В реальном времени МРТ Биологическая обратная связь Ориентация орбитофронтальной коры за загрязнение Тревога

Общая цель данной процедуры заключается в том, чтобы обучить людей контролировать область мозга, участвующую в формировании тревоги при загрязнении, и выяснить, изменяет ли такое обучение функции мозга и улучшает ли контроль над тревогой при загрязнении. Это достигается путем первоначального определения области орбитофронтальной коры испытуемого, вовлеченной в тревогу при загрязнении. Эта область станет целевой зоной для проведения БОС-интервенции.

Следующим шагом является оценка уровня тревоги, которую испытуемый испытывает в ответ на изображения, связанные с загрязнением, а также анализ паттернов связности его мозга перед началом биофидбэк-вмешательства. Затем испытуемый проходит обучение методу биологической обратной связи для контроля целевой области мозга. На заключительном этапе оценивается, развили ли испытуемые более выраженный контроль над целевой областью мозга и над тревогой, связанной с загрязнением, в результате биофидбэка, и связаны ли такие изменения с изменениями связности с целевой областью мозга.

В конечном итоге этот подход позволит определить, обладает ли биообратная связь на основе фМРТ в режиме реального времени потенциальной клинической ценностью для пациентов с обсессивно-компульсивным расстройством, а также поможет исследовать нейронную основу тревоги загрязнения. Биообратная связь с помощью фМРТ в режиме реального времени имеет потенциальную терапевтическую ценность при многих различных формах психических заболеваний, поскольку она может позволить людям контролировать те аспекты работы мозга, которые вызывают появление симптомов.

В данной работе мы исследуем, может ли этот метод помочь людям контролировать тревогу, связанную с загрязнением. Если это так, он может оказаться клинически полезным для пациентов с обсессивно-компульсивным расстройством. Представленный здесь подход, сочетающий биологическую обратную связь с оценкой клинических переменных и связности мозга до и после воздействия, может также быть использован для решения фундаментальных вопросов нейробиологии и психиатрии.

Биологическая обратная связь позволяет нам изменять динамику работы мозга, после чего мы можем измерить, как изменения в функциональной связности мозга приводят к различиям в клинических или когнитивных переменных. Перед началом данного эксперимента необходима тщательная разработка стимульного материала. Сначала следует собрать изображения, связанные с загрязнением, и нейтральные изображения, а затем провести пилотное исследование, чтобы убедиться, что уровень тревожности, вызванный этими стимулами, сбалансирован в условиях провокации и что тревожность в условиях провокации значимо выше, чем в нейтральных условиях.

По завершении пилотных исследований следует провести набор и скрининг потенциальных участников, чтобы выявить здоровых лиц, которые могут безопасно проходить МРТ-эксперименты, сообщают о высоком уровне тревожности, вызванной загрязнением, и выражают желание научиться контролировать эту тревожность. В рамках данного эксперимента участники приходят в четыре разных дня с интервалом примерно в полнедели, так что всё исследование занимает две недели. Представленная здесь блок-схема описывает протокол для каждого участника, которому будут проводиться полноценные сеансы биологической обратной связи.

Следует подобрать еще одного испытуемого того же возраста и пола для проведения имитации биоуправления перед каждым сеансом МРТ. В первый день проводится скрининг на наличие металла и получение структурного изображения высокого разрешения. Затем собирают данные функционального состояния покоя в двух сериях, после чего следуют три серии локализационных функциональных данных, в которых испытуемый с интервалом в 42 с чередует просмотр изображений, вызывающих сильное чувство загрязнения, и нейтральных изображений.

Эти локализационные прогоны используются для определения области OFC, активируемой при тревоге, вызванной загрязнением. После первого сеанса визуализации испытуемые встречаются с клиническим психологом, специализирующимся на тревожных расстройствах, для сессии по разработке стратегии переоценки. Целью данной сессии является разработка индивидуальной когнитивной стратегии для испытуемого, которая обеспечит ему определенный начальный контроль над активностью в его орбитофронтальной коре.

Эти стратегии повышения или снижения активности OFC предназначены лишь для того, чтобы обеспечить начальную ограниченную возможность контроля над OFC. Во время сеансов биологической обратной связи испытуемые смогут экспериментировать со своими когнитивными стратегиями и получать прямую обратную связь, что позволит им развивать все более эффективный контроль над OFC. Далее данные, собранные в ходе локализатора в первый день, анализируются перед сеансом второго дня.

Полученная карта команды (TM) показывает, какие области мозга были более активны, когда испытуемый просматривал изображения, связанные с загрязнением, по сравнению с просмотром нейтральных изображений. 30 пикселей с наибольшими значениями на этой карте TM, расположенные в орбитофронтальной коре (OFC) или прилегающей фронтальной полярной области, выбираются в качестве целевой области OFC данного испытуемого для последующих сеансов биообратной связи. Затем эта область переносится из функционального пространства в анатомическое пространство с помощью жесткой регистрации с интерполяцией по ближайшему соседу.

Также определена контрольная область, включающая все белое вещество головного мозга, которая переносится в то же пространство из мозга MNI. Эти две области будут использоваться программой анализа в реальном времени во время сеанса биологической обратной связи во второй день. Во второй день эксперимента испытуемые сначала проходят сеанс оценки вне магнита.

Перед каждым сеансом оценки испытуемым даются устные инструкции о необходимости постараться минимизировать чувство тревоги при просмотре предстоящих изображений, связанных с загрязнением. Затем с помощью подробных инструкций на экране им предлагается оценить уровень тревоги, связанной с загрязнением, которую они испытывают в ответ на изображения. Одновременно проводится мониторинг кожно-гальванической реакции.

Затем испытуемые участвуют в 1,5-часовом сеансе биоуправления с помощью фМРТ в режиме реального времени. Сеанс начинается со сбора аксиальных анатомических изображений в тех же плоскостях срезов, что и функциональные данные. Затем выполняется сбор функционального референсного скана.

Две области интереса переводятся в функциональное пространство текущего сеанса посредством конкатенации двух жестких регистраций. Первая регистрация отображает области из анатомического пространства первого дня в анатомическое пространство второго дня. Вторая регистрация отображает области из анатомического пространства второго дня в пространство функционального эталонного скана второго дня.

Пока выполняется регистрация областей, регистрируются два функциональных прогона, которые называются контрольными заданиями. Эти прогоны не включают биологическую обратную связь, а используются для оценки способности испытуемых контролировать активность в выбранной области интереса ОФК при воздействии изображений, связанных с контаминацией. Находясь в сканере, испытуемые просматривают изображения со стрелкой, указывающей вверх или вниз для изображений, связанных с контаминацией, или вперед для нейтральных изображений.

Испытуемым дают указание пытаться усилить активность в ОФК, когда стрелка указывает вверх, попытаться снизить активность в ОФК, когда стрелка указывает вниз, и просто расслабиться, когда стрелка указывает вправо. После выполнения контрольного задания и совмещения целевой области и контрольной области с текущим функциональным пространством стрелка и изображение меняются каждые 26 секунд, чередуя три условия. В зависимости от испытуемого проводится шесть сессий с биологической обратной связью или имитационных сессий.

Сеансы биологической обратной связи используются для обучения испытуемых контролю активности в их O-F-C-R-O-I. Они аналогичны контрольным заданиям, за исключением того, что в нижней части экрана испытуемые получают обратную связь об успехе в управлении данной областью мозга. Демонстрируемый здесь дисплей биологической обратной связи ускорен, но в остальном точно отображает то, что видел испытуемый во время процедуры.

Ложные сеансы биологической обратной связи будут идентичны реальным сеансам, за исключением того, что испытуемые будут видеть временной ход активности в OFC, записанный во время сеанса биообратной связи другого испытуемого того же пола и возраста, причем эта активность будет меняться в той же степени, в которой испытуемый мог контролировать активность в OFC. Для испытуемого ложные сеансы будут казаться столь же успешными, что создаст аналогичное впечатление от достижения результата. Наконец, для каждого испытуемого регистрируются еще два контрольных задания.

Затем испытуемые должны вернуться на третий день для сеанса сканирования, идентичного сеансу второго дня, но с использованием отдельных подходящих наборов стимулов; на четвертый день испытуемые должны принять участие в заключительном сеансе оценки. После того как данные будут собраны для всех испытуемых, проводится финальный одночасовой сеанс МРТ-визуализации для сбора данных о функциональной связности в состоянии покоя. Группу испытуемых, получавших реальную биологическую обратную связь, можно сравнить с группой, получавшей имитацию биологической обратной связи, чтобы определить, развили ли они более высокий уровень контроля над целевой областью и позволило ли это им в большей степени контролировать свою тревогу, связанную с загрязнением.

Изменения уровня тревоги, связанной с загрязнением, у испытуемых при использовании биологической обратной связи коррелируют с изменениями контроля над целевой областью и изменениями паттернов функциональной связности. Здесь представлен скриншот визуального дисплея одного из финальных сеансов биологической обратной связи испытуемого, который успешно установил контроль над своей ОФК. Сеанс завершается нейтральным условием, поэтому стрелка белого цвета и направлена вперед.

Этот испытуемый также продемонстрировал лучший контроль над своей тревогой по поводу загрязнения, что выразилось в более низких показателях тревоги в сессии оценки после вмешательства, а также обладал большим контролем над своей орбитофронтальной корой во время выполнения контрольных задач. Данный метод обладает большим потенциалом в психиатрии как в качестве клинического метода лечения, так и в качестве исследовательского инструмента для изучения нейронных субстратов, лежащих в основе клинических симптомов.