汚染の不安のために眼窩前頭皮質をターゲットに、リアルタイムfMRIのバイオフィードバック

この手順の全体的な目的は、汚染不安に関与する脳領域を制御するためのトレーニングを行い、このトレーニングが脳機能を変え、汚染不安に対する制御能を向上させるかを確認することです。これは、まず被験者の眼窩前頭皮質において汚染不安に関与する領域を特定することによって達成されます。そこがバイオフィードバック介入のターゲット領域となります。

次のステップは、バイオフィードバック介入に先立ち、汚染に関連する画像に対する被験者の不安レベルと、脳のコネクティビティパターンを評価することです。その後、被験者はバイオフィードバックを通じて、標的となる脳領域を制御するためのトレーニングを受けます。最終ステップでは、バイオフィードバックの結果として、被験者が標的脳領域および汚染不安に対してより高い制御能を習得したか、また、そのような変化が標的脳領域へのコネクティビティの変化に関連しているかを確認します。

最終的に、このアプローチにより、リアルタイムfMRIのバイオフィードバックが強迫性障害の患者にとって臨床的価値を持つかどうかが明らかになり、汚染不安の神経学的基盤が探究されることになります。リアルタイムfMRIバイオフィードバックは、個々人が症状を引き起こす脳機能の側面を制御することを可能にするため、多くの異なる形態の精神疾患に対して治療的な価値を持つ可能性があります。

ここでは、本手法が人々の汚染恐怖（contamination anxiety）のコントロールに寄与するかどうかを検討します。もし有効であれば、強迫性障害の患者にとって臨床的に有用である可能性があります。バイオフィードバックと、臨床変数および脳コネクティビティの前後の評価を組み合わせた本アプローチは、神経科学および精神医学における基礎的な疑問の解決にもつながります。

バイオフィードバックを用いることで脳ダイナミクスを変化させることができ、その結果、脳のコネクティビティの変化が臨床的または認知的変数にどのような差をもたらすかを測定することが可能です。本実験を開始する前に、広範な刺激の開発を行う必要があります。まず、汚染に関連する画像と中立的な画像を収集し、その後、これらの刺激によって誘発される不安が挑発条件間で均衡していること、および挑発条件での不安が中立条件よりも有意に高いことを確認するためのパイロットテストを実施しなければなりません。

パイロットスタディの完了後、MRI実験に安全に参加でき、かつ高いレベルの汚染不安を報告し、その不安をコントロールする方法を学びたいと希望する健康な被験者を募集し、スクリーニングして特定する必要があります。本実験では、被験者は約半週間隔でスケジュールされた4回に分けて来院し、研究全体を完了するまでに2週間を要します。ここに提示するフローチャートは、実際のバイオフィードバックセッションを受ける各被験者のプロトコルの概要を示したものです。

各MRセッションの前に偽のバイオフィードバックを受けるため、年齢と性別を一致させた別の被験者をリクルートする必要があります。1日目には、金属のスクリーニングと高解像度の構造像の撮影を行います。その後、安静時機能的データのランを2回収集し、続いて機能的データのローカライザーランを3回行います。このローカライザーランでは、被験者に汚染に関連した強い刺激画像と中立的な画像を42秒間隔で交互に提示します。

これらのローカライザー実行は、汚染不安によって活性化されるOFCの領域を特定するために用いられます。1日目のイメージングセッションの後、被験者は不安障害を専門とする臨床心理士と面談し、再評価戦略の開発セッションに参加します。このセッションの目的は、被験者が自身の眼窩前頭皮質（OFC）の活動をある程度制御できるようにするための、個別の認知戦略を開発することです。

これらのOFC活性を上昇または低下させるための戦略は、あくまでOFCを制御するための初期の限定的な能力を提供することを目的としています。バイオフィードバックセッションを通じて、被験者は自身の認知的戦略を試行し、直接的なフィードバックを受けることで、OFCに対する制御力を向上させることができます。次に、1日目のsロカライザーで収集されたデータを、2日目のセッション前に分析します。

得られたチームマップ（TMマップ）は、被験者が中立的な画像を見たときよりも、汚染に関連する画像を見たときに、脳のどの領域がより活性化したかを示しています。このTMマップにおいて、OFCまたは隣接する前頭極領域内に位置する上位30ピクセルが、その被験者の今後のバイオフィードバックスキャンのためのOFC標的領域として選択されます。その後、この領域は、最近傍補間を用いたリジッドレジストレーションにより、機能的空間から解剖学的空間へと変換されます。

コントロール領域として、脳内のすべての白質を含む領域を定義し、MNI脳から同じ空間に変換します。これら2つの領域は、2日目のバイオフィードバックセッションにおいて、リアルタイム解析プログラムで使用されます。実験の2日目に、被験者はまずマグネット外でのアセスメントセッションに参加します。

各評価セッションの前に、被験者はこれから提示される汚染に関連した画像を見る際、不安を最小限に抑えるよう口頭で指示されます。次に、画像に対する汚染関連不安のレベルを報告するよう、画面上の詳細な指示に従います。同時に、皮膚電気反応のモニタリングが行われます。

その後、被験者は1.5時間のリアルタイムfMRIバイオフィードバックセッションに参加します。セッションはまず、機能的データと同じスライス位置で軸方向の解剖学的画像の収集から始まります。次に、機能的リファレンススキャンを収集します。

2つの関心領域は、2つの剛体レジストレーションを連結させることで、現在のセッションの機能的空間へと変換されます。1つ目のレジストレーションでは、領域を1日目の解剖学的空間から2日目の解剖学的空間へとマッピングします。2つ目のレジストレーションでは、領域を2日目の解剖学的空間から2日目の機能的リファレンススキャンの空間へとマッピングします。

領域のレジストレーションが行われている間に、コントロールタスクランとして参照される2つの機能的ランが収集されます。これらのランではバイオフィードバックは行われませんが、汚染に関連した画像にさらされた際に、被験者が自身のOFC関心領域内の活動を制御できる能力を評価するために使用されます。スキャナー内において、被験者は、汚染に関連した画像には上または下を指す矢印が、中立的な画像には前方を指す矢印が表示された画像を視聴します。

被験者は、矢印が上を向いたときにOFCの活動を高めるよう努め、下を向いたときにはOFCの活動を下げるよう努め、右を向いたときには単にリラックスするように指示されます。コントロールタスクが実行され、ターゲット領域とコントロール領域が現在の機能空間にレジストレーションされた後、矢印と画像は26秒ごとに切り替わり、3つの条件が交互に提示されます。被験者に応じて、6回のバイオフィードバックランまたはシャム・バイオフィードバックランが行われます。

バイオフィードバック・ランは、被験者が自身のO-F-C-R-O-Iの活動を制御できるように訓練するために用いられます。これらはコントロールタスク・ランと同様ですが、被験者が脳領域の制御に成功したかどうかのフィードバックが画面下部に表示される点が異なります。ここに示されているバイオフィードバックの表示は速度を上げていますが、それ以外は被験者がバイオフィードバック中に実際に見た内容を正確に反映しています。

シャム・バイオフィードバック・ランは、バイオフィードバック・ランと同一に行われますが、被験者が目にするOFCの活動の時間経過は、バイオフィードバック被験者がOFCの活動を制御できた程度に応じて、年齢と性別を一致させた別の被験者の過去のバイオフィードバック・ランから提示される点が異なります。これにより、シャム被験者もシャム・ラン中に同様に成功しているように見え、結果として成功に対する同様の印象が得られます。最後に、各被験者についてさらに2回のコントロールタスク・ランを実施し、データを収集します。

その後、被験者は3日目に、2日目と同様のスキャニングセッションのために再来院します。ただし、4日目には、それぞれに適合させた別の刺激セットを用いて、最終評価セッションに参加する必要があります。全被験者のデータ収集が完了した後、安静時機能的結合データを収集するための最後の1時間のMRイメージングセッションを行います。本物のバイオフィードバックを受けた被験者と、シャム（擬似）バイオフィードバックを受けた被験者を対照させることで、標的領域に対する制御能が向上したか、またそれによって汚染不安をより強く制御できるようになったかを確認します。

バイオフィードバック被験者における汚染不安の変化は、標的領域の制御能の変化および機能的結合パターンの変化に関連しています。ここでは、OFCの制御に成功した被験者の、最終的なバイオフィードバックランの1つの視覚ディスプレイのスクリーンショットを示します。このランはニュートラル条件で終了するため、矢印は白色で前方を向いています。

この被験者は、介入後の評価セッションにおける不安評価値の低下に示されるように、汚染不安をより適切にコントロールできるようになり、コントロールタスクの実行中には眼窩前頭皮質をより強く制御していました。本手法は、精神医学において、臨床治療としてだけでなく、臨床症状の根底にある神経基盤を調査するための研究ツールとしても大きな可能性を秘めています。