Le biofeedback IRMf en temps réel ciblage du cortex orbitofrontal contamination pour l'anxiété

L'objectif général de cette procédure est d'apprendre aux personnes à contrôler une région de leur cerveau impliquée dans l'anxiété liée à la contamination, et d'évaluer si cet apprentissage modifie le fonctionnement cérébral et améliore le contrôle de l'anxiété liée à la contamination. Cela est réalisé en identifiant d'abord une région du cortex orbitofrontal du sujet impliquée dans l'anxiété liée à la contamination. Cette région constituera une zone cible pour une intervention par rétroaction biologique.

L'étape suivante consiste à évaluer, avant l'intervention par rétroaction biologique, le niveau d'anxiété que le sujet éprouve en réponse à des images liées à la contamination, ainsi que ses schémas de connectivité cérébrale. Le sujet est ensuite entraîné, par le biais de la rétroaction biologique, à contrôler la région cérébrale ciblée. La dernière étape consiste à évaluer si les sujets ont développé un meilleur contrôle sur leur zone cérébrale cible et sur leur anxiété liée à la contamination suite à la rétroaction biologique, et si ces modifications sont associées à des changements dans la connectivité vers la zone cérébrale cible.

En fin de compte, cette approche révélera si le biofeedback par IRMf en temps réel présente une valeur clinique potentielle pour les patients souffrant de trouble obsessionnel-compulsif et permettra d'explorer les bases neuronales de l'anxiété liée à la contamination. L'IRMf en temps réel possède une valeur thérapeutique potentielle pour de nombreuses formes différentes de maladies mentales, car elle pourrait permettre aux individus de contrôler certains aspects de leur fonction cérébrale à l'origine des symptômes.

Ici, nous étudions s'il peut aider les personnes à contrôler leur anxiété liée à la contamination. Dans l'affirmative, il pourrait être cliniquement utile pour les patients souffrant de trouble obsessionnel-compulsif. L'approche présentée ici, combinant un retour d'information biologique à des évaluations préalables et postérieures de variables cliniques et de la connectivité cérébrale, peut également répondre à des questions fondamentales en neurosciences et en psychiatrie.

La rétroaction biologique nous permet de modifier la dynamique cérébrale, et nous pouvons ensuite mesurer comment les changements dans la connectivité cérébrale entraînent des différences dans les variables cliniques ou cognitives. Avant de commencer cette expérience, un développement approfondi des stimuli est nécessaire. Des images liées à la contamination et des images neutres doivent d'abord être recueillies, puis testées afin de s'assurer que l'anxiété provoquée par ces stimuli est équilibrée entre les conditions de provocation et que l'anxiété est significativement plus élevée dans les conditions de provocation que dans les conditions neutres.

Lorsque les études pilotes sont terminées, les sujets potentiels doivent être recrutés et dépistés afin d'identifier des individus en bonne santé capables de participer en toute sécurité à des expériences d'IRM et qui présentent des niveaux élevés d'anxiété liée à la contamination, ainsi qu'un désir d'apprendre à contrôler cette anxiété. Pour cette expérience, les sujets viennent sur quatre journées distinctes programmées à des intervalles d'environ une demi-semaine, de sorte que l'ensemble de l'étude dure deux semaines. Le diagramme présenté ici décrit le protocole, en plus de chaque sujet devant recevoir des séances de rétroaction biologique réelles.

Un autre sujet, apparié selon l'âge et le sexe, doit être recruté afin de recevoir une rétroaction biofeedback factice avant chaque séance d'IRM. Les sujets sont dépistés pour la présence de métaux le premier jour, lors d'une acquisition d'image structurelle à haute résolution. Ensuite, deux séries de données fonctionnelles au repos sont recueillies, suivies de trois séries de localisation fonctionnelle au cours desquelles le sujet alterne entre l'observation d'images fortement liées à la contamination et d'images neutres à des intervalles de 42e.

Ces séries de localisation servent à localiser la région du cortex orbitofrontal activée par l'anxiété liée à la contamination. À l'issue de la séance d'imagerie du premier jour, les sujets rencontrent un psychologue clinicien spécialisé dans les troubles anxieux, afin de participer à une séance d'élaboration d'une stratégie de requalification. L'objectif de cette séance est d'élaborer une stratégie cognitive personnalisée permettant au sujet d'acquérir un contrôle initial sur l'activité de son cortex orbitofrontal.

Ces stratégies visant à augmenter ou à diminuer l'activité du cortex orbitofrontal ont pour seul objectif de fournir une capacité initiale et limitée de contrôle du cortex orbitofrontal. Au cours des séances de biofeedback, les sujets auront l'occasion d'expérimenter différentes stratégies cognitives et de recevoir un retour direct, ce qui leur permettra de développer un contrôle de plus en plus précis du cortex orbitofrontal. Ensuite, les données recueillies lors du localisateur du premier jour sont analysées avant la séance du deuxième jour.

La carte d'équipe obtenue indique quelles régions du cerveau étaient plus actives lorsque le sujet observait des images liées à la contamination par rapport à des images neutres. Les 30 pixels supérieurs de cette carte TM situés dans le cortex orbitofrontal (OFC) ou dans la région frontopolaire adjacente sont sélectionnés pour représenter la région cible du cortex orbitofrontal de ce sujet particulier lors de ses prochaines analyses de biofeedback. Cette région est ensuite transformée de l'espace fonctionnel vers l'espace anatomique à l'aide d'un recalage rigide avec une interpolation au plus proche voisin.

Une région de contrôle est également définie afin d'inclure toute la substance blanche du cerveau et est transformée dans le même espace que celui du cerveau MNI. Ces deux régions seront utilisées par le programme d'analyse en temps réel durant la séance de rétroaction biologique du deuxième jour. Le deuxième jour de l'expérience, les sujets participent d'abord à une séance d'évaluation en dehors du champ magnétique.

Avant chaque séance d'évaluation, les sujets reçoivent des instructions verbales leur demandant de tenter de minimiser leur anxiété pendant la visualisation des images liées à la contamination. Ensuite, des instructions détaillées à l'écran les guident pour indiquer le niveau d'anxiété lié à la contamination qu'ils ressentent en réponse aux images. La réponse cutanée électrodermale est simultanément surveillée.

Les sujets participent ensuite à une séance de biofeedback en IRMf en temps réel d'une durée de 1,5 heure. La séance commence par l'acquisition d'images anatomiques axiales aux mêmes positions de coupe que les données fonctionnelles. Ensuite, une numérisation fonctionnelle de référence est effectuée.

Les deux régions d'intérêt sont transposées dans l'espace fonctionnel de la session courante au moyen d'une concaténation de deux registrations rigides. La première registration associe les régions de l'espace anatomique du jour un à l'espace anatomique du jour deux. La seconde registration associe les régions de l'espace anatomique du jour deux à l'espace de la numérisation de référence fonctionnelle du jour deux.

Pendant l'inscription des régions, deux acquisitions fonctionnelles sont recueillies et appelées séries de tâches de contrôle. Ces séries n'impliquent pas de rétroaction biologique, mais servent à évaluer la capacité des sujets à contrôler l'activité dans leur région d'intérêt située dans le cortex orbitofrontal lorsqu'ils sont exposés à des images liées à la contamination. Pendant l'examen en scanner, les sujets observent des images accompagnées d'une flèche orientée vers le haut ou vers le bas pour les images liées à la contamination, ou vers l'avant pour les images neutres.

Les sujets doivent essayer d'augmenter l'activité de leur cortex orbitofrontal (OFC) lorsque la flèche pointe vers le haut, de diminuer l'activité de leur OFC lorsque celle-ci pointe vers le bas, et de simplement se détendre lorsque la flèche pointe vers la droite. La flèche et l'image changent toutes les 26 secondes, en alternant entre les trois conditions après l'exécution de la tâche de contrôle, et une fois que la région cible et la région de contrôle ont été enregistrées dans l'espace fonctionnel actuel. Six séries d'entraînement neurofeedback ou de faux neurofeedback, selon le sujet, sont réalisées.

Les séries d'essais de biofeedback servent à entraîner les sujets à contrôler l'activité de leur O-F-C-R-O-I. Elles sont similaires aux séries de tâches de contrôle, sauf que les sujets reçoivent un retour d'information en bas de l'écran concernant leur réussite dans le contrôle de la zone cérébrale. L'affichage de biofeedback montré ici a été accéléré, mais reflète sinon exactement ce qu'un sujet voyait pendant le biofeedback.

Les séries de rétroaction factice seront identiques aux séries de rétroaction, sauf que les sujets visualiseront l'évolution temporelle de l'activité dans le cortex orbitofrontal (OFC) provenant d'une série de rétroaction antérieure effectuée par un sujet apparié selon l'âge et le sexe, dans la mesure où le sujet soumis à la rétroaction avait réussi à contrôler l'activité de son OFC. Le sujet soumis au placebo semblera tout aussi performant pendant les séries factices, ce qui donnera une impression de réussite similaire. Enfin, deux autres séries de tâches de contrôle sont enregistrées pour chaque sujet.

Ensuite, les sujets doivent revenir le troisième jour pour une séance d'imagerie identique à celle du deuxième jour, mais en utilisant des jeux de stimuli appariés distincts. Le quatrième jour, les sujets doivent participer à une séance d'évaluation finale. Puis une séance d'imagerie par résonance magnétique d'une heure au cours de laquelle des données de connectivité fonctionnelle en état de repos sont recueillies, après que les données ont été collectées pour tous les sujets. Les sujets ayant reçu une rétroaction biologique réelle peuvent être comparés à ceux ayant reçu une rétroaction biologique factice afin de déterminer s'ils ont développé un meilleur contrôle sur leur région cible et si cela leur a permis d'exercer un meilleur contrôle sur leur anxiété liée à la contamination.

Les variations de l’anxiété liée à la contamination chez les sujets soumis à un entraînement par rétroaction biologique sont associées aux modifications du contrôle exercé sur leur région cible ainsi qu’aux changements observés dans les schémas de connectivité fonctionnelle. On voit ici une capture d’écran de l’affichage visuel provenant d’un des derniers essais de rétroaction biologique d’un sujet ayant réussi à prendre le contrôle de son cortex orbitofrontal (OFC). L’essai se termine par la condition neutre, la flèche est donc blanche et pointe vers l’avant.

Ce sujet a également montré un meilleur contrôle de son anxiété liée à la contamination, comme en témoignent des cotes d'anxiété plus faibles lors de la session d'évaluation post-intervention, et un meilleur contrôle de son cortex frontal orbital pendant les séries de tâches de contrôle. Cette méthode présente un grand potentiel en psychiatrie, tant comme traitement clinique que comme outil de recherche pour étudier les substrats neuronaux sous-jacents aux symptômes cliniques.