差動熱感覚に対する注目の注意提案時における同時fMRI/EEGデータ収集の方法

Summary

EEG/fMRIデータの同時収集と同期されたMRクロック信号記録のためのプロトコルを提示します。スキャン中に被験者が「コールドグローブ」命令を受け、催眠誘導の前後の両方でEEG/fMRIデータを手の温度測定と共に記録する独自のパラダイムを用いて、この方法を実証します。

Abstract

本研究では、EEG/fMRIデータの同時収集方法を示しています。セットアップでは、EEGデータは高密度の256チャンネルセンサーネットを使用して収集されます。EEGアンプ自体は、フィールド絶縁封じ込めシステム(FICS)に含まれており、MRIクロック信号は、その後のMRアーティファクトの特性評価と除去のために、EEGデータ収集と同期されます。このメソッドは、まず、状態データの収集を休止する方法を示します。 その後、EEG/fMRIデータ記録のプロトコルを示し、被験者は左手が冷水浴に浸かっていることを視覚化するよう求めるテープを聴き、ここで冷たい手袋のパラダイムと呼びます。各手間の熱差は、この目的のために開発したMR互換温度センサを使用して、EEG/fMRIデータ収集全体で測定されます。冷たい手袋のEEG/fMRIデータと、催眠誘導前後の同時差動ハンド温度測定を収集します。プレセッションとポストセッションの間に、催眠誘導および深さ評価プロセス中に単一のモダリティEEGデータが収集されます。我々の代表的な結果は、催眠誘導中にEEGパワースペクトルの有意な変化を測定することができ、低温手袋パラダイム中の手の温度変化がMR適合差熱熱測定装置を使用して迅速に検出できることを示している。

Introduction

開始以来、催眠とは何か、そして感受性の高い個体の生理学的変化がどのように正確に生み出されるかについて、かなりの論争が起こってきた。催眠の神経相関と催眠示唆に対する応答を理解することを目的とした研究は、一般的に様々な結果を生み出した¹であり、少なくとも部分的には催眠誘導と提案技術^の違いに起因する可能性があり、詳細な方法論とプロトコル記述の動機を与える。

催眠は、従来、内膜集中の状態として定義されており、注目^1,3に焦点を当ててきたが、より完全な操作定義はまた、外因性刺激の認識の減少^4、吸収⁵の増加、または実験者の言葉への楽な注意および自発的思考⁶を減少させた。催眠誘導は、一般的に催眠と吸収を促進する一連の口頭命令として定義^{される 6}.催眠術性は個人間で大きく異なりますが、一般的に個人の中で安定しています^7,8;示唆可能性は、典型的には、最も一般的に適用されるメトリックがスタンフォード催眠感受性尺度である提案に対する行動応答の点で測定され、(SHSS)フォームC^9-12。

催眠の神経相関を調べる研究は、一般的に2つのカテゴリに分類されます。彼らは「安静状態」催眠中に本質的に活性化された活動のネットワークを調べるか、催眠提案⁶に応答して起こる神経活動の変化を研究する。最近のEEG研究では、非常に示唆性の高い個体が、低示唆対象^者4と比較して、催眠中のα-2バンドにおける正面頭頂ネットワークの高い事象関連の非同期性を示すことを発見した。近年、機能的磁気共鳴画像法(fMRI)は、他の脳領域における活動の増加なしに「休止状態」催眠中の前立てモードネットワークの変化も明らかにしている^2。収束証拠は、催眠が解離前注意制御¹³に関連していることを示唆している。

様々な催眠提案に応答したfMRI血中酸素濃度依存性(BOLD)シグナルの変化も最近^14-23に報告されている。提案応答研究の大半は、脳信号の変化と知覚の変化の主観的評価を相関させる。しかし、催眠的な提案は、応答²⁴における血圧、心拍数、および被験者手の温度などの生理学的パラメータを変化させるためにも使用されてきた。

ここでは、ここで「コールドグローブ」パラダイムと呼ばれる実験的なパラダイムを開発することによって、これらの以前の知見を拡張し、それによって被験者は、温度の外部物理的操作がない場合に、片手の手が他方よりも温度で寒いことを認識するように指示される。これらの口頭での指示は、データ記録中にMR互換のヘッドフォンを介して配信されます。

本研究では、まず、EEG/fMRIデータの同時記録方法を実演する。次に、催眠誘導前後の手の温度測定とともに、EEG/fMRIデータの収集を含むコールドグローブパラダイムを実証します。催眠誘導のための私達の方法は¹によって記述される表意運動の提案を含み、続いてSSHS、形態Cを使用して深さ評価を続ける。催眠誘導後に起こるEEGパワースペクトルの信頼性の高い変化を検出します。また、MRI対応の差動熱測定装置が、同時EEG/fMRIデータ収集セッション中にハンド温度変化を測定できることを実証します。この手順は、本質的な「安静状態」催眠中に起こる脳信号の変化を評価する上で重要な定量的EEG / fMRI測定を提供し、また、変化した熱知覚に対する催眠的提案に応じて信号変化を測定する可能性がある。

Protocol

以下の実験議定書は、UCLA機関審査委員会によって審査され、承認された。実験を進める前に、被験者は、妊娠している可能性のある被験者、18歳未満、またはマシンショーで働いていた人、または金属インプラントを持っていた被験者を除外する電話事前スクリーニングを受けた。左利きの被験者、または精神疾患の既往歴を持つ被験者も対象プールから除外された。その後、参加者は実験当日にカフェイン、薬物、アルコールを控えるよう指示された。実験当日に各参加者から書面によるインフォームド・コンセントと同意の理解が得られました。

1. EEGセンサーネットアプリケーション

EEG データは、256 チャネル MRI 互換測地線センサ ネットを使用して記録されます。電極のインピーダンスレベルは、実験全体を通して約20分間隔で監視(ステップ1.5)を行い、電極が乾燥しておらず、インピーダンスが閾値を下回っていることを確認する必要があります。

1. グラベラ眉の尾根から約2.5cm上の頭の円周を測定することによって、適切なネットサイズを決定します。
2. ハイドロセル塩酸カリウム電解質溶液は、EGIの指示に従って作られました。EEG電気地球用256センサネットを、次いで10分間電解液に浸漬した。
3. 頭部の頂点(Cz)は、鼻とイニオンの中間点を測定し、これを耳前の点を解剖する中間点に合わせることによって決定された。その後、Cz参照電極が頂点点に合うように、EEGネットを配置しました。
4. EGI測地写真測量システム(GPS)を用いて、ヘッドと電極の写真画像を収集し、EEGソース解析に用いるセンサー空間を較正しました。
5. 次いで電極インピーダンスを測定した。頭皮との接触は、閾値を超えるインピーダンスレベルを有する電極についてチェックした。電極の配置を調整し、必要に応じて電極に電解液を追加してインピーダンスを低減した。

2. 催眠前の同時EEG/fMRIおよび温度記録プロトコル

EEGネットが適切に適用された後、被験者はMRスキャナルームに進みます。すべての金属オブジェクトが除去されます。構造MRIおよび機能MRIスキャンはシーメンスAllegra 3Tスキャナで収集されます。各被験者の機能的ベースラインを確立するために、催眠誘導の前に同時にEEG/fMRIデータを収集する。

1. MPRAGE構造スキャン
2. T2一致した帯域幅 - 画像登録に対して良好なコントラストを提供し、その後の機能スキャンと同じメトリック歪みを共有するように設計された特殊なスキャンシーケンスです。
3. 機能スキャン - Tr=2.5秒、TE=40ミリ秒、視野=200mm x 200mm、フリップアングル=90°、解像度=64 x 64 x 28、ボクセルサイズ=3mm3を持つ脳全体の画像を収集するT2*加重エコー平面パルスシーケンス。データは合計5分間収集されます。
4. EEGデータは、5分間の機能的MRI録音中にMR適合電気測地線(EGI)256チャネルシステムを使用して同時に記録され、催眠誘導の前にベースラインEEGを確立する。当社のラボでは、MRアーティファクトとバリストカルジオグラムノイズをリアルタイムで除去するソフトウェアとハードウェアを使用して同時fMRI/EEGコレクションの方法をリアルタイムで開拓しました(詳細については、リファレンス²⁵ を参照してください)。
5. 安静状態スキャンの後、被験者は左手が冷たい氷水のバケツに浸されていることを視覚化するように指示するテープを聴きます。各手の温度差は、以下に説明する当社の差動熱測定装置を使用して定量化されます。

3. 催眠誘導

その後、被験者は薄暗く静かな部屋に快適に座っていました。EEGデータは、催眠誘導および進行性弛緩深化技術の期間を通して記録された。

1. 催眠誘導は、リラクゼーションを引き起こす被験者特定の空間的手がかりを決定するために催眠療法士による簡単なインタビューから始まった。その後、被験者は、視覚化が可能かどうかを判断するために多くの質問を受けました。
2. 催眠療法士はその後、腕の上げ技術として知られている表意文字の提案を使用して誘導を開始しました。この間、催眠療法士は、腕が軽くなっているかのように感じ、ある時点で意志の努力なしに腕が自動的に空中に上昇するという提案を被験者に絶えず与えました。被験者の腕が上がった後、彼らは腕を曲げ、指先で額に触るように指示されました。被験者が従うとすぐに、催眠療法士は被験者に目を閉じて深い眠りのようにリラックスするように頼んだ。
3. 催眠感受性のレベルは、催眠感受性の12ポイントスタンフォードスケール、フォームCテストを介して評価された。
4. 進行性の弛緩の形で深化技術を使用し、被験者をより高いレベルの催眠深さに持ち込んだ。
5. EEGデータは、催眠誘導中に薄暗く照らされた銅シールド室で催眠誘導全体に記録されます。

4. EEG/fMRIデータ収集と差動サーモメトリーポスト催眠誘導

1. 催眠誘導および進行性緩和に続いて、被験者は、MR適合性のEEGセンサーネットを持つMRIスキャン室に再度入り、継続的に設置する。このとき、温度センサを両手首の内側部分にテープでつながれた。その後、リストバンドをテーピングされた温度センサーの上に置き、配置を安定させました。
2. 温度センサーは 図 2の概略図に従って構成する必要があります。較正は実験前に行い、様々な温度の2つの溶液(37°C±5にセンサーチップを浸漬することによって達成した。センサー出力は温度計の読み取り値に対してチェックされました。
3. 被験者は、MR互換のヘッドフォンを介して催眠療法士によって作られた事前に記録されたプログレッシブリラクゼーションテープを聴きます。この間、fMRI データは、ステップ 1.1 で説明したパルスシーケンスに従って収集され、同時に EEG 記録が記録されます。
4. 催眠誘導後の安静状態EEG/fMRIデータの収集は、ステップ2.2-2.4に従って進行する。
5. 催眠療法士は、その後、ステップ2.2-2.5に従って再び進行する後続のEEG / fMRIデータ収集のための「冷たい手袋」の提案を投与する。提案の間、催眠療法士は繰り返し彼らの手が冷たい水風呂に浸かっていることを視覚化し、彼らの左手が指先から手首に徐々に寒くなっていっていたと想像するように被験者に尋ねます。差動熱測定は、このブロック全体に記録されます。

Results

図1 は、代表的なチャネルにおけるEEGパワースペクトル(図1a)が催眠誘導に先立つ覚醒期間中に1,000msec以上の平均値を示す(図1b)。ここでのパターンは、電力と周波数(f)の特徴的な逆相関に従い、 図1c でのフォールオフは、催眠誘導後の同じ被験者から得られたパワースペクトルと深化技術を示している。電力の減衰は、EEGシータとベータサブバンドで見ることができ、全体のプロットはもはや1/fに従っていません図 2 は、アルドゥイノデバイスに結合されたLM34 / LM35精度温度センサーを使用するMRI互換温度センサーの概略を示しています。

図 1.代表的な電極チャネルに対する単一の対象における脳波(EEG)パワースペクトル。(a)255チャンネルEEG電極アレイは、催眠誘導に続く同一電極チャネルにおける青(b)EEGパワースペクトルで示された電力分析のためのチャネル選択の空間位置を有し、かつ(c)催眠誘導と深化技術に続く同じ電極チャネルにおける電力スペクトル。図 1cの右上のバーは、デルタ(0.1~4 Hz)、シータ(4~8Hz)、アルファ(8~12 Hz)、ベータ(12~20 Hz)、ガンマ(20 Hz 以上の周波数)の各 EEG サブバンドの凡例を示しています。

図 2.MRI対応の差動温度センサ構成の概略図。 (上記)差動熱測定回路、以下のサーモメトリー測定プロセスの概要。

Discussion

被験者を催眠¹の状態に誘導するために使用される提案方法には大きなばらつきがあるようだ。ここでは、非ボルションモーターの動きの提案とそれに続くSHSS、フォームCが、EEGパワースペクトルを変更するために使用できることを示しています。我々は、この研究で使用された被験者は過去に催眠術を受けていたが、ハーバード・グループの示唆尺度または他のメカニズムを介して非常に影響を受けやすい対象を見つけ出す試みはなかったことに留意する。我々は、EEG周波数サブバンドの変化の大きさは、4^{を報告されているように}、感受性の主題レベルに応じて変化する可能性が高いと仮定する。

また、同時EEG/fMRIセッション中に発生する可能性のある手の温度変動を測定する設定も実証しました。被験者は最終的にバイオフィードバックの手がかりを使用して催眠なしで手の温度変化を達成することを学ぶことができますが、これは通常、多くのトレーニングセッション²⁶を必要とします。フリッシュホルツとトリオン²⁶ は^、他の人によって報告されたものとは対照的に、冷たい手袋の提案パラダイムを使用して、手の温度と催眠深さの変化との間の関連を複製することができませんでした。この論争を解決するには、追加の作業が必要です。それにもかかわらず、機能的な神経イメージングセッション中に手の温度変化を測定する方法は、催眠誘導後の催眠「コールドグローブ」提案の神経相関を評価するのに有用であることが証明されるかもしれない。

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
精密モノリシック温度センサ	National Semiconductor Corporation	LM34/LM35	100 mV/°C;内±に正確。0.4 °室温のC
精密計装アンプ	ナショナルセミコンダクターコーポレーション	INA114	マグネットルームの一部 I / Oインターフェース
HydroCel Saline	Electrical Geodescis Inc.	N-PRT-KCL-1000-000
256チャンネル高密度電極アレイ付ハイドロセル測地線センサネット	Geodescis Inc.	256チャンネルHCGSN
測地線写真測量システム	Electrical Geodescis Inc.	EGI GPS
ピペット	エレクトリカルジオデシス株式会社	N-ACC-PIP-1000-000