In tempo reale Biofeedback fMRI Targeting la corteccia orbito-frontale per l'ansia di contaminazione

L'obiettivo generale di questa procedura è addestrare le persone a controllare una regione del loro cervello coinvolta nell'ansia da contaminazione e verificare se questo addestramento modifica la funzione cerebrale e migliora il controllo sull'ansia da contaminazione. Questo viene realizzato innanzitutto identificando una regione della corteccia frontale orbitale del soggetto coinvolta nell'ansia da contaminazione. Tale area rappresenterà la zona bersaglio per un intervento di biofeedback.

Il passaggio successivo consiste nel valutare, prima dell'intervento di biofeedback, il livello di ansia che il soggetto sperimenta in risposta a immagini correlate alla contaminazione, nonché i suoi modelli di connettività cerebrale. Successivamente, il soggetto viene addestrato mediante biofeedback a controllare l'area cerebrale bersaglio. L'ultimo passaggio prevede la valutazione della capacità acquisita dai soggetti di esercitare un maggiore controllo sull'area cerebrale target e sull'ansia legata alla contaminazione in seguito al biofeedback, e se tali cambiamenti siano associati a modifiche nella connettività con l'area cerebrale bersaglio.

In definitiva, questo approccio rivelerà se il biofeedback mediante risonanza magnetica funzionale in tempo reale ha un potenziale valore clinico per i pazienti affetti da disturbo ossessivo-compulsivo e indagherà la base neurale dell'ansia da contaminazione. Il biofeedback mediante risonanza magnetica funzionale in tempo reale possiede un potenziale valore terapeutico per molte forme diverse di malattia mentale, poiché potrebbe consentire agli individui di controllare aspetti della propria funzione cerebrale alla base dei sintomi.

Qui indaghiamo se può aiutare le persone a controllare l'ansia da contaminazione. In caso affermativo, potrebbe risultare clinicamente utile per i pazienti affetti da disturbo ossessivo-compulsivo. L'approccio qui presentato, che combina il biofeedback con valutazioni preliminari e conclusive di variabili cliniche e della connettività cerebrale, può inoltre affrontare questioni fondamentali in neuroscienze e psichiatria.

Il biofeedback ci permette di modificare la dinamica cerebrale, e possiamo quindi misurare come i cambiamenti nella connettività cerebrale determinino differenze nelle variabili cliniche o cognitive. Prima di iniziare questo esperimento, è necessario uno sviluppo approfondito degli stimoli. Immagini correlate alla contaminazione e immagini neutre devono essere prima raccolte e poi testate in via preliminare per assicurare che l'ansia indotta da questi stimoli sia bilanciata tra le condizioni di provocazione e che l'ansia sia significativamente maggiore nelle condizioni di provocazione rispetto a quelle neutre.

Al termine degli studi pilota, è necessario reclutare e sottoporre a screening potenziali soggetti per identificare individui sani in grado di partecipare in sicurezza a esperimenti di risonanza magnetica e che riportino elevati livelli di ansia da contaminazione, nonché il desiderio di imparare a controllare tale ansia. Per questo esperimento, i soggetti si presentano in quattro giorni distinti programmati a intervalli di circa metà settimana, in modo che l'intero studio richieda due settimane per essere completato. Il diagramma di flusso mostrato qui illustra il protocollo previsto per ciascun soggetto che riceverà sessioni di biofeedback reale.

Si dovrebbe reclutare un altro soggetto, abbinato per età e sesso, a cui somministrare un finto biofeedback prima di ogni sessione di risonanza magnetica. I soggetti vengono sottoposti a screening per la presenza di metalli nel primo giorno, in cui si acquisisce un'immagine strutturale ad alta risoluzione. Successivamente vengono raccolti due acquisizioni di dati funzionali a riposo, seguite da tre acquisizioni localizzatrici di dati funzionali in cui il soggetto alterna la visione di immagini intensamente correlate alla contaminazione e immagini neutre a intervalli di 42esimi.

Queste acquisizioni di localizzazione servono a identificare la regione della corteccia orbitofrontale (OFC) attivata dall'ansia legata alla contaminazione. Al termine della sessione di imaging del primo giorno, i soggetti incontrano lo psicologo clinico specializzato nei disturbi d'ansia per una sessione di sviluppo di una strategia di ripensamento. L'obiettivo di questa sessione è sviluppare una strategia cognitiva personalizzata per il soggetto, che gli fornisca un certo controllo iniziale sull'attività della propria corteccia orbitofrontale.

Queste strategie per aumentare o ridurre l'attività della corteccia orbitofrontale (OFC) hanno lo scopo esclusivo di fornire una capacità iniziale e limitata di controllare l'OFC. Durante le sessioni di biofeedback, i soggetti avranno l'opportunità di sperimentare diverse strategie cognitive e ricevere un feedback diretto, consentendo loro di sviluppare un controllo sempre maggiore sull'OFC. Successivamente, i dati raccolti durante la sessione del primo giorno (localizer) vengono analizzati prima della sessione del secondo giorno.

La mappa cerebrale risultante indica quali regioni del cervello sono state più attive quando il soggetto ha osservato immagini correlate alla contaminazione rispetto a quando ha osservato immagini neutre. I 30 pixel superiori in questa mappa TM situati all'interno della corteccia orbitofrontale (OFC) o nella regione frontale polare adiacente vengono selezionati per rappresentare la regione bersaglio specifica della OFC di quel particolare soggetto per le successive scansioni di biofeedback. Questa regione viene quindi trasformata dallo spazio funzionale a quello anatomico mediante una registrazione rigida con interpolazione del vicino più prossimo.

Viene inoltre definita una regione di controllo che comprende tutta la sostanza bianca del cervello ed è trasformata nello stesso spazio del cervello MNI. Queste due regioni verranno utilizzate dal programma di analisi in tempo reale durante la sessione di biofeedback del secondo giorno. Nel secondo giorno dell'esperimento, i soggetti partecipano innanzitutto a una sessione di valutazione al di fuori del magnete.

Prima di ogni sessione di valutazione, ai soggetti viene detto verbalmente di cercare di minimizzare la propria ansia durante la visualizzazione delle immagini correlate alla contaminazione. Successivamente, ricevono istruzioni dettagliate sullo schermo per indicare il livello di ansia correlata alla contaminazione che provano in risposta alle immagini. Contemporaneamente, viene monitorata la risposta cutanea galvanica.

I soggetti partecipano quindi a una sessione di biofeedback in risonanza magnetica funzionale (FMRI) in tempo reale della durata di 1,5 ore. La sessione inizia con l'acquisizione di immagini anatomiche assiali nelle stesse posizioni di taglio dei dati funzionali. Successivamente viene acquisita una scansione funzionale di riferimento.

Le due regioni di interesse vengono traslate nello spazio funzionale della sessione corrente attraverso una concatenazione di due registrazioni rigide. La prima registrazione mappa le regioni dallo spazio anatomico del primo giorno allo spazio anatomico del secondo giorno. La seconda registrazione mappa le regioni dallo spazio anatomico del secondo giorno allo spazio della scansione di riferimento funzionale del secondo giorno.

Mentre le regioni vengono registrate, vengono acquisite due serie di acquisizioni funzionali definite corse della condizione di controllo. Queste corse non prevedono un biofeedback, ma servono per valutare la capacità dei soggetti di controllare l'attività all'interno della loro regione di interesse nella corteccia orbitofrontale quando sono esposti a immagini relative alla contaminazione. Durante l'acquisizione, i soggetti osservano immagini con una freccia rivolta verso l'alto o verso il basso per le immagini relative alla contaminazione, oppure rivolta in avanti per le immagini neutre.

Si chiede ai soggetti di cercare di aumentare l'attività nella loro corteccia orbitofrontale quando la freccia punta verso l'alto, di cercare di ridurre l'attività nella corteccia orbitofrontale quando punta verso il basso e di rilassarsi semplicemente quando la freccia punta verso destra. La freccia e l'immagine cambiano ogni 26 secondi, alternandosi tra le tre condizioni dopo che il compito di controllo è stato eseguito e dopo che la regione target e la regione di controllo sono state registrate nello spazio funzionale corrente. Vengono effettuate sei sessioni di biofeedback o sessioni di sham biofeedback, a seconda del soggetto.

Le sessioni di biofeedback vengono utilizzate per addestrare i soggetti a controllare l'attività nella loro O-F-C-R-O-I. Sono simili alle sessioni di compito di controllo, con la differenza che i soggetti ricevono un feedback nella parte inferiore dello schermo riguardo al loro successo nel controllare l'area cerebrale. La visualizzazione del biofeedback mostrata qui è stata accelerata, ma altrimenti rispecchia esattamente ciò che un soggetto ha visto durante il biofeedback.

Le sessioni di biofeedback fittizie saranno identiche alle sessioni di biofeedback, tranne per il fatto che i soggetti visualizzeranno l'andamento temporale dell'attività nell'OFC proveniente da una sessione di biofeedback di soggetti precedenti, abbinati per età e sesso, nella misura in cui il soggetto sottoposto a biofeedback è stato in grado di controllare l'attività nell'OFC. Il soggetto sottoposto al biofeedback fittizio sembrerà avere successo in modo paragonabile durante le sessioni fittizie, generando impressioni di successo simili. Infine, vengono raccolte altre due sessioni di compito di controllo per ciascun soggetto.

Successivamente, i soggetti dovranno tornare il terzo giorno per una sessione di scansione identica al secondo giorno, ma utilizzando serie distinte di stimoli abbinati; il quarto giorno, i soggetti dovranno partecipare a una sessione di valutazione finale. Quindi, una sessione finale di risonanza magnetica della durata di un'ora, durante la quale vengono raccolti dati di connettività funzionale a riposo, dopo che i dati sono stati raccolti per tutti i soggetti. I soggetti che hanno ricevuto un biofeedback reale possono essere confrontati con quelli che hanno ricevuto un biofeedback fittizio per determinare se abbiano sviluppato un maggiore controllo sulla propria regione bersaglio e se ciò li abbia resi in grado di esercitare un maggiore controllo sulla loro ansia da contaminazione.

Le variazioni nell'ansia da contaminazione nei soggetti sottoposti a biofeedback sono correlate ai cambiamenti nel controllo della loro regione bersaglio e ai cambiamenti nei modelli di connettività funzionale. Qui vediamo una schermata del display visivo di una delle ultime sessioni di biofeedback di un soggetto che ha acquisito con successo il controllo sulla propria OFC. La sessione termina con la condizione neutra e quindi la freccia è bianca e punta in avanti.

Questo soggetto ha inoltre mostrato un maggiore controllo sull'ansia da contaminazione, come indicato da valutazioni di ansia più basse nella sessione di valutazione post-intervento, e un maggiore controllo sulla corteccia orbitofrontale durante le prove del compito di controllo. Questo metodo ha un notevole potenziale in psichiatria, sia come trattamento clinico che come strumento di ricerca per lo studio dei substrati neurali alla base dei sintomi clinici.