundlagen der Kontaminationsangst untersucht. Echtzeit. FMRI-Biofeedback hat einen potenziellen therapeutischen Wert für viele verschiedene Formen von psychischen Erkrankungen, da es den Einzelnen in die Lage versetzen kann, Aspekte seiner Gehirnfunktion zu kontrollieren, die zu Symptomen führen.

Hier untersuchen wir, ob es Menschen helfen kann, ihre Kontaminationsangst zu kontrollieren. Wenn ja, kann es für Patienten mit Zwangsstörungen klinisch nützlich sein. Der hier vorgestellte Ansatz, Biofeedback mit Vorher-Nachher-Bewertungen klinischer Variablen und der Gehirnkonnektivität zu kombinieren, kann auch grundlegende Fragen der Neurowissenschaften und Psychiatrie beantworten.

Das Biofeedback ermöglicht es uns, die Dynamik des Gehirns zu verändern, und wir können dann messen, wie Veränderungen in der Gehirnkonnektivität zu Unterschieden in klinischen oder kognitiven Variablen führen. Bevor dieses Experiment gestartet werden kann, ist eine umfangreiche Stimulusentwicklung erforderlich. Kontaminationsbezogene und neutrale Bilder müssen zuerst gesammelt und dann gesteuert werden, um sicherzustellen, dass die durch diese Reize induzierte Angst über die Provokationsbedingungen hinweg ausgeglichen ist und dass die Angst unter den Provokationsbedingungen signifikant größer ist als unter den neutralen Bedingungen.

Wenn die Pilotstudien abgeschlossen sind, sollten potenzielle Probanden rekrutiert und gescreent werden, um gesunde Personen zu identifizieren, die sicher an MRT-Experimenten teilnehmen können und die über ein hohes Maß an Kontaminationsangst und den Wunsch berichten, zu lernen, diese Angst zu kontrollieren. Für dieses Experiment kommen die Probanden an vier verschiedenen Tagen, die im Abstand von etwa einer halben Woche geplant sind, so dass die gesamte Studie zwei Wochen dauert. Das hier gezeigte Flussdiagramm skizziert das Protokoll zusätzlich für jeden Probanden, der echte Biofeedback-Sitzungen erhält.

Es sollte ein weiterer Proband rekrutiert werden, der in Alter und Geschlecht abgestimmt ist, um vor jeder MRT-Sitzung ein Schein-Biofeedback zu erhalten. Die Probanden werden am ersten Tag auf Metall untersucht, ein hochauflösendes Strukturbild. Dann werden zwei Läufe von funktionellen Daten aus dem Ruhezustand gesammelt, gefolgt von drei Lokalisierungsläufen von funktionellen Daten, in denen der Proband abwechselnd Bilder mit intensiver Kontamination und neutrale Bilder in 42. Intervallen betrachtet.

Diese Localizer-Läufe werden verwendet, um den Bereich des OFC zu lokalisieren, der durch Kontaminationsangst aktiviert wird. Nach dem ersten Tag der Bildgebungssitzung treffen sich die Probanden mit dem klinischen Psychologen, der sich mit Angststörungen auskennt, um eine Neubewertungsstrategie zu entwickeln. Das Ziel dieser Sitzung ist es, eine individualisierte kognitive Strategie für den Probanden zu entwickeln, die ihm eine gewisse anfängliche Kontrolle über die Aktivität in seinem orbitalen frontalen Kortex ermöglicht.

Diese Strategien zur Erhöhung oder Verringerung der OFC-Aktivität sind nur dazu gedacht, eine anfänglich begrenzte Fähigkeit zur Kontrolle des OFC zu bieten. Während der Biofeedback-Sitzungen haben die Probanden die Möglichkeit, mit ihren kognitiven Strategien zu experimentieren und direktes Feedback zu erhalten, wodurch sie zunehmend Kontrolle über den OFC entwickeln können. Als Nächstes werden die Daten, die im Localizer am ersten Tag gesammelt wurden, vor der Sitzung am zweiten Tag analysiert.

Die resultierende Teamkarte zeigt, welche Regionen des Gehirns aktiver waren, wenn der Proband kontaminationsbezogene Bilder betrachtete, als wenn er neutrale Bilder betrachtete. Die oberen 30 Pixel in dieser TM-Karte, die sich innerhalb des OFC oder der angrenzenden frontalen Polarregion befinden, werden ausgewählt, um die Zielregion des OFC für die bevorstehenden Biofeedback-Scans des jeweiligen Probanden darzustellen. Dieser Bereich wird dann über eine starre Registrierung mit der Nächste-Nachbar-Interpolation aus dem Funktionsraum in den anatomischen Raum übersetzt.

Es wird auch eine Kontrollregion definiert, die die gesamte weiße Substanz im Gehirn umfasst und vom MNI-Gehirn in den gleichen Raum übersetzt wird. Diese beiden Regionen werden vom Echtzeit-Analyseprogramm während der Biofeedback-Sitzung am zweiten Tag verwendet. Am zweiten Tag des Experiments nehmen die Probanden zunächst an einer Out-of-Magnet-Assessment-Sitzung teil.

Vor jeder Bewertungssitzung werden die Probanden mündlich angewiesen, zu versuchen, ihre Angst beim Betrachten der bevorstehenden Bilder im Zusammenhang mit der Kontamination zu minimieren. Als nächstes werden sie mit detaillierten Anweisungen auf dem Bildschirm angewiesen, das Ausmaß der kontaminationsbedingten Angst zu melden, die sie als Reaktion auf die Bilder empfinden. Gleichzeitig wird die galvanische Reaktion der Haut überwacht.

Die Probanden nehmen dann an einer 1,5-stündigen Echtzeit-FMRI-Biofeedback-Sitzung teil. Die Sitzung beginnt mit der Erfassung axialer anatomischer Bilder an denselben Schichtpositionen wie die Funktionsdaten. Anschließend wird ein Funktionsreferenz-Scan gesammelt.

Die beiden interessierenden Bereiche werden über eine Verkettung von zwei starren Registrierungen in den Funktionsraum der aktuellen Sitzung übersetzt. Die erste Registrierung bildet die Regionen vom anatomischen Raum des ersten Tages bis zum anatomischen Raum des zweiten Tages ab. Die zweite Registrierung ordnet die Regionen aus dem anatomischen Raum des zweiten Tages dem Raum des funktionellen Referenzscans des zweiten Tages zu.

Während die Regionen registriert werden, werden zwei Funktionsläufe gesammelt, die als Steuerungsaufgabenausführungen bezeichnet werden. Diese Läufe beinhalten kein Biofeedback, sondern werden verwendet, um die Fähigkeit der Probanden zu beurteilen, die Aktivität in ihrer OFC-Region von Interesse zu kontrollieren, wenn sie kontaminationsbezogenen Bildern ausgesetzt sind. Während sie sich im Scanner befinden, sehen die Motive Bilder mit einem Pfeil, der nach oben oder unten zeigt, um Bilder mit Bezug zu Verunreinigungen zu erhalten, oder nach vorne, um neutrale Bilder zu erhalten.

Den Probanden wird gesagt, dass sie versuchen sollen, die Aktivität in ihrem OFC zu erhöhen, wenn der Pfeil nach oben zeigt, um zu versuchen, die Aktivität in ihrem OFC zu verringern, wenn er nach unten zeigt, und sich einfach zu entspannen, wenn der Pfeil nach rechts zeigt. Der Pfeil und das Bild ändern sich alle 26 Sekunden abwechselnd durch die drei Bedingungen, nachdem die Steuerungsaufgabe ausgeführt wurde und wenn der Zielbereich und der Kontrollbereich im aktuellen Funktionsraum registriert wurden. Je nach Patient werden sechs Biofeedback-Läufe oder Schein-Biofeedback-Läufe durchgeführt.

Die Biofeedback-Läufe werden verwendet, um die Probanden zu trainieren, die Aktivität in ihrem O-F-C-R-O-I zu kontrollieren. Sie ähneln den Kontrollaufgabenläufen, mit der Ausnahme, dass die Probanden am unteren Bildschirmrand eine Rückmeldung über ihren Erfolg bei der Kontrolle des Gehirnbereichs erhalten. Die hier gezeigte Biofeedback-Anzeige wurde beschleunigt, spiegelt aber ansonsten genau das wider, was ein Proband während des Biofeedbacks gesehen hat.

Schein-Biofeedback-Läufe sind identisch mit den Biofeedback-Läufen, mit der Ausnahme, dass die Probanden den zeitlichen Verlauf der Aktivität im OFC von einem früheren Alter und geschlechtsangepassten Probanden betrachten, die Biofeedback-Läufe in dem Maße durchführen, in dem der Biofeedback-Proband in der Lage war, die Aktivität im OFC zu kontrollieren. Das Scheinsubjekt wird während der Scheinläufe gleich erfolgreich erscheinen, was zu ähnlichen Erfolgseindrücken führt. Schließlich werden für jedes Subjekt zwei weitere Kontrollaufgabenausführungen gesammelt.

Dann sollten die Probanden am dritten Tag für eine Scan-Sitzung zurückkehren, die mit dem zweiten Tag identisch ist, aber mit separaten, aufeinander abgestimmten Reizsätzen am vierten Tag sollten die Probanden an einer abschließenden Bewertungssitzung teilnehmen. Dann eine abschließende einstündige MRT-Bildgebungssitzung, in der Daten zur funktionellen Konnektivität im Ruhezustand gesammelt werden, nachdem die Daten für alle Probanden gesammelt wurden. Probanden, die echtes Biofeedback erhielten, können mit Probanden verglichen werden, die Schein-Biofeedback erhielten, um festzustellen, ob sie eine größere Kontrolle über ihre Zielregion entwickelten und ob dies ihnen ermöglichte, eine größere Kontrolle über ihre Kontaminationsangst auszuüben.

Veränderungen der Kontaminationsangst bei Biofeedback-Probanden hängen mit Veränderungen in der Kontrolle über ihre Zielregion und mit Veränderungen in den funktionellen Konnektivitätsmustern zusammen. Hier sehen wir einen Screenshot der visuellen Darstellung von einem der letzten Biofeedback-Läufe eines Probanden, der erfolgreich die Kontrolle über seinen OFC erlangt hat. Der Lauf endet mit dem neutralen Zustand und daher ist der Pfeil weiß und zeigt nach vorne.

Dieses Subjekt zeigte auch eine größere Kontrolle über seine Kontaminationsangst, was durch niedrigere Angstbewertungen in der Beurteilungssitzung nach der Intervention angezeigt wurde, und hatte eine größere Kontrolle über seinen orbitalen frontalen Kortex während der Kontrollaufgabenläufe. Diese Methode hat ein großes Potenzial in der Psychiatrie, sowohl als klinische Behandlung als auch als Forschungsinstrument zur Untersuchung der neuronalen Substrate, die klinischen Symptomen zugrunde liegen.