פרוטוקול עבור fMRI ניהול בזמן אמת Neurofeedback אימונים
24 באוגוסט 2017
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.
המטרה הכוללת של הליך זה היא לאפשר שליטה מקומית על מנגנונים נוירופלסטיים במוח האנושי. שימוש בנוירופידבק מהדמיית תהודה מגנטית תפקודית בזמן אמת. אימון נוירופידבק טומן בחובו פוטנציאל להילחם בהפרעות נוירולוגיות במוח על ידי שינוי פוטנציאלים סינפטיים באזורי מוח מטרה, ללא שימוש בתרופות פרמצבטיות או התערבות כירורגית פולשנית.
היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא שהנבדקים יכולים ללמוד לשנות באופן אנדוגני את הפעילות המוחית המקומית בצורה שיטתית. ניתן לתרגם את האסטרטגיות המשמשות משינוי הפעילות המוחית המקומית לפלטפורמות בכל מקום כגון טלפונים חכמים, טאבלטים, כדי לאפשר פתרון פשוט בבית. פוטנציאלים סינפטיים חריגים בקישוריות המוח קשורים להפרעות נוירולוגיות רבות כולל אוטיזם, פגיעה מוחית טראומטית, מחלת פרקינסון והפרעות שיווי משקל.
משוב מבוסס על שינויים כימודינמיים הקשורים לפעילות עצבית ולכן יש לו רזולוציה זמנית ירודה, מה שמקשה על האימון עבור נבדקים מסוימים. מכיוון שהיפראקטיביות של אזורי מוח היא לעתים קרובות ממצא בחולים עם טינטון, גישה זו מכוונת ללמד את הנבדקים לווסת את הפעילות באזורי עניין. התחל בחיבור פלט ההדק TR מהדמיית התהודה המגנטית או ממכשיר ה-MRI למחשב הגירוי. לאחר מכן מקם את התצוגה התואמת ל-MR כך שהיא תהיה גלויה למשתתף דרך המראה המוצמדת לסליל הראש.
לאחר מכן, בקשו מהמשתתף לשכב בשכיבה על שולחן הסורק. הנח את האוזניות על ראשו של המשתתף וודא שהאוזניים מכוסות. לאחר מכן, בקשו מהם לשמור את ראשם בתוך סליל הראש.
נעל את פלג הגוף העליון של סליל הראש למקומו והצמד את המראה לסליל הראש. מקם את התקני התגובה בידיו של המשתתף. לאחר מכן, סמן את מיקום האף של המשתתף ביחס לסורק והעבר את ציון הדרך למיקום למרכז קדח ה-MRI.
לבסוף, ודא שהמשתתף יכול לצפות בתצוגה כולה באמצעות המראה. התחל במתן הוראות משימה למשתתף בחדר ה-MRI. לאחר מכן, התחל במתן מסונכרן של גירויים קוליים ורכישת נתונים על ידי לחיצה על כפתור הסריקה בסורק ה-MRI.
אסוף תמונות מישוריות של הד מוח שלם באמצעות רצף דופק MRI הד זיכרון שיפוע. לאחר מכן, השתמש בסטטיסטיקה מרובת משתנים כדי לחשב מפת הפעלה והשתמש במפת ההפעלה המונחת על תמונת fMRI ממוצעת כדי לקבוע את האזור שבו ייגזר אות המשוב עבור הנוירופידבק הבא. לאחר מכן, נווטו בין הפרוסות באמצעות סרגל המחוון של הפרוסות כדי למצוא סמנים אנטומיים הנראים בנתוני ה-fMRI, כגון המשטח התחתון של הקרן הקדמית של החדרים הצדדיים.
סף את מפת ההפעלה באמצעות סרגל מחוון הסף, כדי לחשוף את תאי התיבה המופעלים בצורה החזקה ביותר במהלך הלוקלייזטור הפונקציונלי באזור היעד. לבסוף, השתמש בלחצן העכבר השמאלי כדי לבחור ווקסלים בודדים עם הפעלה מעל הסף שנבחר ובתוך אזור היעד כדי להוסיף להחזר ההשקעה. התחל בהנחיית המשתתף לבצע משימות מיינדפולנס המניעות את פעילות המוח לעבר המצבים הרצויים.
בדוגמת הטינטון, הנחו את המשתתף להסיט את תשומת הלב ממערכת השמיעה לאחת ממערכות החישה כדי להפחית את הפעילות השמיעתית. על מנת לנרמל נתונים לפני הצגת המשוב, הנחו את המשתתף להירגע במהלך ספירה לאחור המוצגת בתחילת הסריקה. לאחר מכן, התחל בהצגת גירויים מסונכרנים ורכישת נתונים על ידי לחיצה על כפתור הסריקה בסורק ה-MRI ואסוף תמונות מישוריות הד באותו אופן כמו סריקת הלוקלייזטור הפונקציונלית.
לאחר מכן הצג חזותית טיימר ספירה לאחור ותצוגת משוב ריקה. לאחר מכן, הצג את אות המשוב הנוכחי באמצעות תרשים סרגל בסגנון מדחום שבו גובה המוט פרופורציונלי לאות הנמדד מתאי התיבה שנבחרו. לאחר מכן, שכבו הוראות המבקשות מהמשתתף להירגע, להעלות או להוריד את סרגל המדחום בתצוגת המשוב.
לבסוף, אחרי שסשן הנוירופידבק הושלם, ליוו את המטופל אל מחוץ לסורק. תוצאות אלה הצביעו על כך שהשליטה ב-DLPFC השמאלי גדלה באופן משמעותי על פני חמש ריצות של שש דקות ו-24 שניות של נוירופידבק המופרדות על פני חמישה מפגשים נפרדים שנערכו תוך 14 יום. יתר על כן, fMRI NFT בשילוב עם תרגול MBAT, יוצר שינויים מוקדיים בפעילות המוח המוגבלים לאזור היעד ואינם משפיעים על רכיבים במעלה או במורד הזרם של רשת זיכרון העבודה.
לאחר השליטה, ניתן להשלים אימון בודד בטכניקה זו תוך 20 דקות בלבד. בזמן ניסיון הליך זה, חשוב לבחור בקפידה את אזור היעד במוח עבור נוירופידבק. ניתן לבצע שיטות אחרות כמו הדמיית טנזור דיפוזיה, ספקטרוסקופיה של תהודה מגנטית, תיוג ספין עורקי ובדיקות התנהגותיות לפני או אחרי הליך זה כדי לספק תובנה נוספת לגבי שינויים נוירופלסטיים.
לאחר צפייה בסרטון זה, אתה אמור להבין היטב כיצד לבצע אימון נוירופידבק מהדמיית תהודה מגנטית תפקודית בזמן אמת. אל תשכח שהשדה המגנטי הקשור ל-MRI יכול להוות בעיות בטיחות חמורות. לכן, תמיד יש לבצע סינון מתאים.
סקירה כללית
מאמר זה מציג פרוטוקול לשימוש באימון נוירופידבק באמצעות דימות תהודה מגנטית תפקודי (fMRI) לצורך ויסות תפקוד המוח. היכולת לשלוט בפלסטיות עצבית היא קריטית לטיפול בהפרעות נוירולוגיות ולסיוע בהחלמה מפגיעות מוחיות.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום מדעי
- מדעי המוח
- נוירופידבק
- דימות תהודה מגנטית תפקודי
רקע
- אימון נוירופידבק יכול לשנות פוטנציאלים סינפטיים באזורי מוח ממוקדים.
- טכניקה זו מציעה חלופה לא פולשנית לתרופות ולניתוחים.
- זה רלוונטי במיוחד למצבים כמו אוטיזם, פגיעה מוחית טראומטית וטינטון.
- משוב בזמן אמת המבוסס על פעילות מוחית יכול להגביר את יעילות האימון.
מטרת המחקר
- לאפשר בקרה מקומית על מנגנוני נוירופלסטיות במוח האנושי.
- לספק גישה שיטתית עבור נבדקים לשינוי הפעילות המוחית שלהם.
- לפתח שיטה שניתן ליישם בפלטפורמות נגישות כגון סמארטפונים.
שיטות שבהן נעשה שימוש
- המשתתפים עוברים בדיקת fMRI תוך כדי קבלת נוירופידבק.
- רכישת נתונים בזמן אמת מסונכרנת עם גירויים שמיעתיים.
- מפות הפעלה נוצרות כדי לזהות אזורי מוח מטרים.
- המשתתפים מונחים לבצע משימות מיינדפולנס כדי להשפיע על הפעילות המוחית.
תוצאות עיקריות
- הושגה שליטה משמעותית על ה-DLPFC השמאלי לאורך מספר מפגשים.
- שילוב של נוירופידבק עם תרגול מיינדפולנס הוביל לשינויים מוקדיים בפעילות המוחית.
- ניתן להשלים את מפגשי האימון בתוך זמן קצר של 20 דקות.
מסקנות
- אימון נוירופידבק הוא כלי מבטיח לשיפור תפקודי המוח.
- בחירה קפדנית של אזורי המוח המיועדים היא קריטית לאימון יעיל.
- שיטות דימות נוספות יכולות לספק תובנות נוספות לגבי שינויים בנוירופלסטיות.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למנהלים
אימון נוירופידבק באמצעות fMRI בזמן אמת מציע גישה לא פולשנית ולא פרמקולוגית לוויסות פעילות מוחית באזורים ממוקדים, ובכך מספק אסטרטגיה להפחתת סיכונים מכניסטית עבור התערבויות בהפרעות נוירולוגיות. על ידי מתן אפשרות לשליטה רצונית בפלסטיות עצבית, שיטה זו תומכת בתיקוף יעדים בשלבים מוקדמים ובסריקה פנוטיפית בתהליכי גילוי תרופות למערכת העצבים המרכזית (CNS), במיוחד עבור הפרעות הכוללות תפקוד מעגלי חריג כגון טיניטוס, אוטיזם ופגיעות מוח טראומטיות. הטכניקה מגבירה את הביטחון החזוי על ידי קישור מדדים תפקודיים לתוצאות התנהגותיות, ובכך מקלה על הרצף התרגומי משלב הגילוי ועד לתיקוף פרה-קליני.
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח של ביו-פרמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- ערך מדעי: מאפשר בחינה של היפותזות טיפוליות באמצעות בדיקת שליטה רצונית באזורי מוח ספציפיים המעורבים בפתופיזיולוגיה של המחלה.
- ערך תפעולי: מספק מערכת הניתנת לשחזור לצורך תיקוף של מטרות תפקודיות באמצעות מדדים נוירופיזיולוגיים בזמן אמת.
- ערך חזוי: תומך במיון תיקי פיתוח על ידי ביסוס קשרים סיבתיים בין פעילות מוחית אזורית לבין פנוטיפים קוגניטיביים/התנהגותיים.
סריקה ופיתוח בדיקה (Assay)
- ערך מדעי: מייצר אותות משוב כמותיים בעלי רזולוציה מרחבית מאזורי עניין (ROIs) מוגדרים, מה שמאפשר הערכה סטנדרטית של תגובות נוירופלסטיות.
- ערך תפעולי: מבסס את מוכנות הבדיקה באמצעות הצגת גירויים מסונכרנת ועיבוד אותות fMRI בזמן אמת.
- יכולת הרחבה: תומך בהתאמת הפלטפורמה למכשירים נגישים (למשל, סמארטפונים) לצורך סריקה מבוזרת וניטור לאורך זמן.
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- המשכיות תרגומית: מקשר בין ממצאים in vitro/in vivo לפיזיולוגיה של מערכת העצבים האנושית על ידי תיקוף מעורבות המטרה במעגלים רלוונטיים למחלה.
- הפחתת סיכונים מכניסטית: מבודד השפעות לאזורים ספציפיים (למשל, DLPFC שמאלי) מבלי להשפיע על רכיבי רשת במעלה או במורד הזרם, ובכך מפחית את הסיכון להשפעות לא מכוונות.
- סנכרון עם סמנים ביולוגיים: מאפשר מתאם בין שינויי פעילות המונעים על ידי נוירופידבק לבין תפוקות קוגניטיביות או מוטוריות, ובכך תומך באישור סמנים ביולוגיים.
שילוב תהליכי עבודה וצנרת עיבוד
השיטה משתלבת ברצף הגילוי על ידי תמיכה במודולציה מונחית-השערה של מטרות מוחיות, מתיימרת לאפשר פיתוח של בדיקות (assays) לסריקת נוירופלסטיות, ומספקת אנליזה כמותית לקבלת החלטות לגבי המשך או הפסקת הפיתוח (go/no-go) בתוכניות למערכת העצבים המרכזית (CNS).
- ביולוגיה של גילוי: מאפשרת חקירה מכניסטית של אזורי מטרה באמצעות משוב בזמן אמת, ובכך מבהירה תפקידים סיבתיים בתפקוד לקוי של הרשת.
- סריקה: מספקת אותות נוירופידבק סטנדרטיים וכמותיים המתאימים לסריקת תרכובות או התערבויות בעלת הדירות גבוהה.
- אנליטיקה: עושה שימוש בסטטיסטיקה רב-משתנית ובבחירת ROI מבוססת סף כדי להפיק פלטי משוב מהימנים ונורמליים להשוואה בין תנאים שונים.
- מחקר תרגומי: מאשרת שינויים מוקדיים באזורי המטרה ללא השפעות על הרשת כולה, ובכך תומכת במעבר מותאם-סיכון למודלים פרה-קליניים.
- שימוש חוזר ארגוני: מהווה פלטפורמה ניידת לנוירופיזיולוגיה הניתנת להתאמה לתחומי קוגניציה, מוטוריקה ורגש לשימוש חוזר בתהליכי גילוי.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: מגביר את הוודאות לגבי המטרה על ידי הדגמה של בקרה אנדוגנית על מעגלים מוחיים רלוונטיים מבחינה פתופיזיולוגית.
- ערך תפעולי: מבטיח שחזוריות באמצעות פרוטוקולים סטנדרטיים להגשת גירויים, רכישת נתונים והצגת משוב.
- ערך אסטרטגי: משפר את קבלת ההחלטות לגבי המשך הפיתוח (go/no-go) על ידי הפחתת אי-ודאות ביולוגית בשלבי תיקוף מוקדמים של מטרות במערכת העצבים המרכזית (CNS).
- השפעה על הפורטפוליו: מאפשר תיעדוף של התערבויות מבוסס סיכון, על בסיס מודולציה נוירופלסטית שהודגמה במטרות אנושיות.
שיקולי יישום
- דורש מומחיות בתכנון ניסויי fMRI, עיבוד נתונים בזמן אמת ופיתוח פרדיגמות של נוירופידבק.
- תלוי בחומרה תואמת-MRI, במערכות להצגת גירויים ובתוכנה לסטטיסטיקה רב-משתנית להגדרת ROI.
- מחייב סטנדרטיזציה בין-צוותית של מדעני מוח, רדיולוגים וביו-אינפורמטיקאים לצורך עקביות הפרוטוקול.
- כולל שיקולי התאמה בעת העברת האימון מהסורק לפלטפורמות ניידות או ביתיות.
- מוגבל על ידי הרזולוציה הטמפורלית של המשוב מבוסס ה-fMRI, דבר העלול להשפיע על יעילות האימון בתהליכים נוירו-דינמיים מהירים.
