Lo sviluppo di Neuroimaging fenotipi della modalità di rete predefinita in PTSD: Integrazione stato di riposo, Working Memory, e connettività strutturale

L'obiettivo generale del seguente esperimento è esaminare la rete della modalità predefinita nel disturbo da stress post-traumatico, utilizzando le tecniche complementari di neuroimmagine basate sulla connettività funzionale a riposo, sulla disattivazione indotta da compito e sulla connettività strutturale. Questo viene realizzato addestrando innanzitutto i partecipanti a svolgere il compito di memoria di lavoro N-back al di fuori dello scanner, in modo da non sovraccaricare soggetti che potrebbero provare ansia riguardo alle procedure dello studio, pur offrendo comunque una sfida sufficiente alla loro memoria di lavoro per l'acquisizione delle immagini relative alle disattivazioni indotte dal compito. Come secondo passaggio, si chiede ai partecipanti di sdraiarsi sul lettino di uno scanner MRI da tre Tesla e si posizionano cuscini intorno alla testa per minimizzare i movimenti.

Successivamente, durante l'acquisizione delle immagini RM, chiedere ai partecipanti di eseguire il compito di retrodatazione seguito da una presentazione di quattro minuti su una croce di fissazione. Questo permette di acquisire immagini dell'attività associata al compito e dello stato di riposo. Ripetere questi passaggi, quindi chiedere ai partecipanti di chiudere gli occhi durante l'acquisizione delle immagini con risonanza magnetica a tensore di diffusione.

I risultati ottenuti mostrano un modello spaziale coerente con i principali nodi della rete della modalità predefinita nell'analisi della connettività funzionale a riposo, un aumento dell'attivazione della rete esecutiva e una deattivazione della rete della modalità predefinita durante il compito di memoria di lavoro a due prove e tratti di sostanza bianca che collegano le regioni della rete della modalità predefinita ottenuti mediante DTI. Questa tecnica integra approcci di neuroimmagine funzionale e strutturale che in futuro potrebbero assistere nella diagnosi del disturbo da stress post-traumatico e di altre patologie psichiatriche correlate. Approcci tradizionali di risonanza magnetica funzionale associati a compiti vengono combinati con l'acquisizione di connettività a riposo e connettività strutturale.

La dimostrazione delle procedure dello studio sarà effettuata da Louisa Carpenter Vs., assistente di ricerca nel mio laboratorio. Questo metodo può fornire informazioni utili per comprendere il funzionamento e il malfunzionamento della rete della modalità predefinita. Questi metodi possono inoltre essere facilmente estesi per caratterizzare contemporaneamente molteplici reti cerebrali, al fine di valutare come le malattie psichiatriche influenzino l'integrazione delle reti, prima di iniziare i passaggi descritti in questo protocollo.

Prima di tutto, ottenere il consenso scritto e informato e assicurarsi di sottoporre il partecipante a uno screening accurato per la sicurezza della risonanza magnetica. Successivamente, addestrare il partecipante a svolgere il compito N-back al di fuori dello scanner. Iniziare il primo addestramento eseguendo il test di vigilanza con lettere zero-back.

Chiedere al soggetto di indicare sì per una consonante bersaglio, come una H maiuscola o minuscola, utilizzando una scatola di risposta a due pulsanti, e no per tutte le altre consonanti. Le nove consonanti devono essere visualizzate per 500 millisecondi ciascuna, con un tempo interstimolo di 2.500 millisecondi, per un totale di 27 secondi. Le consonanti bersaglio verranno mostrate quattro volte all'interno di ciascun blocco zero-back.

Successivamente, chiedere al partecipante di eseguire la prova dei due richiami. Istruirlo a fornire una risposta sì o no tramite il box di risposta dopo che ogni consonante viene presentata, per indicare se è uguale o diversa rispetto alla consonante presentata in precedenza nella serie.

Mostrare al partecipante una serie di 15 consonanti per 500 millisecondi ciascuna, con un intervallo interstimolo di 2.500 millisecondi, per un totale di 45 secondi. Lo stimolo bersaglio deve essere mostrato cinque volte. Continuare ad addestrare il partecipante fino a quando la sua prestazione raggiunge almeno il 75% di risposte corrette nel compito a due passi precedenti la scansione.

Per prima cosa, chiedere al partecipante di rimuovere tutti gli oggetti metallici, cambiarsi indossando abiti compatibili con la risonanza magnetica e quindi accompagnarlo all'interno della stanza dello scanner MRI da tre Tesla. Fornire tappi per le orecchie per la protezione uditiva e farlo sdraiare sul lettino dello scanner, posizionando cuscini intorno alla testa per minimizzare i movimenti. Consegnargli la scatola di risposta compatibile con la risonanza magnetica per il compito di memoria di lavoro a richiamo indietro, nonché una pallina premibile da utilizzare per interrompere la scansione in caso di emergenza.

Posizionare anche un pulsossimetro su un dito per il monitoraggio e la registrazione dei parametri fisiologici. Quindi posizionare una bobina per la testa da 32 canali e lo schermo di presentazione sopra la testa del partecipante prima di spostarlo all'interno dello scanner. Assicurarsi che il partecipante sia comodo e possa vedere lo schermo.

E quindi iniziare la sessione di scansione con risonanza magnetica. Cominciare acquisendo un'immagine cerebrale anatomica ad alta risoluzione con risoluzione isotropica di un millimetro. Utilizzare i parametri di risonanza magnetica ad alta risoluzione riportati qui.

Quindi avviare l'acquisizione MRI. Successivamente, impostare i parametri di acquisizione dell'immagine BOLD fMRI sulla consolle dello scanner. Utilizzare i parametri mostrati qui prima di iniziare la scansione funzionale.

Proiettare prima le istruzioni al paziente per tre secondi prima di ogni compito zero o due passi indietro. Utilizzando il software di presentazione degli stimoli. Quindi acquisire immagini FMRI sulla memoria di lavoro utilizzando il test NAC.

Al paziente dovrebbe essere presentata una croce di fissazione di base da 32° prima di ciascun blocco zero-back. Questo fornirà una linea di base per il confronto con gli altri blocchi zero-back e two-back. Durante l'analisi dei dati, includere complessivamente tre parti zero-back e tre parti two-back insieme a due blocchi di base.

Questo dovrebbe essere presentato in due sessioni di imaging separate, in ordine controbilanciato. Al termine dei paradigmi N-back, accertarsi che il partecipante sia ancora a proprio agio e pronto a proseguire la scansione. Quindi istruirlo dicendo che il blocco di riposo è il prossimo e avvertirlo di non addormentarsi.

Utilizzare il software di presentazione degli stimoli per visualizzare una croce di fissazione sullo schermo. Acquisire immagini dello stato di riposo per i successivi quattro minuti utilizzando le stesse impostazioni di FMRI usate per acquisire le immagini NAC. Quindi ripetere l'acquisizione per la memoria di lavoro utilizzando nuovamente il test NAC.

Impostare successivamente i parametri di acquisizione delle immagini DTI sulla consolle della risonanza magnetica per ottenere immagini pesate in diffusione con sequenza eco-planare a doppio eco di spin, applicando i gradienti di diffusione in 64 direzioni non lineari; attivare le opzioni di eco parziale e interpolazione. Assicurarsi di informare il partecipante che la risonanza potrebbe vibrare durante le sequenze successive e che questo fenomeno è normale. Istruirlo a chiudere gli occhi e a rilassarsi il più possibile all'interno della risonanza.

Quindi acquisire la sequenza DTI. Al termine di tutte le scansioni, rimuovere il partecipante dallo scanner e chiedere come è andata la sessione.

Rispondere a eventuali domande che potrebbero avere e ringraziarli per la partecipazione. Assicurarsi di trasferire in modo sicuro tutti i dati oppure far scrivere al computer della risonanza magnetica un DBD contenente le immagini dei partecipanti e le registrazioni fisiologiche per l'analisi successiva dei dati. Infine, eseguire un'analisi della connettività a riposo mediante l'analisi della connettività con regione semina per valutare la relazione tra regioni definite a priori al fine di valutare la connettività funzionale.

Utilizzare inoltre un software di elaborazione della fMRI per pre-elaborare i dati della memoria di lavoro e un modello lineare generale basato sui voxel per quantificare l'attività specifica del compito in ciascun voxel cerebrale dei singoli set di dati. I risultati mostrati qui si basano su dati raccolti utilizzando lo stesso approccio di imaging in due campioni diversi di individui con storia di trauma e maltrattamento nell'infanzia, ma senza PTSD, a partire dai risultati dello stato di riposo. L'analisi della connettività funzionale ha rivelato un modello spaziale coerente con i principali nodi della rete neuronale a riposo, inclusa la corteccia prefrontale mediale, la corteccia cingolata posteriore, il giro angolare, il lobo parietale inferiore e le regioni temporali medie.

Queste sezioni sagittali illustrano i modelli associati al compito di memoria di lavoro a due back. I modelli di attivazione all'interno della rete esecutiva sono illustrati in arancione e rosso, mentre la disattivazione della rete della modalità predefinita è mostrata in blu. Qui osserviamo l'attività a zero back, che di solito viene combinata con la memoria di lavoro per controllare l'attenzione.

I modelli di attivazione sono in arancione e rosso, mentre la disattivazione è in blu. È evidente una certa disattivazione della rete della modalità predefinita con scarsa attivazione esecutiva alla fine. L'estensione del fascio clum rivelata dalla tractografia probabilistica è mostrata qui.

La forma tridimensionale e il modello di queste fibre possono essere osservati attraverso sezioni trasversali del cervello incluse come riferimento visivo. Questa immagine illustra come queste fibre attraversino la corteccia prefrontale mediale e la corteccia cingolata posteriore. Infine, qui possiamo vedere come queste fibre attraversino la componente temporale mediale della rete della modalità predefinita.

Dopo aver visionato questo video, si dovrebbe avere una buona comprensione di come combinare approcci di neuroimmagine multimodale, come l'acquisizione dell'attività associata a un compito con la connettività funzionale a riposo e quella strutturale. Durante l'esecuzione di questa procedura, è fondamentale ricordare che i movimenti del partecipante devono essere ridotti al minimo. Questo risultato si ottiene posizionando cuscini intorno alla testa del partecipante all'interno dello scanner ed effettuando valutazioni frequenti del suo comfort durante le procedure di scansione.