Biofeedback fMRI w czasie rzeczywistym ukierunkowany na korę oczodołowo-czołową w leczeniu lęku przed zanieczyszczeniem

Ogólnym celem tej procedury jest przeszkolenie osób w kontrolowaniu obszaru mózgu zaangażowanego w lęk przed zanieczyszczeniem oraz sprawdzenie, czy szkolenie to zmienia funkcje mózgu i poprawia kontrolę nad lękiem przed zanieczyszczeniem. Osiąga się to poprzez wstępną identyfikację obszaru w korze oczodołowo-czołowej badanego, który bierze udział w generowaniu lęku przed zanieczyszczeniem. Obszar ten będzie stanowił obszar docelowy dla interwencji biofeedback.

Kolejnym krokiem jest ocena poziomu lęku, którego badany doświadcza w reakcji na obrazy związane z kontaminacją, a także analiza wzorców łączności mózgowej przed interwencją biofeedbacku. Następnie badany jest szkolony za pomocą biofeedbacku w zakresie kontrolowania docelowego obszaru mózgu. Ostatnim etapem jest ocena, czy w wyniku biofeedbacku badani uzyskali większą kontrolę nad docelowym obszarem mózgu oraz nad lękiem przed kontaminacją, oraz czy zmiany te wiążą się ze zmianami w łączności z docelowym obszarem mózgu.

Ostatecznie podejście to pozwoli ustalić, czy biofeedback fMRI w czasie rzeczywistym ma potencjalną wartość kliniczną dla pacjentów z zaburzeniami obsesyjno-kompulsyjnymi oraz zbada neuronalne podstawy lęku przed zanieczyszczeniem. Biofeedback fMRI w czasie rzeczywistym ma potencjalną wartość terapeutyczną w wielu różnych formach chorób psychicznych, ponieważ może umożliwić osobom chorym kontrolowanie aspektów funkcjonowania mózgu, które wywołują objawy.

W niniejszej pracy badamy, czy może to pomóc ludziom w kontrolowaniu lęku przed zanieczyszczeniem. Jeśli tak, metoda ta może być przydatna klinicznie dla pacjentów z zaburzeniami obsesyjno-kompulsyjnymi. Przedstawione tutaj podejście, łączące biofeedback z oceną zmiennych klinicznych i łączności mózgowej przed i po interwencji, może również służyć do odpowiedzi na podstawowe pytania z zakresu neuronauki i psychiatrii.

Biofeedback pozwala nam na modyfikację dynamiki mózgu, co umożliwia pomiar tego, w jaki sposób zmiany w łączności mózgowej wpływają na różnice w zmiennych klinicznych lub poznawczych. Przed rozpoczęciem tego eksperymentu konieczne jest przeprowadzenie szeroko zakrojonego procesu opracowania bodźców. Należy najpierw zebrać obrazy neutralne oraz obrazy związane z kontaminacją, a następnie przeprowadzić badanie pilotażowe, aby upewnić się, że lęk wywoływany przez te bodźce jest zrównoważony we wszystkich warunkach prowokacji oraz że lęk w warunkach prowokacji jest istotnie większy niż w warunkach neutralnych.

Po zakończeniu badań pilotażowych należy zrekrutować i przebadać potencjalnych uczestników, aby zidentyfikować zdrowe osoby, które mogą bezpiecznie brać udział w eksperymentach MRI oraz zgłaszają wysoki poziom lęku przed zanieczyszczeniem i chęć nauczenia się kontrolowania tego lęku. W tym eksperymencie uczestnicy przychodzą w cztery oddzielne dni, zaplanowane w odstępach około połowy tygodnia, tak aby całe badanie trwało dwa tygodnie. Przedstawiony tutaj schemat blokowy opisuje protokół dla każdego uczestnika, który weźmie udział w rzeczywistych sesjach biofeedbacku.

Należy zrekrutować kolejnego uczestnika, dopasowanego pod względem wieku i płci, który będzie otrzymywał pozorowany biofeedback przed każdą sesją MR. W pierwszym dniu uczestnicy przechodzą badanie w kierunku obecności metalu, a następnie wykonywany jest obraz strukturalny o wysokiej rozdzielczości. Następnie gromadzone są dwa przebiegi funkcjonalnych danych w stanie spoczynku, po których następują trzy przebiegi lokalizacyjne danych funkcjonalnych, podczas których uczestnik naprzemiennie ogląda obrazy związane z silnym zanieczyszczeniem oraz obrazy neutralne w odstępach 42 s.

Te przebiegi lokalizacyjne służą do zlokalizowania obszaru OFC aktywowanego przez lęk przed zanieczyszczeniem. Po pierwszym dniu sesji obrazowania badani spotykają się z psychologiem klinicznym specjalizującym się w zaburzeniach lękowych w celu opracowania strategii reappraisal. Celem tej sesji jest opracowanie zindywidualizowanej strategii poznawczej dla badanego, która zapewni mu wstępną kontrolę nad aktywnością w korze oczodołowo-czołowej.

Strategie te, służące zwiększaniu lub zmniejszaniu aktywności OFC, mają na celu jedynie zapewnienie początkowej, ograniczonej możliwości kontroli nad OFC. Podczas sesji biofeedbacku badani będą mieli możliwość eksperymentowania z własnymi strategiami poznawczymi i otrzymywania bezpośredniej informacji zwrotnej, co pozwoli im na stopniowe zwiększanie kontroli nad OFC. Następnie dane zebrane podczas pierwszego dnia w ramach lokalizatora są analizowane przed rozpoczęciem sesji drugiego dnia.

Wynikowa mapa zespołowa wskazuje, które obszary mózgu były bardziej aktywne, gdy badany oglądał obrazy związane z kontaminacją, niż gdy oglądał obrazy neutralne. 30 pikseli o najwyższej wartości na tej mapie TM, zlokalizowanych w obrębie OFC lub przyległego obszaru polarnego płata czołowego, zostaje wybranych, aby reprezentować docelowy obszar OFC danego badanego w nadchodzących skanach biofeedbacku. Obszar ten jest następnie przenoszony z przestrzeni funkcjonalnej do przestrzeni anatomicznej za pomocą sztywnej rejestracji z interpolacją najbliższego sąsiada.

Zdefiniowano również obszar kontrolny obejmujący całą istotę białą mózgu, który został przeniesiony do tej samej przestrzeni z mózgu MNI. Te dwa obszary zostaną wykorzystane przez program analizy w czasie rzeczywistym podczas sesji biofeedbacku w drugim dniu. Drugiego dnia eksperymentu badani uczestniczą najpierw w sesji oceny poza magnesem.

Przed każdą sesją oceny badani otrzymują ustne instrukcje, aby spróbować zminimalizować lęk podczas oglądania nadchodzących obrazów związanych z kontaminacją. Następnie, zgodnie ze szczegółowymi instrukcjami wyświetlanymi na ekranie, są proszeni o zgłoszenie poziomu lęku związanego z kontaminacją, jaki odczuwają w odpowiedzi na obrazy. Równolegle monitorowana jest reakcja skórno-galwaniczna.

Następnie badani biorą udział w 1,5-godzinnej sesji biofeedbacku fMRI w czasie rzeczywistym. Sesja rozpoczyna się od zgromadzenia osiowych obrazów anatomicznych w tych samych lokalizacjach przekrojów, co w przypadku danych funkcjonalnych. Następnie pobierany jest funkcjonalny skan referencyjny.

Dwa obszary zainteresowania są przenoszone do przestrzeni funkcjonalnej bieżącej sesji poprzez konkatenację dwóch sztywnych rejestracji. Pierwsza rejestracja mapuje obszary z przestrzeni anatomicznej pierwszego dnia do przestrzeni anatomicznej drugiego dnia. Druga rejestracja mapuje obszary z przestrzeni anatomicznej drugiego dnia do przestrzeni funkcjonalnego skanu referencyjnego drugiego dnia.

Podczas rejestracji obszarów gromadzone są dwa przebiegi funkcyjne, określane jako przebiegi zadania kontrolnego. Przebiegi te nie obejmują biofeedbacku, lecz służą do oceny zdolności badanych do kontrolowania aktywności w obrębie ich obszaru zainteresowania w OFC podczas ekspozycji na obrazy związane z kontaminacją. Podczas przebywania w skanerze badani oglądają obrazy ze strzałką skierowaną w górę lub w dół w przypadku obrazów związanych z kontaminacją oraz strzałką skierowaną do przodu w przypadku obrazów neutralnych.

Badani otrzymują instrukcję, aby starać się zwiększyć aktywność w obszarze OFC, gdy strzałka wskazuje w górę, starać się zmniejszyć aktywność w OFC, gdy wskazuje w dół, oraz po prostu odpoczywać, gdy strzałka wskazuje w prawo. Strzałka i obraz zmieniają się co 26 sekund, naprzemiennie przechodząc przez trzy warunki po wykonaniu zadania kontrolnego oraz po zarejestrowaniu obszaru docelowego i obszaru kontrolnego w aktualnej przestrzeni funkcjonalnej. W zależności od badanego przeprowadza się sześć serii biofeedbacku lub sześć serii pozorowanego biofeedbacku.

Serie biofeedbacku służą do trenowania badanych w kontrolowaniu aktywności w ich O-F-C-R-O-I. Są one podobne do serii zadań kontrolnych, z wyjątkiem tego, że badani otrzymują w dolnej części ekranu informację zwrotną dotyczącą sukcesu w kontrolowaniu obszaru mózgu. Przedstawiony tutaj wyświetlacz biofeedbacku został przyspieszony, ale poza tym dokładnie odzwierciedla to, co badany widział podczas sesji biofeedbacku.

Przebiegi pozornego biofeedbacku będą identyczne z przebiegami właściwego biofeedbacku, z tą różnicą, że badani będą widzieć przebieg czasowy aktywności w OFC z wcześniejszego przebiegu biofeedbacku u osób dopasowanych pod względem wieku i płci, w stopniu odpowiadającym temu, w jakim osoba poddawana biofeedbackowi była w stanie kontrolować aktywność w OFC. Osoba w grupie pozornej będzie sprawiać wrażenie równie skutecznej podczas przebiegów pozornych, co doprowadzi do podobnych wrażeń sukcesu. Na koniec, dla każdego badanego zbierane są dwa dodatkowe przebiegi zadania kontrolnego.

Następnie badani powinni powrócić w trzecim dniu na sesję skanowania identyczną z tą z drugiego dnia, jednak z użyciem oddzielnych, dopasowanych zestawów bodźców; w czwartym dniu badani powinni wziąć udział w końcowej sesji oceny. Po zebraniu danych od wszystkich uczestników przeprowadzana jest ostatnia, jednogodzinna sesja obrazowania MR, podczas której gromadzone są dane dotyczące funkcjonalnej łączności w stanie spoczynku. Osoby, które otrzymały rzeczywisty biofeedback, można zestawić z osobami, które otrzymały biofeedback pozorowany (sham), aby określić, czy rozwinęły one większą kontrolę nad docelowym obszarem i czy pozwoliło im to na sprawowanie większej kontroli nad lękiem przed zanieczyszczeniem.

Zmiany w lęku przed zanieczyszczeniem u osób poddanych biofeedbackowi są powiązane ze zmianami w kontroli nad ich obszarem docelowym oraz ze zmianami w wzorcach łączności funkcjonalnej. Tutaj widzimy zrzut ekranu z wyświetlacza wizualnego z jednego z końcowych przebiegów biofeedbacku u badanego, który z powodzeniem uzyskał kontrolę nad swoim OFC. Przebieg kończy się warunkiem neutralnym, dlatego strzałka jest biała i skierowana do przodu.

Osoba ta wykazała również większą kontrolę nad lękiem przed zanieczyszczeniem, co wskazywały niższe oceny lęku w sesji oceny po interwencji, a także większą kontrolę nad korą oczodołowo-czołową podczas prób zadania kontrolnego. Metoda ta ma ogromny potencjał w psychiatrii, zarówno jako metoda leczenia klinicznego, jak i narzędzie badawcze do analizy substratów neuronalnych leżących u podstaw objawów klinicznych.