오염 불안에 대한 Orbitofrontal 접속을 타겟팅 실시간 fMRI의 생체 자기 제어 중이죠

본 절차의 전반적인 목표는 오염 불안과 관련된 뇌 영역을 조절하도록 피험자를 훈련시키고, 이러한 훈련이 뇌 기능을 변화시키고 오염 불안에 대한 조절 능력을 향상시키는지 확인하는 것입니다. 이는 먼저 피험자의 안와전두피질에서 오염 불안과 관련된 영역을 식별함으로써 수행됩니다. 해당 영역은 바이오피드백 중재의 표적 영역이 됩니다.

다음 단계는 바이오피드백 중재 전, 피험자가 오염 관련 이미지에 반응하여 경험하는 불안 수준과 뇌 연결성 패턴을 평가하는 것입니다. 그 후 피험자는 바이오피드백을 통해 표적 뇌 영역을 조절하도록 훈련받습니다. 마지막 단계는 바이오피드백의 결과로 피험자가 표적 뇌 영역과 오염 불안에 대해 더 큰 조절 능력을 발달시켰는지, 그리고 이러한 변화가 표적 뇌 영역의 연결성 변화와 관련이 있는지를 평가하는 것입니다.

궁극적으로, 이러한 접근 방식은 실시간 FMRI 바이오피드백이 강박 장애 환자에게 잠재적인 임상적 가치가 있는지 밝혀내고, 오염 불안의 신경학적 기초를 탐구할 것입니다. 실시간 FMRI 바이오피드백은 개인이 증상을 유발하는 뇌 기능의 측면을 조절할 수 있게 함으로써, 다양한 형태의 정신 질환에 대해 잠재적인 치료 가치를 가집니다.

본 연구에서는 이것이 사람들의 오염 불안을 조절하는 데 도움이 될 수 있는지 조사합니다. 만약 그렇다면, 이는 강박 장애 환자들에게 임상적으로 유용할 수 있습니다. 바이오피드백과 임상 변수 및 뇌 연결성의 사전 및 사후 평가를 결합하여 제시된 이 접근 방식은 신경과학 및 정신의학의 기본적인 문제들도 해결할 수 있습니다.

바이오피드백을 통해 뇌 역학을 변화시킬 수 있으며, 이를 통해 뇌 연결성의 변화가 임상적 또는 인지적 변수의 차이를 어떻게 유발하는지 측정할 수 있습니다. 이 실험을 시작하기 전, 광범위한 자극물 개발이 필요합니다. 먼저 오염 관련 이미지와 중립 이미지를 수집한 후, 이러한 자극으로 유발된 불안감이 유발 조건 전반에서 균형을 이루는지, 그리고 유발 조건에서의 불안감이 중립 조건보다 유의미하게 더 높은지 확인하기 위해 사전 테스트를 수행해야 합니다.

파일럿 연구가 완료되면, MRI 실험에 안전하게 참여할 수 있고 오염 불안 수준이 높으며 해당 불안을 조절하는 법을 배우고자 하는 건강한 개인을 식별하기 위해 잠재적 피험자를 모집하고 스크리닝해야 합니다. 본 실험의 피험자들은 전체 연구를 완료하는 데 2주가 소요되도록 약 0.5주 간격으로 예정된 서로 다른 4일 동안 방문합니다. 여기 제시된 흐름도는 실제 바이오피드백 세션을 제공받을 각 피험자에 대한 프로토콜을 개략적으로 보여줍니다.

매 MR 세션 전에 가짜 바이오피드백을 받기 위해 연령과 성별이 일치하는 또 다른 피험자를 모집해야 합니다. 첫 번째 날에는 고해상도 구조 영상을 촬영하며, 피험자의 금속 물질 소지 여부를 스크리닝합니다. 그런 다음 두 번의 휴지기 기능적 데이터 런을 수집하고, 이어서 피험자가 42초 간격으로 심한 오염 관련 이미지와 중립 이미지를 번갈아 보는 세 번의 국소화 기능적 데이터 런을 수행합니다.

이러한 로컬라이저 실행은 오염 불안에 의해 활성화되는 OFC 영역을 국소화하는 데 사용됩니다. 1일 차 영상 촬영 세션 후, 피험자는 불안 장애 전문 지식을 갖춘 임상 심리학자와 만나 재평가 전략 개발 세션을 진행합니다. 이 세션의 목적은 피험자가 자신의 안와전두피질 활동을 초기부터 어느 정도 제어할 수 있도록 돕는 개인별 맞춤형 인지 전략을 개발하는 것입니다.

OFC 활성도를 높이거나 낮추기 위한 이러한 전략들은 OFC를 제어할 수 있는 초기 수준의 제한적인 능력을 제공하는 것에 목적이 있습니다. 바이오피드백 세션 동안 피험자들은 자신의 인지 전략을 실험하고 직접적인 피드백을 받을 기회를 가지며, 이를 통해 OFC에 대한 제어 능력을 점진적으로 향상시킬 수 있습니다. 다음으로, 1일 차 로컬라이저(localizer)에서 수집된 데이터를 2일 차 세션 전에 분석합니다.

결과로 도출된 팀 맵(team map)은 피험자가 중립 이미지보다 오염 관련 이미지를 보았을 때 뇌의 어느 영역이 더 활성화되었는지를 나타냅니다. OFC 또는 인접한 전두극 영역 내에 위치한 이 TM 맵의 상위 30개 픽셀을 선택하여, 향후 진행될 바이오피드백 스캔을 위한 해당 피험자의 OFC 표적 영역으로 설정합니다. 이후 이 영역은 최근접 이웃 보간법(nearest neighbor interpolation)을 이용한 강체 등록(rigid registration)을 통해 기능적 공간에서 해부학적 공간으로 변환됩니다.

대조 영역은 뇌의 모든 백질을 포함하도록 정의되었으며, MNI 뇌 좌표계로부터 동일한 공간으로 변환되었습니다. 이 두 영역은 실험 2일 차의 실시간 바이오피드백 세션 동안 분석 프로그램에서 사용됩니다. 실험 2일 차에 피험자들은 먼저 마그넷 외부 평가 세션에 참여합니다.

각 평가 세션 전에, 피험자들에게 곧 제시될 오염 관련 이미지를 보는 동안 불안감을 최소화하도록 구두로 지시합니다. 다음으로, 화면에 표시되는 상세한 지침에 따라 이미지에 반응하여 느끼는 오염 관련 불안 수준을 보고하도록 안내합니다. 이때 전기 피부 반응을 동시에 모니터링합니다.

그 후 피험자들은 1.5시간 동안 실시간 FMRI 바이오피드백 세션에 참여합니다. 세션은 기능적 데이터와 동일한 단면 위치에서 축상 해부학적 영상을 수집하는 것으로 시작됩니다. 그다음으로 기능적 참조 스캔을 수집합니다.

두 관심 영역은 두 번의 강체 등록(rigid registration)을 결합하여 현재 세션의 기능적 공간으로 변환됩니다. 첫 번째 등록은 영역을 1일 차의 해부학적 공간에서 2일 차의 해부학적 공간으로 매핑합니다. 두 번째 등록은 영역을 2일 차의 해부학적 공간에서 2일 차 기능적 참조 스캔의 공간으로 매핑합니다.

영역 등록이 진행되는 동안, 대조 과제 실행(control task runs)이라 불리는 두 번의 기능적 실행 데이터가 수집됩니다. 이 실행 과정에는 바이오피드백이 포함되지 않으며, 오염 관련 이미지에 노출되었을 때 피험자가 자신의 OFC 관심 영역 내 활동을 제어할 수 있는 능력을 평가하는 데 사용됩니다. 피험자는 스캐너 내부에서 오염 관련 이미지의 경우 위 또는 아래를 가리키는 화살표가 포함된 이미지를 보고, 중립 이미지의 경우 앞으로 향하는 화살표가 포함된 이미지를 봅니다.

피험자들은 화살표가 위를 가리킬 때는 자신의 OFC 활동을 증가시키려 노력하고, 아래를 가리킬 때는 OFC 활동을 감소시키려 노력하며, 오른쪽을 가리킬 때는 단순히 이완하도록 안내받습니다. 대조 과제가 실행되고 표적 영역과 대조 영역이 현재의 기능적 공간으로 등록된 후, 화살표와 사진은 세 가지 조건으로 교차하며 26초마다 변경됩니다. 피험자에 따라 6회의 바이오피드백 런 또는 가짜 바이오피드백 런이 수행됩니다.

바이오피드백 실행 단계는 피험자가 자신의 O-F-C-R-O-I 내 활동을 조절하도록 훈련하는 데 사용됩니다. 이는 피험자가 뇌 영역 조절 성공 여부에 대해 화면 하단에서 피드백을 받는다는 점을 제외하고는 대조 과제 실행 단계와 유사합니다. 여기에 표시된 바이오피드백 화면은 속도가 빠르게 처리되었으나, 그 외에는 피험자가 바이오피드백 중에 본 내용을 그대로 반영하고 있습니다.

위약(Sham) 바이오피드백 실행은 바이오피드백 실행과 동일하게 진행되나, 피험자는 이전의 연령 및 성별이 일치하는 피험자의 OFC 활동 시간 경과를 보게 되며, 그 정도는 바이오피드백 피험자가 OFC 활동을 제어할 수 있었던 수준에 맞추어 제시됩니다. 위약 피험자 역시 위약 실행 동안 동일하게 성공적인 것처럼 보이게 하여, 성공에 대한 유사한 인상을 갖도록 합니다. 마지막으로, 각 피험자당 두 번의 대조 작업 실행을 추가로 수집합니다.

그 후 피험자들은 3일 차에 돌아와 2일 차와 동일한 스캐닝 세션을 진행해야 하며, 4일 차에는 별도의 매칭된 자극 세트를 사용하여 최종 평가 세션에 참여해야 합니다. 모든 피험자의 데이터 수집이 완료된 후, 휴식 상태 기능적 연결성 데이터를 수집하는 마지막 1시간의 MR 영상 세션을 진행합니다. 실제 바이오피드백을 받은 피험자와 가짜 바이오피드백을 받은 피험자를 대조하여, 대상 영역에 대해 더 큰 제어 능력을 발달시켰는지와 그것이 오염 불안을 더 효과적으로 조절할 수 있게 했는지를 판단할 수 있습니다.

바이오피드백 피험자의 오염 불안 변화는 타겟 영역에 대한 조절 능력의 변화 및 기능적 연결성 패턴의 변화와 관련이 있습니다. 여기서는 OFC를 성공적으로 조절한 피험자의 마지막 바이오피드백 실행 중 하나에서 나타난 시각적 디스플레이의 스크린샷을 볼 수 있습니다. 해당 실행은 중립 조건으로 종료되었으므로 화살표는 흰색이며 앞을 향하고 있습니다.

이 피험자는 중재 후 평가 세션에서 더 낮은 불안 등급을 보임으로써 오염 불안에 대해 더 높은 조절 능력을 나타냈으며, 제어 과제 수행 중에 안와전두피질을 더 잘 조절하였습니다. 이 방법은 임상적 치료제로서뿐만 아니라 임상 증상의 기저가 되는 신경 기질을 조사하기 위한 연구 도구로서 정신의학 분야에서 큰 잠재력을 가지고 있습니다.