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O neurofeedback é um procedimento de condicionamento operante através do qual humanos ou animais podem aprender a modular a atividade neural em uma ou mais regiões do cérebro. O treinamento geralmente leva a modificações comportamentais1. Em princípio, os sinais cerebrais de uma ou mais regiões cerebrais circunscritas são transformados em feedback sensorial (por exemplo, feedback visual, auditivo ou tátil), que é fornecido ao participante para controle da atividade cerebral por condicionamento operante ou outras formas de aprendizagem. Na reversão do paradigma tradicional de neuroimagem, os estudos de neurofeedback modulam a atividade cerebral como uma variável independente e medem o comportamento como uma variável dependente. Assim, o neurofeedback fornece uma nova abordagem para investigar o envolvimento de regiões cerebrais em diferentes funções cognitivas e como a hiper ou hipoativação dessas regiões cerebrais pode levar a um comportamento anormal.
O neurofeedback tem sido usado com diferentes modalidades de neuroimagem, como ressonância magnética funcional (fMRI), eletroencefalografia (EEG) e espectroscopia funcional de infravermelho próximo (fNIRS). Os paradigmas de neurofeedback baseados em EEG e fNIRS têm as vantagens de maior resolução temporal, acessibilidade e portabilidade 2,3. No entanto, eles são caracterizados por baixa resolução espacial e incapacidade de acessar regiões cerebrais mais profundas. Além disso, o EEG tem a complexidade computacional do problema inverso para determinar uma fonte de ativações neurais a partir de sinais de EEG de superfície4. No entanto, com os recentes desenvolvimentos em fMRI em tempo real (rtfMRI), é possível acessar sinais hemodinâmicos de todas as partes do cérebro, com boa resolução espacial (por exemplo, 2 mm3) e resolução temporal de 720 ms5. Assim, a fMRI supera as limitações acima mencionadas possuídas pelas técnicas de fNIRS e EEG.
A dependência da nicotina é uma das principais causas de morte em todo o mundo devido a uma série de doenças associadas ao tabagismo6. Os fatores reconhecidos que levam ao vício em nicotina são sociais, ambientais, psicológicos7 e suscetibilidade genética8. Em um nível neurobiológico, estudos mostraram ativação no córtex cingulado anterior (ACC), córtex orbitofrontal (OFC), área tegmental ventral (VTA), estriado ventral, amígdala, hipocampo, córtex pré-frontal (PFC) e córtex insular durante a apresentação de pistas associadas a drogas em contraste com pistas de controle neutras 9,10,11,12,13,14 . A atividade nas ínsulas esquerda e direita está altamente correlacionada com os impulsos de fumar quando os fumantes visualizaram pistas associadas a drogas15,16. A ínsula desempenha um papel importante na indução do comportamento de fissura 17,18,19,20,21, pois é responsável pela percepção do estado corporal. Foi relatado que fumantes com lesões em seus córtices insulares eram mais propensos a parar de fumar do que fumantes com danos cerebrais não envolvendo a ínsula18.
Um dos maiores desafios nos métodos existentes de cessação do tabagismo é a alta taxa de recaída22. Mais de 80% dos fumantes recaem nos primeiros meses após parar de fumar23. A exposição a pistas previamente associadas ao uso de drogas é uma das principais razões para a alta taxa de recaída na dependência de nicotina24. Esse mecanismo é chamado de efeito de incubação. O protocolo atual é desenvolvido para direcionar o efeito de incubação avaliado por uma tarefa de priming afetivo. Estudos anteriores demonstraram que fumantes que se abstêm têm atitudes implícitas negativas em relação a pistas relacionadas ao tabagismo 25,26,27,28. Na tarefa típica de priming afetivo, os estímulos de priming emocional modificam o processamento de um alvo afetivo para que o tempo de reação e a precisão das respostas sejam alterados29. Em outras palavras, se os estímulos primo e alvo forem da mesma valência, o tempo de reação em resposta aos estímulos alvo será mais rápido e vice-versa.
No estudo atual, levanta-se a hipótese de que a regulação negativa do córtex insular anterior bilateral reduzirá o desejo e, portanto, a valência das pistas indutoras de desejo mudará de negativa para neutra, pois o viés de atenção e associativo se afastará das pistas relacionadas ao tabagismo30. A tarefa de comportamento implícito é uma tarefa de priming afetivo originalmente adaptada de Czyzewska e Graham31. Com base na hipótese acima mencionada, espera-se observar uma diminuição no tempo de reação em resposta a uma combinação de prime (imagem que provoca desejo ou sua imagem de contraparte neutra) e palavras-alvo com valência positiva após o bloqueio de regulação negativa em comparação com o bloqueio de linha de base. A tarefa de priming (Figura 2B) consiste em uma figura primo (ou seja, uma imagem que provoca desejo ou sua contraparte neutra32) e uma palavra-alvo com valência positiva ou negativa. A imagem principal é apresentada por 200 ms, seguida por uma palavra-alvo apresentada por 1 segundo. A assincronia de início do estímulo (SOA) é de 250 ms. Os participantes são então instruídos a julgar a valência da palavra-alvo (positiva ou negativa) e responder pressionando um botão com a maior rapidez e precisão possível.
O sistema rtfMRI (Figura 1) consiste nos seguintes subsistemas: (1) participante, (2) aquisição de sinal, (3) análise de sinal online e (4) feedback de sinal. A aquisição do sinal é realizada com um scanner de corpo inteiro Siemens Trio 3.0T usando uma sequência de imagem ecoplanar (EPI)33. Procedimentos como reconstrução de imagem, correção de distorção e média do sinal são realizados no computador do scanner. Uma vez que as imagens são reconstruídas e pré-processadas, elas são exportadas para o subsistema de análise de sinal. O subsistema de análise de sinal é implementado usando o Turbo Brain Voyager (TBV) 34 . O TBV recupera as imagens reconstruídas e realiza o processamento de dados que inclui correção de movimento 3D e análise estatística em tempo real usando o modelo linear geral35. O TBV permite que o usuário desenhe regiões de interesse (ROIs) em vários voxels nas imagens funcionais e extraia valores médios de BOLD do ROI após cada tempo de repetição (TR). As séries temporais dos ROIs selecionados são então exportadas para o script MATLAB que calcula e apresenta feedback ao participante.
O feedback visual da atividade cerebral é fornecido aos participantes na forma de um termômetro animado graficamente, com suas barras mudando proporcionalmente às mudanças percentuais de BOLD nos ROIs. Vários estudos usaram feedback intermitente (feedback fornecido a um participante após uma série de TRs da sequência EPI) para treinar participantes36,37. No entanto, no presente estudo, previu-se que os participantes teriam maior dificuldade em regular negativamente o sinal BOLD na ínsula anterior com feedback contínuo devido ao papel da ínsula na integração sensorial e envolvimento no processamento de informações de feedback visual38. Portanto, presumiu-se que o feedback contínuo resultaria em um conflito entre dois processos no córtex insular, um processo que aumenta o sinal devido ao feedback externo e outro que diminui o sinal devido ao treinamento de neurofeedback. Portanto, neste estudo, fornecemos feedback apenas no final de cada bloco de regulação negativa (feedback atrasado). Os participantes recebem um texto (por exemplo, 0,87 euros) como feedback visual (Figura 2A, C) que indica a quantidade de dinheiro que ganharam (recompensa monetária). Essa recompensa é proporcional à porcentagem de downregulation alcançada no bloco de regulação.
A RtfMRI é uma nova neurotecnologia que pode superar problemas nas abordagens terapêuticas para o tratamento da dependência e pode fornecer intervenções mais confiáveis e eficazes para reduzir a recaída. Os objetivos de longo prazo do estudo atual são três: 1) testar se os viciados em nicotina podem aprender a regular negativamente os sinais BOLD na ínsula anterior durante a presença de estímulos que provocam o comportamento de desejo; 2) examinar se o treinamento de neurofeedback leva a modificações no comportamento de fissura; e 3) explorar se as mudanças nos níveis de fissura durante o treinamento de neurofeedback de regulação negativa da ínsula persistem após seis meses de treinamento sem qualquer outra intervenção. Este artigo fornece uma descrição detalhada do protocolo experimental rtfMRI e seus diferentes componentes. Também são apresentados dados de amostra do estudo e uma discussão sobre os desafios futuros e o potencial desse método, além da pesquisa. O protocolo apresentado é projetado para investigar se o treinamento de neurofeedback baseado em fMRI pode ser usado para estudar reduções na atividade cerebral no córtex insular de fumantes de cigarro. Além disso, o protocolo destina-se a estudar as relações entre a ativação do córtex insular e os comportamentos de fissura dos fumantes de cigarro.