El desarrollo de Neuroimagen fenotipos del modo de red por defecto en el TEPT: Integrando el estado de reposo, la memoria de trabajo, y la conectividad estructural

El objetivo general del siguiente experimento es examinar la red en modo predeterminado en el trastorno de estrés postraumático utilizando las técnicas complementarias de neuroimagen: conectividad funcional en estado de reposo, desactivación inducida por tarea y conectividad estructural. Esto se logra primero entrenando a los participantes para realizar la tarea de memoria de trabajo N-back fuera del escáner, con el fin de no abrumar a los participantes que podrían sentir ansiedad respecto al procedimiento del estudio, pero proporcionando aún así un desafío suficiente para su memoria de trabajo durante la obtención de imágenes de desactivaciones inducidas por la tarea. Como segundo paso, se pide a los participantes que se acuesten dentro de la camilla de un escáner de resonancia magnética de tres teslas y se colocan cojines alrededor de la cabeza para minimizar los movimientos cefálicos.

A continuación, mientras se adquieren imágenes de RM, pida a los participantes que realicen la tarea de retroceso final, seguida de una presentación de cuatro minutos sobre una cruz de fijación. Esto permite obtener imágenes de la actividad asociada a la tarea y del estado de reposo. Repita estos pasos y luego indique a los participantes que cierren los ojos mientras se adquieren las imágenes de tensor de difusión.

Los resultados obtenidos muestran un patrón espacial consistente con los principales nodos de la red en modo predeterminado en el análisis de conectividad funcional en estado de reposo, una mayor activación de la red ejecutiva y una desactivación de la red en modo predeterminado durante la tarea de memoria de trabajo de dos estímulos atrás, así como tractos de sustancia blanca que conectan regiones de la red en modo predeterminado obtenidos mediante DTI. Esta técnica integra enfoques de neuroimagen funcional y estructural que en el futuro podrían ayudar en el diagnóstico del trastorno de estrés postraumático y enfermedades psiquiátricas relacionadas. Se combinan enfoques tradicionales de FMRI asociados a tareas con la adquisición de conectividad en estado de reposo y estructural.

La demostración de los procedimientos del estudio estará a cargo de Louisa Carpenter Vs.Who, una asistente de investigación en mi laboratorio. Este método puede proporcionar información útil para comprender la función y disfunción de la red en modo predeterminado. Estos métodos también pueden extenderse fácilmente para caracterizar simultáneamente múltiples redes cerebrales y evaluar cómo las enfermedades psiquiátricas afectan la integración de las redes antes de comenzar los pasos descritos en este protocolo.

Primero, obtenga el consentimiento escrito e informado y asegúrese de evaluar minuciosamente al participante para la seguridad en resonancia magnética. Luego, entrene al participante para realizar la tarea N-back fuera del escáner. Comience la primera sesión de entrenamiento con la prueba de vigilancia de letras cero-back.

Instruya al sujeto para que indique sí a una consonante diana, como una H mayúscula o minúscula, mediante una caja de respuesta de dos botones, y no a todas las demás consonantes. Las nueve consonantes deben mostrarse durante 500 milisegundos cada una, con un tiempo interestímulo de 2.500 milisegundos, durante un total de 27 segundos. Las consonantes diana se mostrarán cuatro veces dentro de cada bloque de cero respuestas.

A continuación, pida al participante que practique la prueba de dos respuestas hacia atrás. Instrúyalo para que emita una respuesta de sí o no en el cuadro de respuestas tras la presentación de cada consonante, indicando si es igual o diferente a la consonante presentada anteriormente en la serie.

Muestre al participante una serie de 15 consonantes durante 500 milisegundos cada una, con un intervalo interestímulo de 2.500 milisegundos, durante un total de 45 segundos. El estímulo objetivo debe mostrarse cinco veces. Continúe entrenando al participante hasta que su desempeño alcance al menos un 75 % de respuestas correctas en la tarea de dos pasos antes del escaneo.

Primero, pida al participante que retire todos los objetos metálicos, se cambie a ropa compatible con resonancia magnética y luego entréguelo en la sala del escáner de resonancia magnética de tres teslas. Proporcione tapones para los oídos para protección auditiva y pídale que se acueste sobre la camilla del escáner; coloque cojines alrededor de la cabeza para minimizar el movimiento. Entréguele la caja de respuestas compatible con resonancia magnética para la tarea de memoria de trabajo de n-back, así como una bombilla de compresión para detener el escaneo en caso de emergencia.

Coloque también un oxímetro de pulso en un dedo para la monitorización y registro fisiológicos. Luego coloque una bobina de cabeza de 32 canales y la pantalla de presentación sobre la cabeza del participante antes de moverlo al escáner. Asegúrese de que el participante esté cómodo y pueda ver la pantalla.

A continuación, inicie la sesión de escaneo por resonancia magnética. Comience adquiriendo una imagen anatómica cerebral de alta resolución con un tamaño de vóxel isotrópico de un milímetro. Utilice los parámetros de resonancia magnética de alta resolución que se muestran aquí.

Luego, inicie la adquisición de RM. A continuación, configure los parámetros de adquisición de la imagen BOLD de FMRI en la consola del escáner. Utilice los parámetros que se muestran aquí antes de comenzar el escaneo funcional.

Proyecte primero las instrucciones al paciente durante tres segundos antes de cada tarea de cero o dos pasos atrás. Utilice el software de presentación de estímulos. Luego, adquiera imágenes de FMRI sobre la memoria de trabajo utilizando la prueba NAC.

Se debe presentar una cruz de fijación de línea base 32nd al paciente antes de cada uno de los bloques de cero respuestas posteriores. Esto proporcionará una línea base para la comparación con los otros bloques de cero y dos respuestas posteriores. Durante el análisis de datos, incluya en total tres partes de cero respuestas posteriores y tres partes de dos respuestas posteriores, junto con dos bloques de línea base.

Esto debe presentarse en dos sesiones de adquisición de imágenes separadas y en orden contrabalanceado. Tras completar los paradigmas N-back, asegúrese de que el participante siga sintiéndose cómodo y listo para continuar con la exploración. A continuación, indíquele que el siguiente bloque es de descanso y dígale que no se duerma.

Utilice el software de presentación de estímulos para mostrar una cruz de fijación en la pantalla. Adquiera imágenes del estado de reposo durante los siguientes cuatro minutos utilizando los mismos ajustes de FMRI que se usaron para adquirir las imágenes NAC. Luego repita la adquisición para la memoria de trabajo utilizando nuevamente la prueba NAC.

A continuación, configure los parámetros de adquisición de imágenes de DTI en la consola del escáner para obtener imágenes ponderadas por difusión del tipo eco de espín doble con plano de difusión en 64 direcciones no lineales; active los ecos parciales y las interpolaciones. Asegúrese de informar al participante que el escáner podría vibrar durante las secuencias siguientes y que esto es normal. Instrúyalo para que cierre los ojos y se relaje lo mejor posible dentro del escáner.

Luego adquiera la secuencia de DTI. Una vez que se complete todo el escaneo, retire al participante del escáner y pregunte cómo le fue durante la sesión.

Responda cualquier pregunta que puedan tener y agradezca su participación. Asegúrese de transferir todos los datos de forma segura o haga que la computadora del escáner de MRI escriba un DBD con las imágenes del participante y el registro fisiológico para el posterior análisis de datos. Finalmente, realice un análisis de conectividad en estado de reposo mediante el análisis de conectividad con región semilla para evaluar la relación entre regiones definidas a priori y así evaluar la conectividad funcional.

Utilice también software de procesamiento de IRMf para preprocesar los datos de memoria de trabajo y un modelo lineal general basado en vóxeles para cuantificar la actividad específica de la tarea en cada vóxel cerebral de los conjuntos de datos individuales. Los resultados mostrados aquí se basan en datos recopilados utilizando el mismo enfoque de imagen en dos muestras diferentes de individuos con antecedentes de trauma y maltrato en la infancia, pero sin trastorno de estrés postraumático, a partir de resultados del estado de reposo. El análisis de conectividad funcional reveló un patrón espacial consistente con los principales nodos de la red en modo predeterminado, incluyendo la corteza prefrontal medial, la corteza cingulada posterior, el giro angular, el lóbulo parietal inferior y las regiones temporales medias.

Estas secciones sagitales ilustran los patrones asociados con la tarea de memoria de trabajo de dos estímulos. Los patrones de activación dentro de la red ejecutiva se muestran en naranja y rojo, mientras que la desactivación de la red en modo predeterminado se muestra en azul. Aquí observamos actividad de cero estímulos, que normalmente se combina con la memoria de trabajo para controlar la atención.

Los patrones de activación son en naranja y rojo y la desactivación en azul. Es evidente aquí cierta desactivación de la red del modo predeterminado con poca activación ejecutiva al final. La extensión del paquete clum revelada por la tractografía probabilística se muestra aquí.

La forma tridimensional y el patrón de estas fibras pueden observarse mediante cortes transversales del cerebro incluidos como referencia visual. Esta imagen ilustra cómo estas fibras atraviesan la corteza prefrontal medial y la corteza cingulada posterior. Y finalmente, aquí podemos ver cómo estas fibras recorren el componente temporal medial de la red en modo predeterminado.

Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo combinar enfoques multimodales de neuroimagen, como la adquisición de actividad asociada a una tarea junto con la conectividad estructural y en estado de reposo. Al intentar este procedimiento, es importante recordar que el movimiento del participante debe minimizarse a toda costa. Esto se logra colocando almohadas contra la cabeza del participante en el escáner y realizando evaluaciones frecuentes de su comodidad durante los procedimientos de escaneo.