RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
he_IL
Menu
Menu
Menu
Menu
Research Article
Matthew S. Sherwood1,2, Emily E. Diller2, Elizabeth Ey3, Subhashini Ganapathy2,4, Jeremy T. Nelson5, Jason G. Parker1,6
1Office of the Vice President for Research and Graduate Studies,Wright State University, 2Department of Biomedical, Industrial and Human Factors Engineering,Wright State University, 3Pediatric Radiology and Medical Imaging,Dayton Children's Hospital, 4Department of Trauma Care and Surgery, Boonshoft School of Medicine,Wright State University, 5Department of Defense Hearing Center of Excellence,JBSA-Lackland, 6Department of Neurology, Boonshoft School of Medicine,Wright State University
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
היכולת לגרום ו/או לשלוט פלסטיות עצבית שעשויה להיות קריטית לטיפולים עתידיות עבור הפרעות רגשיות ונוירולוגיות ושחזור של פגיעה מוחית. בנייר זה, אנו מציגים פרוטוקול על השימוש neurofeedback אימון עם הדמיית תהודה מגנטית תפקודית כדי לווסת את תפקוד המוח האנושי.
הפרעות רגשיות ונוירולוגיות מאופיינים חריג סלולרי-, מולקולרית-, ורמת מעגל-פונקציות במוח. שיטות חדשות זירוז ובקרת תהליכים neuroplastic, shift ואפילו בפונקציות של רקמות שנפגעו לאזורים המוח מבחינה פיזיולוגית בריא, או תפקוד נורמלי הנכון צופנות בחובן פוטנציאל לשפר באופן דרמטי את הבריאות הכללית. של התערבויות neuroplastic הנוכחי בשלבי פיתוח, הדרכה neurofeedback (NFT) מדימות תהודה מגנטי תפקודי (fMRI) יש את היתרונות של להיות לגמרי לא פולשנית, הלא-תרופתי, במרחב מקומי המטרה במוח אזורים, כמו גם שיש אין תופעות לוואי ידועות. יתר על כן, טכניקות NFT, שפותחה באמצעות fMRI, יכולים לעתים קרובות להיות לתרגם את תרגילים שניתן לבצע מחוץ לסורק בלי הסיוע של אנשי מקצוע רפואיים או ציוד רפואי מתוחכם. ב fMRI NFT, האות ה-fMRI למדוד אזורים ספציפיים במוח, מעובד, הציג בפני המשתתף בזמן אמת. באמצעות הדרכה, שיטות העיבוד המנטלי עצמית מכוונת, המסדירים את האות ו בקורלציה neurophysiologic הבסיסית שלה, מפותחים. FMRI NFT שימש לאמן ופרסומיה שליטה על מגוון רחב של המוח באזורים בעלי השלכות על מספר מערכות קוגניטיביות, התנהגותיות, מנוע שונות. בנוסף, ה-fMRI NFT הראו הבטחה למגוון רחב של יישומים כגון הטיפול בהפרעות רגשיות ונוירולוגיות, את הגדלת הביצועים אנושית בסיסית. במאמר זה, נציג פרוטוקול NFT fMRI פיתח במוסד שלנו עבור אפנון של שניהם בריאים ו פונקציה מוחית חריגה, וכן דוגמאות באמצעות השיטה למטרה אזורים הן קוגניטיבית והן השמיעה במוח.
הפרעות רגשיות ונוירולוגיות להציג מכשולים עיקריים על אנשים מושפעים, משפחות, ועל החברה. טיפולים עבור הפרעות רגשיות ונוירולוגיות יכול להיות שאינו קיים או של יעילות מפוקפקת, לעתים קרובות רק לסימפטומים של ההפרעה. כך קורה עבור טינטון – התפיסה פנטום של הצליל – אשר לא קיים טיפול אושרה על ידי מינהל המזון והתרופות האמריקני (FDA). טינטון יכול להיות השפעה עמוקה על חיי אדם, מתנגש עם משימות יומיומיות על-ידי הפחתת ריכוז או שינוי תפיסת הצליל בפועל. יתר על כן, אנשים מושפעים טינטון עלול להיתקל גם עייפות, מתח, בעיות שינה, בעיות זיכרון, דיכאון, חרדה, עצבנות1. טיפולים קיימים, כגון דיכאון, תרופות חרדה, רק לסייע בניהול בתסמינים הקשורים, אולי לא לטפל בגורם לבעיה. זה יוצר פער קריטי עבור טיפולים חדשניים של הפרעות אלה.
שיפורים רכישת טכניקות כוח חישובית, אלגוריתמים מהפכה המהירות שבה נתונים דימות תהודה מגנטית (fMRI) פונקציונלי ולהשוואה מעובד. זה איפשר כניסתו של fMRI בזמן אמת, בו נתונים יעובד כמו זה נאסף. יישומים מוקדם של fMRI בזמן אמת היו מוגבלים2, בעיקר מעוכבים על ידי חוסר היכולת במהירות את השלבים מראש עיבוד טיפוסי כדי מנותק ניתוחים כגון תיקון תנועה. שיפורים בתחום המחשוב טכנולוגיות ואלגוריתמים עכשיו הגבירו את המהירות, רגישות, ואת צדדיות של fMRI בזמן אמת3 המאפשר דומה עיבוד קדם מנותק להיות מיושם בזמן אמת. התפתחויות אלה הובילו 4 תחומי היישום העיקרי של fMRI בזמן אמת: הדרכה כירורגיים פוסט4, מוח-מחשב ממשקים5,6, התאמת גירויים עבור המוח הנוכחי קובע7, ו neurofeedback אימון8.
NFT, אמנם לא המוקד המקורי של ה-fMRI בזמן אמת, הוא שדה גדל והולך של מחקר בו אנשים ללמוד לווסת את פעילות המוח volitionally תוך יישום אסטרטגיות נפשית (קרי דמיינתי פעילויות). NFT היא צורה של התניה אופרנטית9, אשר הוכח להגדיל את שיעורי ירי עצביים פעילות. עצבית קופים10. בנוסף, ה-fMRI NFT שויכה ספייק תלויי-תזמון פלסטיות, אשר הם שינויים עצביים להתרחש במהלך associative learning11. השלכות נוספות להציע fMRI ש-NFT המניע פלסטיות ויה ארוך טווח Potentiation (LTP), וכתוצאה מכך משופרת יעילות סינפטית12. Postulation אחר מרמז על המנגנונים התאיים של מיומנות למידה, כגון ופרסומיה שליטה על פעילות המוח, ואת עשויה להיות כרוכה לשינויים תלויי-מתח הממברנה מוליכות - באה לידי ביטוי בשינוי דעתנית עצבית13. בכל מקרה, נראה כי ה-fMRI NFT משפיע על המוח ברמה העצבית. תיאוריות אלו מספקים תיק חזק לשימוש של fMRI NFT בטיפול של הפרעות רגשיות ונוירולוגיות.
FMRI NFT, שלא כמו ה-fMRI המסורתי, מציע ההזדמנות לחקור את היחס בין פעילות המוח, התנהגות11,14. לאחרונה, היו ספייק במחקרים מעורבים fMRI NFT עם מאמרים כמעט כפליים לאור ב 2011-2012 (n = 30) לעומת 10 השנים הקודמות (n = 16)11. אחד המחקרים הראשונים NFT fMRI נערך על ידי Weiskopf ועמיתיו ב 2003-8. מחקר זה הוכיח בהצלחה את הכדאיות של משוב מקוון ורגולציה עצמית של אות ה-fMRI ב Anterior Cingulate Cortex (ACC) באמצעות ממשתתף אחד. משוב הוצגה באיחור של 2 שניות, יותר מאשר בסדר גודל מהר יותר מספר מחקרים קודמים. המחקר המלא הראשון נערך בשנת 2004 שבו משתתפים 6. למד לשלוט פעילות של קליפת somatomotor15. FMRI NFT הושלמה על-פני 3 מפגשים שבוצעה באותו יום. פעילות מוגברת זו מזו במרחב סלקטיבית לאזור היעד בקליפת somatomotor נצפתה במהלך אימון ברמות, נושא יחיד והקבוצה. אפקט זה לא נצפתה עבור קבוצת הבקרה אשר קיבל מידע fMRI אמיתיים אזור רקע (לא בקורלציה עם הפעילות המבוצעת) מוקדם יותר לטווח הארוך. מאז הראו החוקרים כי בני אדם יכולים ללמוד ופרסומיה שליטה האות fMRI נמדד מאזורים במוח רבים לרבות ACC16, האמיגדלה17, insula הקדמי18,19, שמיעתי, תשומת הלב הקשורים לרשתות20, rostrolateral דו צדדיים קליפת המוח הקדם חזיתית21, נגמרה12,22,23, cortices מנוע24, 25,26,27,28,29,קליפת השמיעה30, אזורים הקשורים עם רשת רגשית אזורים31,32 , נכון נחות הפיתול חזיתית33,34,cortices חזותי35.
המנגנון הבסיסי של הפרעות רגשיות ונוירולוגיות רבים אינם ידועים. בדוגמה של טינטון, יש אין מקור ברור לצליל פנטום ברוב המכריע של המקרים-36,-37,-38. למרות זאת, ראיות מציע שמנגנון מרכזי עשוי להיות אחראי ההכרתיות טינטון אצל אנשים מסוימים, כפי שמתואר על ידי חוסר של סימפטום החלטה לאחר ניתוח מלא עצב השמיעה39. היפראקטיביות הקשורים עם טינטון נמצאה בתוך קליפת השמיעה40,41,42. בהמשך הראיות עולה כי ההשפעות של טינטון להרחיב עוד יותר לתוך אזורים המעורבים בעיבוד של רגש, כל מעסיק המדינה43. בהתבסס על ליקויים אלה, ניתן לפתח פרדיגמות NFT fMRI כדי לגרום ולשלוט מנגנונים neuroplastic המעודדים תבניות העצבים נורמלי.
פרוטוקול הבאה NFT fMRI תואם ההנחיות שסופקו על-ידי רייט המדינה אוניברסיטת מוסדיים ועדת הבדיקה.
1. קבוצות שליטה
2. התקנת חומרה
3. מיקום משתתפת
הערה: המשתתף צריך למקם על השולחן סורק באופן דומה מוח טיפוסיים MRI, באותו אופן כמו fMRI מסורתי.
4. לוקליזציה אזור היעד
5-fMRI NFT
6. להעריך את היכולת לווסת עצמית המטרה רועי.
הערה: לאחר השלמת neurofeedback, היכולת לווסת עצמית באזור היעד עבור כל הפעלה של אימון צריך ניתן לכמת.
הצוות שלנו הוכיחה לעליה משמעותית שליטה שמאל נגמרה (DLPFC) למד מן ה-fMRI NFT במדגם של 18 משתתפים. אנובה בכיוון אחד בתוך-נושאים בוצעה על הערכים כמותית של שליטה ופרסומיה12. ניתוח זה גילה שליטה של השמאל ש-DLPFC גדל באופן משמעותי על פני 5 x
6 ריצות s min:24 של neurofeedback מופרדים על-פני חמישה מפגשים נפרדים שנערך בתוך 14 d (איור 1; F(4,68) = 2.216, p = 0.038, sphericity ההנחה, חד-זנבי). שינויים בביצועים במבחן ריבוי משימות מורכבות, שבוצעה לפני ואחרי NFT, הושוו לקבוצת שלא קיבלו neurofeedback באמצעות ANOVAs מעורב-דגם 2 x 2. פוסט-הוק, השוואות מתוקן Bonferroni חשף עליות משמעותיות בביצועים במבחן ריבוי משימות מורכבות שלא קיבלו הכשרה נוספת (p < 0.005, חד-זנבי), עלייה זו היה גדול באופן משמעותי מאשר קבוצת הבקרה אשר ביצע הכשרה דומה אך לא סופק עם סיוע נוסף של neurofeedback (p < sphericity 0.03 נקודות, ההנחה, חד-זנבי)12. למרות קבוצת הניסוי שהשיגה שליטה DLPFC השמאלי על פני אימון, לא נצפתה רמה. זה מעיד על שליטה מרבית שאין צורך לייצר תוצאות התנהגותיות, כי תופעות גדול עוד יותר עשוי להיות אפשרי עם הכשרה נוספת12. יתר על כן, הצוות שלנו גילה fMRI NFT בשילוב עם n-אימון גב יוצר שינויים מוקד פעילות מוחית מוגבלים לאזור היעד, אינה משפיעה על מעלה או למטה-זרם מרכיבי מרשת זיכרון העבודה (איור 2) 22.
לגבי טינטון, מחקר קודמות אחד חקרה fMRI NFT כמו טיפול אפשרי29. במחקר זה, מינימום 4 x 4 ריצות של neurofeedback הושלמו ב אימון בודד. הערכות התנהגותיות של טינטון נערכו לפני ואחרי המפגש NFT fMRI יחיד. מוצלח ופרסומיה למטה-רגולציה של קליפת המוח השמיעתית מושגת, והוא הוביל לירידה משמעותית הפעלה השמיעה. מחקר זה מדגים את ההבטחה של fMRI NFT לטיפול טינטון, עם זאת, רק שישה משתתפים נחקרו, קבוצת ביקורת שלא היה מנוצל לשם השוואה. יתר על כן, ניתוחים סטטיסטיים כולל את הנתונים ההתנהגותי לא בוצעו. הרחבה על מחקר זה עשויים לגלות הזדמנויות מעניינות טיפולים חדשים לחולי טינטון.

איור 1: הגדלת שליטה DLPFC שמאלה. ממוצע עזב DLPFC פקד עבור כל neurofeedback לרוץ (מתבצעות בימים נפרדים) מסומנים באמצעות החוגים ירוק בהיר. ניתוח רגרסיה ליניארית התגלה גידול משמעותי בשליטה על פני אימון (הקו הירוק כהה; β = 1.078, p < 0.033). קווי שגיאה מייצגות עבודה ב- SEM Unmodified 1 של שרווד. et al. 12, הודפס מחדש תחת רישיון מלאי ייחוס. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

איור 2: השפעת למידה המותאמות לשפות אחרות עזבו DLPFC שליטה. (א) ההסתברות voxel הכללה עבור fMRI NFT שנבחר מתוך n-מאתר בחזרה פונקציונלי. אור כחול voxels שהיו כלולים לעתים קרובות ביותר באזור היעד NFT, voxels כחול כהה היו כלולים בתדירות נמוכה יותר, ברור voxels לא נכללו. (B) מבוססי Voxel ANOVA תוצאות עבור האפקט העיקרי של האימון (אדום-צהוב). אפקט זה הראה החפיפה עם ROIs DLPFC השמאלי שמיועד NFT. פרוסות צירית יוצגו בכנס רדיולוגים ב ז קואורדינטות = 22, 26, 30, 34, 38 מ מ (משמאל לימין). עבודה שלא שונתה של שרווד. et al. 22, הודפס מחדש תחת רישיון מלאי ייחוס. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
המחברים אין לחשוף.
היכולת לגרום ו/או לשלוט פלסטיות עצבית שעשויה להיות קריטית לטיפולים עתידיות עבור הפרעות רגשיות ונוירולוגיות ושחזור של פגיעה מוחית. בנייר זה, אנו מציגים פרוטוקול על השימוש neurofeedback אימון עם הדמיית תהודה מגנטית תפקודית כדי לווסת את תפקוד המוח האנושי.
חומר זה מבוסס על מחקר ממומן על ידי חיל האוויר האמריקאי תחת מספר הסכם FA8650-16-2-6702. הדיעות של המחברים, אינן משקפות את ההשקפות הרשמי או מדיניות של משרד ההגנה ומרכיביה. ממשלת ארה ב מוסמך השכפול וההפצה הדפסות חדשות למטרות ממשלתיות על אף האמור בכל סימון זכויות היוצרים בגינו. הפול, מלאה מדעת של נושאים המשמשים במחקר זה הושג ככל הנדרש על-ידי 32 CFR 219, דודי 3216.02_AFI 40-402.
| 3T MRI | GE רפואי | 750W חומרת | רכישת נתונים | גילוי
| מערכת תצוגה תואמת MR | InVivo | SensaVue | גירויים חזותיים חומרה |
| תואמת MR | מערכת שמיעה טכנולוגיות תהודה | CinemaVision | גירויים שמיעתיים חומרה |
| תוכנת גירוי ניסיוני | מערכות נוירו-התנהגותיות | תוכנתהצגת | ל תוכנת עיבוד גירויים למצגת בקרה |
| Mathworks | תוכנתMATLAB | לעיבוד נתונים | |
| תוכנה לעיבוד נתונים | Microsoft | Visual Studio C++ | תוכנה לעיבוד |
| רפידות תגובה | לנתוניםCedrus Corporation | Lumina חומרה | לקבלת קלט משתתפים |