פיתוח הדמייה פנוטיפים של מצב ברירת המחדל של הרשת בPTSD: שילוב מצב המנוחה, זיכרון עבודה, וקישוריות מבנית

המטרה הכללית של הניסוי הבא היא לבחון את רשת ברירת המחדל (default mode network) בהפרעה פוסט-טראומטית (post-traumatic stress disorder) באמצעות טכניקות הדמיה עצבית משלימות של קישוריות תפקודית במצב מנוחה, דה-אקטיבציה מושרית-משימה וקישוריות מבנית. דבר זה מושג תחילה על ידי אימון המשתתפים בביצוע משימת זיכרון עבודה מסוג N-back מחוץ לסורק, וזאת כדי לא להכביד על משתתפים שעלולים לחוש חרדה מהליכי המחקר, ועדיין לספק אתגר מספיק לזיכרון העבודה שלהם לצורך הדמיה של דה-אקטיבציות מושרית-משימה. כשלב שני, יש להשכיב את המשתתפים על מיטת ה-MRI של סורק תלת-טסלה (three Tesla MRI) ולהניח כריות מסביב לראש כדי למזער את תנועת הראש.

לאחר מכן, בזמן רכישת תמונות MR, הנחו את המשתתפים לבצע את משימת ה-end back, ולאחריה הצגה של סימן פסיק (fixation cross) למשך ארבע דקות. פעולה זו תרכוש תמונות של פעילות הקשורה למשימה ומצב מנוחה. חזרו על שלבים אלו, ולאחר מכן הנחו את המשתתפים לעצום את עיניהם בזמן רכישת תמונות diffusion tensor.

התוצאות שהתקבלו מראות תבנית מרחבית העולה בקנה אחד עם צמתים מרכזיים של רשת ברירת המחדל (default mode network) בניתוח קישוריות תפקודית במצב מנוחה, הגברה של הפעלת הרשת הביצועית ודיכוי של רשת ברירת המחדל במהלך משימת זיכרון עבודה מסוג two back, ומסלולי חומר לבן המחברים בין אזורי רשת ברירת המחדל כפי שהתקבלו ב-DTI. טכניקה זו משלבת גישות של דימות עצבי תפקודי ומבני שעשויות לסייע בעתיד לאבחון של PTSD ומחלות פסיכיאטריות קשורות. גישות FMRI מסורתיות הקשורות למשימה משולבות עם רכישת נתונים של מצב מנוחה וקישוריות מבנית.

את נהלי המחקר תדגים לואיזה קרפנטר, עוזרת מחקר במעבדתי. שיטה זו יכולה לספק תובנות להבנת התפקוד והליקויים של רשת ברירת המחדל (default mode network). ניתן להרחיב שיטות אלו בקלות כדי לאפיין בו-זמנית מספר רשתות מוחיות, במטרה להעריך כיצד מחלות פסיכיאטריות משפיעות על השילוב הרשתי, לפני תחילת השלבים המתוארים בפרוטוקול זה.

ראשית, השג הסכמה בכתב ומוסברת וודא כי ביצעת סינון יסודי של המשתתף לבטיחות MRI. לאחר מכן, הכשר את המשתתף לביצוע משימת ה-N-back מחוץ לסורק. התחל את האימון הראשון, שיתבצע באמצעות מבחן ערנות לאותיות מסוג zero-back.

הנח את הנבדק לסמן "כן" עבור עיצור מטרה, כגון H גדולה או קטנה, באמצעות תיבת תגובה בעלת שני כפתורים, ו"לא" עבור כל שאר העיצורים. תשעת העיצורים יוצגו למשך 500 milliseconds כל אחד, עם זמן בין-גירוים של 2,500 milliseconds, למשך 27 שניות בסך הכל. עיצורי המטרה יוצגו ארבע פעמים בתוך כל בלוק zero back.

בשלב הבא, הנחו את המשתתף לתרגל את מבחן ה-two back. הנחו אותם לספק תשובת "כן" או "לא" בתיבת התגובה לאחר הצגת כל עיצור, כדי לציין אם הוא זהה או שונה מהעיצור שהוצג קודם לכן בסדרה.

הצג למשתתף סדרה של 15 עיצורים למשך 500 milliseconds כל אחד, עם מרווח בין גירויים (inter-stimulus interval) של 2,500 milliseconds, למשך 45 שניות בסך הכל. יש להציג את גירוי המטרה חמש פעמים. המשך לאמן את המשתתף עד שהביצועים שלו יגיעו ללפחות 75% דיוק ברכיב ה-two back לפני הסריקה.

ראשית, הנחה את המשתתף להסיר את כל פריטי המתכת, להחליף לבגדים התואמים ל-MRI, ולאחר מכן הכנס אותו לחדר סורק ה-MRI בעוצמה של three Tesla. ספק אטמי אוזניים להגנה על השמיעה והנחה את המשתתף לשכב על מיטת הסורק, כאשר כריות מונחות סביב הראש כדי למזער את תנועת הראש. ספק למשתתף את תיבת התגובה התואמת ל-MRI עבור משימת זיכרון העבודה (n-back), וכן נורת לחיצה לעצירת הסריקה במקרה של חירום.

הנח בנוסף מד סטורציה (pulse oximeter) על אחת האצבעות לצורך ניטור ותיעוד פיזיולוגי. לאחר מכן, הנח סליל ראש בעל 32 ערוצים ומסך תצוגה מעל ראשו של המשתתף לפני העברתו אל הסורק. ודא כי המשתתף מרגיש בנוח ושהוא יכול לראות את המסך.

לאחר מכן התחילו את סבב סריקת ה-MRI. התחילו ברכישת תמונה אנטומית של המוח ברזולוציה גבוהה ובאיזוטרופיות של 1 mm. השתמשו בפרמטרי ה-MRI ברזולוציה גבוהה כפי שמוצג כאן.

לאחר מכן, התחילו ברכישת ה-MRI. בשלב הבא, הגדירו את פרמטרי רכישת תמונות ה-FMRI bold בקונסולת הסורק. השתמשו בפרמטרים המוצגים כאן לפני תחילת הסריקה הפונקציונלית.

ראשית, הקרינו למטופל את ההוראות למשך שלוש שניות לפני כל משימת "אפס או שתיים אחורה", באמצעות תוכנת הצגת הגירויים. לאחר מכן, רכשו תמונות FMRI של זיכרון עבודה באמצעות מבחן ה-NAC.

יש להציג למטופל סימן פלוס לקיבוע מבט (fixation cross) של בסיס 32 לפני כל אחד מבלוקי ה-zero back. הדבר יספק בסיס להשוואה עבור שאר בלוקי ה-zero back וה-two back. במהלך ניתוח הנתונים, יש לכלול בסך הכל שלושה חלקים של zero back ושלושה חלקים של two back, יחד עם שני בלוקי בסיס.

יש להציג זאת בשני סבבי הדמיה נפרדים בסדר מאוזן (counterbalanced). לאחר השלמת פרדיגמות ה-N back, ודאו שהנבדק עדיין מרגיש בנוח ומוכן להמשיך בסריקה. לאחר מכן, הנחם כי השלב הבא הוא בלוק מנוחה והסבירו לו לא להירדם.

השתמש בתוכנת הצגת הגירויים כדי להציג סימן פסיקשן (fixation cross) על המסך. רכוש תמונות במצב מנוחה במהלך ארבע הדקות הבאות, תוך שימוש בהגדרות FMRI זהות לאלו ששימשו לרכישת תמונות NAC. לאחר מכן, חזור על רכישת הנתונים עבור זיכרון עבודה פעם נוספת באמצעות מבחן NAC.

בשלב הבא, הגדירו בקונסולת הסורק את פרמטרי רכישת תמונת ה-DTI לתמונות שקולות דיפוזיה בשיטת double spin echo planar עם גרדיאנטי דיפוזיה המופעלים ב-64 כיוונים לא ליניאריים; יש להפעיל partial echoes ו-interpolations. ודאו כי אתם מודיעים למשתתף שהסורק עשוי לרעוד במהלך הרצפים הבאים וכי הדבר תקין. הנחו אותם לעצום עיניים ולהירגע כמיטב יכולתם בתוך הסורק.

לאחר מכן, רכשו את רצף ה-DTI. ברגע שכל הסריקות הושלמו, הוציאו את המשתתף מהסורק ושאלו כיצד עבר המפגש.

ענו על כל שאלה שעשויה לעלות והודו למשתתפים על השתתפותם. ודאו כי כל הנתונים הועברו באופן מאובטח או הגדירו למחשב של סורק ה-MRI לכתוב DBD הכולל תמונות של המשתתפים והקלטות פיזיולוגיות לצורך ניתוח נתונים עתידי. לבסוף, בצעו ניתוח קישוריות במצב מנוחה (resting state connectivity analysis) עם ניתוח קישוריות של אזור זרע (seed region connectivity analysis) כדי להעריך את הקשר בין אזורים שהוגדרו מראש לצורך הערכת קישוריות תפקודית.

השתמשו גם בתוכנה לעיבוד FMRI לצורך עיבוד מקדים של נתוני זיכרון העבודה, ובמידול ליניארי כללי מבוסס ווקסלים (voxel based general linear modeling) כדי לכמת את הפעילות הספציפית למשימה בכל ווקסל מוחי במערכי נתונים אינדיבידואליים. התוצאות המוצגות כאן מבוססות על נתונים שנאספו באמצעות אותה גישה של דימות בשני מדגמים שונים של אנשים עם היסטוריה של טראומה והתעללות בילדות, אך ללא PTSD, תוצאות ממצב מנוחה. ניתוח קישוריות תפקודית חשף תבנית מרחבית העולה בקנה אחד עם צמתים מרכזיים של רשת מצב ברירת המחדל (default mode network), כולל הקורטקס הפרה-פרונטלי המדיאלי, הקורטקס הסינגולרי האחורי, הגיירוס האנגולרי, האונה הפריאטלית התחתונה ואזורים טמפורליים אמצעיים.

חתכים סגיטליים אלה ממחישים תבניות הקשורות למשימת זיכרון עבודה של "שני פריטים אחורה" (two back). תבניות הפעלה בתוך הרשת הביצועית מוצגות בכתום ובאדום, בעוד שדעיכה של רשת מצב ברירת המחדל (default mode network) מוצגת בכחול. כאן אנו רואים פעילות של "אפס פריטים אחורה" (zero back), אשר משולבת בדרך כלל עם זיכרון עבודה כדי לבקר את רמת הקשב.

דפוסי הפעלה מופיעים בכתום ובאדום, ודפוסי דה-אקטיבציה (הפסקת פעילות) בכחול. ניתן לראות כאן דה-אקטיבציה מסוימת של רשת מצב המנוחה (default mode network) עם מעט הפעלה של הרשת הביצועית (executive activation) בסוף. היקפו של צרור ה-clum כפי שנחשף על ידי טרקטוגרפיה הסתברותית מוצג כאן.

ניתן לראות את הצורה והתבנית התלת-ממדית של סיבים אלו באמצעות חתכי רוחב של המוח המצורפים כסימוכין חזותיים. תמונה זו ממחישה כיצד סיבים אלו עוברים דרך הקליפה הפרה-פרונטלית המדיאלית (medial prefrontal cortex) ודרך הקליפה הסינגולרית האחורית (posterior cingulate cortex). ולסיום, כאן ניתן לראות כיצד סיבים אלו עוברים דרך הרכיב הטמפורלי המדיאלי של רשת מצב ברירת המחדל (default mode network).

לאחר צפייה בסרטון זה, תרכשו הבנה טובה לגבי השילוב של גישות דימות עצבי מולטי-מודאלי, כגון רכישת פעילות הקשורה למטלה יחד עם מצב מנוחה וקישוריות מבנית. בעת ביצוע פרוצדורה זו, חשוב לזכור כי יש למזער את תנועת הנבדק בכל מחיר. דבר זה מושג על ידי הנחת כריות סביב ראש הנבדק בתוך הסורק ובדיקות תכופות של רמת הנוחות שלו במהלך הליכי הסריקה.