Real-time fMRI Biofeedback Gericht op de orbitofrontale cortex voor besmetting Angst

Het algemene doel van deze procedure is om mensen te trainen in het beheersen van een hersengebied dat betrokken is bij besmettingsangst, en om te onderzoeken of deze training de hersenfunctie verandert en de controle over besmettingsangst verbetert. Dit wordt bereikt door eerst een gebied in de orbitofrontale cortex van de proefpersoon te identificeren dat betrokken is bij besmettingsangst. Dit gebied zal dienen als doelgebied voor een biofeedback-interventie.

De volgende stap is om voorafgaand aan de biofeedback-interventie het angstniveau te beoordelen dat de proefpersoon ervaart als reactie op beelden gerelateerd aan contaminatie, evenals hun patronen van hersenconnectiviteit. Vervolgens wordt de proefpersoon via biofeedback getraind om de doelhersenregio te beheersen. De laatste stap is om vast te stellen of proefpersonen als gevolg van de biofeedback een grotere controle hebben ontwikkeld over hun doelhersenregio en over hun contaminatieangst, en of dergelijke veranderingen geassocieerd zijn met veranderingen in de connectiviteit met de doelhersenregio.

Uiteindelijk zal deze benadering onthullen of real-time fMRI-biofeedback potentiële klinische waarde heeft voor patiënten met een obsessieve-compulsieve stoornis en zal het de neurale basis van contaminatieangst onderzoeken. Real-time fMRI-biofeedback heeft een potentiële therapeutische waarde voor veel verschillende vormen van psychische aandoeningen, omdat het individuen in staat kan stellen aspecten van hun hersenfunctie te beheersen die aanleiding geven tot symptomen.

Hier onderzoeken we of het mensen kan helpen om hun contaminatieangst te beheersen. Indien dit het geval is, kan het klinisch nuttig zijn voor patiënten met een obsessieve-compulsieve stoornis. De hier gepresenteerde aanpak, waarbij biofeedback wordt gecombineerd met beoordelingen van klinische variabelen en hersenconnectiviteit vooraf en na de interventie, kan ook fundamentele vragen in de neurowetenschappen en psychiatrie beantwoorden.

Biofeedback stelt ons in staat om de hersendynamiek te beïnvloeden, waarna we kunnen meten hoe veranderingen in de hersenconnectiviteit leiden tot verschillen in klinische of cognitieve variabelen. Voorafgaand aan de start van dit experiment is een uitgebreide ontwikkeling van stimuli vereist. Er moeten eerst contaminatiegerelateerde en neutrale afbeeldingen worden verzameld en vervolgens worden getest om ervoor te zorgen dat de door deze stimuli opgewekte angst in balans is over de provocatiecondities en dat de angst in de provocatiecondities significant groter is dan in de neutrale condities.

Wanneer de pilotstudies zijn voltooid, moeten potentiële proefpersonen worden geworven en gescreend om gezonde individuen te identificeren die veilig kunnen deelnemen aan MRI-experimenten en die een hoog niveau van contaminatie-angst rapporteren, evenals de wens om te leren deze angst te beheersen. Voor dit experiment komen de proefpersonen op vier afzonderlijke dagen, gepland met intervallen van ongeveer een half week, zodat de volledige studie twee weken in beslag neemt. Het hier getoonde stroomschema schetst het protocol voor elke proefpersoon die echte biofeedbacksessies zal ontvangen.

Er dient een andere proefpersoon te worden geworven die qua leeftijd en geslacht overeenkomt, om vóór elke MR-sessie een sham biofeedback-behandeling te ontvangen. De proefpersonen worden op dag één gescreend op metaal, waarna een structureel beeld met hoge resolutie wordt gemaakt. Vervolgens worden twee runs met functionele data in rusttoestand verzameld, gevolgd door drie localizer-runs van functionele data waarbij de proefpersoon om de 42 seconden afwisselt tussen het bekijken van intense beelden gerelateerd aan contaminatie en neutrale beelden.

Deze localizer-runs worden gebruikt om de regio van de OFC te lokaliseren die wordt geactiveerd door contaminatie-angst. Na de beeldsessies op dag één ontmoeten de proefpersonen de klinisch psycholoog, die expertise heeft in angststoornissen, voor een sessie ter ontwikkeling van een reappraisal-strategie. Het doel van deze sessie is om een geïndividualiseerde cognitieve strategie voor de proefpersoon te ontwikkelen waarmee zij enige initiële controle krijgen over de activiteit in hun orbitofrontale cortex.

Deze strategieën voor het verhogen of verlagen van de OFC-activiteit zijn uitsluitend bedoeld om een eerste, beperkte mogelijkheid tot controle over de OFC te bieden. Tijdens de biofeedbacksessies krijgen de proefpersonen de kans om te experimenteren met hun cognitieve strategieën en directe feedback te ontvangen, waardoor zij een toenemende controle over de OFC kunnen ontwikkelen. Vervolgens worden de gegevens die zijn verzameld tijdens de localizer van dag één geanalyseerd voorafgaand aan de sessie van dag twee.

De resulterende teamkaart geeft aan welke hersengebieden actiever waren wanneer de proefpersoon beelden gerelateerd aan contaminatie bekeek dan wanneer deze neutrale beelden bekeek. De bovenste 30 pixels in deze TM-kaart die zich bevinden binnen de OFC of het aangrenzende frontale poolgebied, worden geselecteerd om het specifieke doelgebied van de OFC van die proefpersoon te representeren voor de komende biofeedback-scans. Dit gebied wordt vervolgens vanuit de functionele ruimte vertaald naar de anatomische ruimte via een rigide registratie met nearest neighbor-interpolatie.

Er is ook een controlegebied gedefinieerd dat alle witte stof in de hersenen omvat en dat vanuit de MNI-hersenen naar dezelfde ruimte wordt vertaald. Deze twee gebieden zullen door het real-time analyseprogramma worden gebruikt tijdens de biofeedbacksessie op dag twee. Op de tweede dag van het experiment nemen de proefpersonen eerst deel aan een beoordelingssessie buiten de magneet.

Voor elke assessmentsessie krijgen de proefpersonen mondelinge instructies om te proberen hun angst te minimaliseren tijdens het bekijken van de komende beelden die gerelateerd zijn aan contaminatie. Vervolgens worden zij via gedetailleerde instructies op het scherm gevraagd om het niveau van contaminatie-gerelateerde angst te rapporteren dat zij ervaren als reactie op de beelden. De galvanische huidrespons wordt gelijktijdig gemonitord.

Proefpersonen nemen vervolgens deel aan een 1,5 uur durende real-time fMRI-biofeedbacksessie. De sessie begint met het verzamelen van axiale anatomische beelden in dezelfde slice-locaties als de functionele gegevens. Daarna wordt er een functionele referentiescan verzameld.

De twee regio's van belang worden vertaald naar de functionele ruimte van de huidige sessie via een concatenatie van twee rigide registraties. De eerste registratie brengt de regio's over van de anatomische ruimte van dag één naar de anatomische ruimte van dag twee. De tweede registratie brengt de regio's over van de anatomische ruimte van dag twee naar de ruimte van de functionele referentiescan van dag twee.

Terwijl de regio's worden geregistreerd, worden er twee functionele runs verzameld die worden aangeduid als controle-taakruns. Deze runs maken geen gebruik van biofeedback, maar worden gebruikt om het vermogen van proefpersonen om de activiteit binnen hun OFC-regio van belang te beheersen te beoordelen wanneer zij worden blootgesteld aan beelden gerelateerd aan contaminatie. Terwijl ze in de scanner liggen, bekijken de proefpersonen beelden met een pijl die omhoog of omlaag wijst voor beelden gerelateerd aan contaminatie, of vooruit voor neutrale beelden.

Proefpersonen krijgen de instructie om de activiteit in hun OFC te proberen te verhogen wanneer de pijl omhoog wijst, de activiteit in hun OFC te proberen te verlagen wanneer deze omlaag wijst, en simpelweg te ontspannen wanneer de pijl naar rechts wijst. De pijl en de afbeelding veranderen elke 26 seconden en wisselen af tussen de drie condities nadat de controletaak is uitgevoerd en wanneer de doelregio en de controleregio zijn geregistreerd in de huidige functionele ruimte. Afhankelijk van de proefpersoon worden er zes biofeedback-runs of sham-biofeedback-runs uitgevoerd.

De biofeedback-runs worden gebruikt om proefpersonen te trainen in het beheersen van de activiteit in hun O-F-C-R-O-I. Deze zijn vergelijkbaar met de control-task-runs, behalve dat proefpersonen onderaan het scherm feedback ontvangen over hun succes bij het beheersen van het hersengebied. De hier getoonde biofeedback-weergave is versneld, maar weerspiegelt verder exact wat een proefpersoon tijdens de biofeedback zag.

Sham-biofeedbackruns zullen identiek zijn aan de biofeedbackruns, behalve dat proefpersonen het verloop van de activiteit in de OFC bekijken van een biofeedbackrun van een eerdere proefpersoon met een overeenkomstige leeftijd en hetzelfde geslacht, in de mate waarin de biofeedbackproefpersoon in staat was om de activiteit in de OFC te controleren. De sham-proefpersoon zal tijdens de sham-runs even succesvol lijken, wat resulteert in vergelijkbare indrukken van succes. Ten slotte worden er voor elke proefpersoon nog twee extra controletaakruns verzameld.

Daarna moeten de proefpersonen op dag drie terugkeren voor een scansessie die identiek is aan die van dag twee, maar met gebruik van afzonderlijke, overeenkomstige sets stimuli; op dag vier nemen de proefpersonen deel aan een laatste assessmentsessie. Vervolgens volgt een laatste MR-beeldvormingssessie van één uur waarin rusttoestand-functionele connectiviteitsgegevens worden verzameld, nadat de gegevens voor alle proefpersonen zijn verzameld. Proefpersonen die echte biofeedback ontvingen, kunnen worden vergeleken met proefpersonen die sham-biofeedback ontvingen om vast te stellen of zij een grotere controle over hun doelregio hebben ontwikkeld en of dit hen in staat stelde om een grotere controle over hun contaminatieangst uit te oefenen.

Veranderingen in contaminatieangst bij biofeedback-proefpersonen zijn gerelateerd aan veranderingen in de controle over hun doelregio en aan veranderingen in functionele connectiviteitspatronen. Hier zien we een screenshot van het visuele display van een van de laatste biofeedback-runs van een proefpersoon die succesvol controle over de OFC heeft verkregen. De run eindigt met de neutrale conditie, waardoor de pijl wit is en naar voren wijst.

Deze proefpersoon vertoonde ook een grotere controle over hun contaminatieangst, wat bleek uit lagere angstscores tijdens de beoordelingssessie na de interventie, en had een grotere controle over hun orbitofrontale cortex tijdens de runs van de controletaak. Deze methode heeft een groot potentieel in de psychiatrie, zowel als klinische behandeling als onderzoeksinstrument voor het bestuderen van de neurale substraten die ten grondslag liggen aan klinische symptomen.