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El neurofeedback es un procedimiento de condicionamiento operante a través del cual los seres humanos o los animales pueden aprender a modular la actividad neuronal en una o más regiones del cerebro. El entrenamiento generalmente conduce a modificaciones de comportamiento1. En principio, las señales cerebrales de una o más regiones cerebrales circunscritas se transforman en retroalimentación sensorial (por ejemplo, retroalimentación visual, auditiva o táctil), que se proporciona al participante para el control de la actividad cerebral mediante el condicionamiento operante u otras formas de aprendizaje. En la inversión del paradigma tradicional de neuroimagen, los estudios de neurofeedback modulan la actividad cerebral como una variable independiente y miden el comportamiento como una variable dependiente. Por lo tanto, el neurofeedback proporciona un enfoque novedoso para investigar la participación de las regiones cerebrales en diferentes funciones cognitivas y cómo la hiperactivación o hipoactivación de esas regiones cerebrales puede conducir a un comportamiento anormal.
El neurofeedback se ha utilizado con diferentes modalidades de neuroimagen, como la resonancia magnética funcional (fMRI), la electroencefalografía (EEG) y la espectroscopia funcional de infrarrojo cercano (fNIRS). Los paradigmas de neurofeedback basados en EEG y fNIRS tienen las ventajas de una mayor resolución temporal, asequibilidad y portabilidad 2,3. Sin embargo, se caracterizan por una baja resolución espacial y una incapacidad para acceder a regiones cerebrales más profundas. Además, el EEG tiene la complejidad computacional del problema inverso para determinar una fuente de activaciones neuronales a partir de señales de EEG de superficie4. Sin embargo, con los recientes desarrollos en fMRI en tiempo real (rtfMRI), es posible acceder a señales hemodinámicas de todas las partes del cerebro, con buena resolución espacial (por ejemplo, 2 mm3) y una resolución temporal de 720 ms5. De este modo, la fMRI supera las limitaciones mencionadas anteriormente que poseen las técnicas fNIRS y EEG.
La adicción a la nicotina es una de las principales causas de muerte en todo el mundo debido a una serie de enfermedades asociadas con el tabaquismo6. Los factores reconocidos que conducen a la adicción a la nicotina son los sociales, ambientales, psicológicos7 y la susceptibilidad genética8. A nivel neurobiológico, los estudios han demostrado la activación en la corteza cingulada anterior (ACC), la corteza orbitofrontal (OFC), el área tegmental ventral (VTA), el cuerpo estriado ventral, la amígdala, el hipocampo, la corteza prefrontal (PFC) y la corteza insular durante la presentación de señales asociadas a fármacos en contraste con las señales de control neutras 9,10,11,12,13,14 . La actividad en las ínsulas izquierda y derecha está altamente correlacionada con los impulsos de fumar cuando los fumadores vieron señales asociadas a la droga15,16. La ínsula desempeña un papel importante en la provocación del comportamiento de deseo 17,18,19,20,21, ya que es responsable de la percepción del estado corporal. Se ha reportado que los fumadores con lesiones en sus cortezas insulares tenían más probabilidades de dejar de fumar que los fumadores con daño cerebral que no afectaba a la ínsula18.
Uno de los mayores desafíos en los métodos existentes para dejar de fumar es la alta tasa de recaída22. Más del 80% de los fumadores recaen en los primeros meses después de dejar de fumar23. La exposición a señales previamente asociadas con el consumo de drogas es una de las principales razones de la alta tasa de recaída en la adicción a la nicotina24. Este mecanismo se denomina efecto de incubación. El protocolo actual está desarrollado para dirigirse al efecto de la incubación evaluado por una tarea de cebado afectivo. Estudios previos han demostrado que los fumadores que se abstienen tienen actitudes implícitas negativas hacia las señales relacionadas con el tabaquismo 25,26,27,28. En la tarea típica de priming afectivo, los estímulos de priming emocional modifican el procesamiento de un objetivo afectivo de modo que el tiempo de reacción y la precisión de las respuestas se modifican29. En otras palabras, si los estímulos primarios y objetivo son de la misma valencia, el tiempo de reacción en respuesta a los estímulos objetivo será más rápido, y viceversa.
En el estudio actual, se plantea la hipótesis de que la regulación a la baja de la corteza insular anterior bilateral reducirá el deseo y, por lo tanto, la valencia de las señales que inducen el deseo cambiará de negativa a neutra, ya que el sesgo atencional y asociativo se alejará de las señales relacionadas con el tabaquismo30. La tarea de comportamiento implícito es una tarea de priming afectivo originalmente adaptada de Czyzewska y Graham31. Sobre la base de la hipótesis antes mencionada, se anticipa que se observará una disminución en el tiempo de reacción en respuesta a una combinación de palabras prime (imagen que provoca el anhelo o su imagen contraparte neutra) y palabras objetivo con valencia positiva después del bloque de regulación negativa en comparación con el bloque base. La tarea de priming (Figura 2B) consiste en un número primo (es decir, una imagen que provoca antojos o su contraparte neutra, la imagen32) y una palabra objetivo con valencia positiva o negativa. La imagen principal se presenta durante 200 ms, seguida de una palabra objetivo durante 1 segundo. La asincronía de inicio de estímulos (SOA) es de 250 ms. A continuación, se indica a los participantes que juzguen la valencia de la palabra objetivo (positiva o negativa) y respondan pulsando un botón de la forma más rápida y precisa posible.
El sistema rtfMRI (Figura 1) consta de los siguientes subsistemas: (1) participante, (2) adquisición de señales, (3) análisis de señales en línea y (4) retroalimentación de señales. La adquisición de la señal se lleva a cabo con un escáner de cuerpo entero Siemens Trio 3.0T utilizando una secuencia de imágenes ecoplanas (EPI)33. Procedimientos como la reconstrucción de imágenes, la corrección de la distorsión y el promedio de la señal se realizan en la computadora del escáner. Una vez que las imágenes se reconstruyen y preprocesan, se exportan al subsistema de análisis de señales. El subsistema de análisis de señales se implementa utilizando el Turbo Brain Voyager (TBV)34. TBV recupera las imágenes reconstruidas y realiza un procesamiento de datos que incluye corrección de movimiento en 3D y análisis estadístico en tiempo real utilizando el modelo lineal general35. TBV permite al usuario dibujar regiones de interés (ROI) en múltiples vóxeles en las imágenes funcionales y extraer valores BOLD promedio del ROI después de cada tiempo de repetición (TR). A continuación, las series temporales de los ROI seleccionados se exportan al script de MATLAB que calcula y presenta los comentarios al participante.
La retroalimentación visual de la actividad cerebral se proporciona a los participantes en forma de un termómetro animado gráficamente, con sus barras que cambian en proporción a los cambios porcentuales en negrita en los ROI. Varios estudios han utilizado la retroalimentación intermitente (retroalimentación proporcionada a un participante después de una serie de TR de la secuencia EPI) para entrenar a los participantes36,37. Sin embargo, en el estudio actual, se anticipó que los participantes tendrían mayores dificultades para regular a la baja la señal BOLD en la ínsula anterior con retroalimentación continua debido al papel de la ínsula en la integración sensorial y la participación en el procesamiento de la información de retroalimentación visual38. Por lo tanto, se presumió que la retroalimentación continua resultaría en un conflicto entre dos procesos en la corteza insular, un proceso que aumenta la señal debido a la retroalimentación externa y otro que disminuye la señal debido al entrenamiento de neurofeedback. Por lo tanto, en este estudio, proporcionamos retroalimentación solo al final de cada bloque de regulación a la baja (retroalimentación retrasada). A los participantes se les muestra un texto (por ejemplo, 0,87 euros) como retroalimentación visual (Figura 2A, C) que indica la cantidad de dinero que ganaron (recompensa monetaria). Esta recompensa es proporcional al porcentaje de downregulation logrado en el bloque de regulación.
La RMfR es una neurotecnología novedosa que puede superar los problemas en los enfoques terapéuticos para el tratamiento de la adicción y puede proporcionar intervenciones más fiables y eficaces para reducir las recaídas. Los objetivos a largo plazo del estudio actual son tres: 1) probar si los adictos a la nicotina pueden aprender a regular a la baja las señales BOLD en la ínsula anterior durante la presencia de estímulos que provocan un comportamiento de deseo; 2) examinar si el entrenamiento de neurofeedback conduce a modificaciones en el comportamiento de deseo; y 3) explorar si los cambios en los niveles de deseo durante el entrenamiento de neurofeedback de la regulación negativa de la ínsula persisten después de seis meses de entrenamiento sin ninguna otra intervención. Este artículo proporciona una descripción detallada del protocolo experimental rtfMRI y sus diferentes componentes. También se presentan ejemplos de datos del estudio y una discusión de los desafíos futuros y el potencial de este método, además de la investigación. El protocolo presentado está diseñado para investigar si el entrenamiento de neurofeedback basado en fMRI se puede utilizar para estudiar las reducciones en la actividad cerebral en la corteza insular de los fumadores de cigarrillos. Además, el protocolo tiene como objetivo estudiar las relaciones entre la activación de la corteza insular y los comportamientos de deseo de los fumadores de cigarrillos.