Разработка нейровизуализации фенотипов по умолчанию сетевой режим, в ПТСР: Интеграция состоянии покоя, рабочей памяти и структурные Connectivity

Общая цель следующего эксперимента — изучить сеть пассивного режима работы мозга при посттравматическом стрессовом расстройстве с помощью взаимодополняющих методов нейровизуализации: функциональной связности в состоянии покоя, деактивации, индуцированной задачей, и структурной связности. Для достижения этой цели сначала проводится обучение участников выполнению задачи на рабочую память N-back вне сканера, чтобы не перегружать людей, которые могут испытывать тревогу по поводу процедур исследования, и при этом обеспечить достаточную нагрузку на рабочую память для визуализации деактиваций, индуцированных задачей. На втором этапе участники ложатся на каталку МРТ-сканера с индукцией 3 Tesla, после чего вокруг головы размещают подушки для минимизации ее движения.

Затем, во время получения МР-изображений, попросите участников выполнить задачу «end back», после чего в течение четырех минут они должны смотреть на фиксирующий крест. Это позволит получить изображения активности, связанной с выполнением задачи, и состояния покоя. Повторите эти шаги, затем попросите участников закрыть глаза во время получения диффузионно-тензорных изображений.

Полученные результаты демонстрируют пространственный паттерн, соответствующий основным узлам сети пассивного режима работы мозга при анализе функциональной связности в состоянии покоя, усиление активации исполнительной сети и деактивацию сети пассивного режима работы мозга во время выполнения задачи на рабочую память с двумя объектами, а также тракты белого вещества, соединяющие области сети пассивного режима работы мозга, выявленные с помощью DTI. Данный метод объединяет подходы функциональной и структурной нейровизуализации, что в будущем может помочь в диагностике ПТСР и связанных с ним психических заболеваний. Традиционные подходы фМРТ, связанные с выполнением задач, здесь сочетаются с регистрацией состояния покоя и структурной связности.

Процедуры исследования продемонстрирует Луиза Карпентер, которая является научным сотрудником в моей лаборатории. Данный метод позволяет получить представление о функционировании и нарушении работы сети пассивного режима работы мозга. Эти методы также могут быть легко расширены для одновременной характеристики нескольких сетей мозга с целью оценки того, как психические заболевания влияют на интеграцию сетей, прежде чем приступать к шагам, описанным в данном протоколе.

Сначала получите письменное информированное согласие и обязательно проведите тщательный скрининг участника на предмет безопасности проведения МРТ. Затем обучите участника выполнению задачи N-back вне сканера. Начните первое обучение с проведения теста на бдительность с использованием букв в режиме 0-back.

Попросите испытуемого нажимать кнопку «да» на панели с двумя кнопками при появлении целевого согласного, например заглавной или строчной буквы H, и кнопку «нет» для всех остальных согласных. Девять согласных должны отображаться по 500 миллисекунд каждая с межстимульным интервалом 2 500 миллисекунд, общая продолжительность составит 27 секунд. Целевые согласные будут показаны четыре раза в каждом блоке zero-back.

Затем предложите участнику пройти тест «два назад». Инструктируйте его давать ответ «да» или «нет» с помощью панели ответов после предъявления каждого согласного звука, чтобы указать, совпадает ли он с согласным, который был представлен ранее в серии.

Покажите участнику серию из 15 согласных, каждую по 500 миллисекунд, с межстимульным интервалом 2 500 миллисекунд, общая продолжительность составляет 45 секунд. Целевой стимул должен быть показан пять раз. Продолжайте тренировать участника до тех пор, пока точность выполнения задания «n-back» (с задержкой в два стимула) не достигнет как минимум 75% перед началом сканирования.

Сначала попросите участника снять все металлические предметы, переодеться в одежду, совместимую с МРТ, после чего сопроводите его в помещение со сканером МРТ с напряженностью поля три Тесла. Предоставьте беруши для защиты органов слуха, попросите участника лечь на стол сканера и разместите подушки вокруг головы, чтобы минимизировать её движение. Выдайте участнику совместимый с МРТ блок ответов для выполнения задачи на рабочую память с обратным порядком (n-back), а также резиновую грушу для остановки сканирования в случае возникновения экстренной ситуации.

Также закрепите пульсоксиметр на пальце для физиологического мониторинга и записи данных. Затем установите 32-канальную головную катушку и экран презентации над головой участника, после чего переместите его в сканер. Убедитесь, что участнику удобно и он видит экран.

Затем начните сеанс МРТ-сканирования. Начните с получения анатомического изображения мозга с высоким разрешением и изотропным размером вокселя 1 мм. Используйте параметры МРТ высокого разрешения, представленные здесь.

Затем запустите сбор данных МРТ. Далее установите параметры сбора BOLD-изображений фМРТ на консоли сканера. Используйте параметры, показанные здесь, перед началом функционального сканирования.

Сначала с помощью программного обеспечения для предъявления стимулов демонстрируйте инструкции пациенту в течение трех секунд перед каждым заданием «ноль или два назад». Затем проведите фМРТ-сканирование рабочей памяти с использованием теста NAC.

Перед каждым из блоков «ноль возвратов» (zero back) пациенту следует предъявить 32-й базовый фиксирующий крест. Это обеспечит базовый уровень для сравнения с другими блоками «ноль возвратов» и «два возврата». При анализе данных в общей сложности следует включить три части «ноль возвратов» и три части «два возврата», а также два базовых блока.

Это должно быть представлено в двух отдельных сеансах визуализации в сбалансированном порядке. После завершения парадигм N-back убедитесь, что участнику по-прежнему комфортно и он готов продолжить сканирование. Затем сообщите ему, что следующим будет блок отдыха, и попросите не засыпать.

Используйте программное обеспечение для предъявления стимулов, чтобы отобразить на экране фиксационный крест. В течение следующих четырех минут зарегистрируйте изображения состояния покоя, используя те же настройки фМРТ, которые применялись при получении изображений NAC. Затем повторите регистрацию для рабочей памяти, снова используя тест NAC.

Затем установите в консоли сканера параметры сбора DTI-изображений для получения диффузионно-взвешенных изображений с двойным спиновым эхом (double spin echo planner) с применением диффузионных градиентов в 64 нелинейных направлениях; должны быть включены частичные эхо-сигналы и интерполяция. Обязательно предупредите участника о том, что во время последующих последовательностей сканер может вибрировать и что это является нормой. Попросите его закрыть глаза и максимально расслабиться в сканере.

Затем проведите сбор данных по последовательности DTI. После завершения всего сканирования помогите участнику выйти из сканера и уточните, как прошла сессия.

Ответьте на все возникшие у них вопросы и поблагодарите за участие. Обязательно надежно перенесите все данные или настройте компьютер МРТ-сканера на запись DBD с изображениями участника и физиологическими записями для последующего анализа данных. Наконец, проведите анализ функциональной связности в состоянии покоя с использованием анализа связности по заданным областям (seed region connectivity analysis) для оценки взаимосвязи между априори определенными областями с целью анализа функциональной связности.

Также используйте программное обеспечение для обработки FMRI для предварительной обработки данных рабочей памяти и воксельный общий линейный анализ для количественной оценки специфической активности в каждом вокселе мозга в индивидуальных наборах данных. Результаты, представленные здесь, основаны на данных, собранных с использованием того же метода визуализации в двух разных выборках лиц с историей детских травм и жестокого обращения, но без ПТСР, полученных в состоянии покоя. Анализ функциональной связности выявил пространственную структуру, соответствующую основным узлам сети пассивного режима работы мозга, включая медиальную префронтальную кору, заднюю поясную кору, угловую извилину, нижнюю теменную дольку и средние височные области.

На этих сагиттальных срезах представлены паттерны, соответствующие заданию на рабочую память с запоминанием двух предыдущих стимулов (2-back). Паттерны активации в исполнительной сети выделены оранжевым и красным цветами, а деактивация сети пассивного режима работы мозга — синим. Здесь показана активность при задании 0-back, которое обычно используется в качестве контроля внимания при изучении рабочей памяти.

Области активации отмечены оранжевым и красным цветом, области деактивации — синим. Здесь отчетливо видна деактивация сети пассивного режима работы мозга при незначительной активации исполнительной сети в конце. Здесь представлена протяженность пучка clum, выявленная с помощью вероятностной трактографии.

Трехмерную форму и структуру этих волокон можно рассмотреть на представленных для наглядности поперечных срезах мозга. На данном изображении показано, как эти волокна проходят через медиальную префронтальную кору и заднюю поясную извилину. И, наконец, здесь мы видим, как эти волокна проходят через медиальный височный компонент сети пассивного режима работы мозга.

После просмотра этого видео вы должны получить четкое представление о том, как сочетать мультимодальные подходы нейровизуализации, такие как регистрация активности, связанной с выполнением задачи, с данными о состоянии покоя и структурной связности. При выполнении этой процедуры важно помнить, что движения участника должны быть сведены к минимуму любой ценой. Это достигается путем размещения подушек вокруг головы участника в сканере и частой проверки его комфорта во время процедур сканирования.