Summary
We presenteren een protocol voor gelijktijdige verzameling van EEG/fMRI-gegevens en gesynchroniseerde MR-kloksignaalregistratie. We demonstreren deze methode met behulp van een uniek paradigma waarbij proefpersonen 'cold glove'-instructies krijgen tijdens het scannen, en EEG/ fMRI-gegevens worden geregistreerd, samen met handtemperatuurmetingen zowel voor als na hypnotische inductie.
Abstract
In dit werk demonstreren we een methode voor gelijktijdige verzameling van EEG/fMRI-gegevens. In onze opstelling worden EEG-gegevens verzameld met behulp van een 256-kanaals sensornet met hoge dichtheid. De EEG-versterker zelf bevindt zich in een veldisolatie-insluitingssysteem (FICS) en MRI-kloksignalen worden gesynchroniseerd met EEG-gegevensverzameling voor daaropvolgende MR-artefactkarakterisering en verwijdering. We demonstreren deze methode eerst voor het verzamelen van reststatusgegevens. Daarna demonstreren we een protocol voor EEG/ fMRI-gegevensregistratie, terwijl proefpersonen naar een tape luisteren waarin ze worden gevraagd te visualiseren dat hun linkerhand is ondergedompeld in een koudwaterbad en hier het paradigma van de koude handschoen wordt genoemd. Thermische verschillen tussen elke hand worden gemeten tijdens het verzamelen van EEG/fMRI-gegevens met behulp van een MR-compatibele temperatuursensor die we voor dit doel hebben ontwikkeld. We verzamelen EEG/fMRI-gegevens van koude handschoenen, samen met gelijktijdige differentiële handtemperatuurmetingen zowel voor als na hypnotische inductie. Tussen voor- en nasessies worden eeg-gegevens met één modaliteit verzameld tijdens het hypnotische inductie- en dieptebeoordelingsproces. Onze representatieve resultaten tonen aan dat significante veranderingen in het EEG-vermogensspectrum kunnen worden gemeten tijdens hypnotische inductie en dat veranderingen in de handtemperatuur tijdens het paradigma van koude handschoenen snel kunnen worden gedetecteerd met behulp van ons MR-compatibele differentiële thermometrieapparaat.
Introduction
Sinds de oprichting is er aanzienlijke controverse geweest over wat hypnose is en hoe precies meetbare fysiologische veranderingen in gevoelige individuen worden geproduceerd. Studies gericht op het begrijpen van de neurale correlaten van hypnose en reacties op hypnotische suggestie hebben over het algemeen gevarieerde resultatenopgeleverd 1, die ten minste gedeeltelijk te wijten kunnen zijn aan verschillen in hypnotische inductie- en suggestietechnieken2, waardoor motivatie wordt gegeven voor een gedetailleerde methodologie en protocolbeschrijving.
Hoewel hypnose conventioneel is gedefinieerd als een toestand van innerlijke concentratie en gerichte aandacht1,3, omvat een completere operationele definitie ook: verminderd bewustzijn van exogene stimuli4, verhoogde absorptie5, of moeiteloze aandacht voor woorden van de experimenteerder en verminderde spontane gedachte6. Een hypnotische inductie wordt over het algemeen gedefinieerd als een reeks verbale instructies die hypnose en absorptie vergemakkelijken6. Hypnotizability varieert sterk tussen individuen, maar is over het algemeen stabiel binnen individuen in de loop van de tijd7,8; suggestibility wordt meestal gemeten in termen van gedragsrespons op suggestie met als meest toegepaste metriek de Stanford Hypnotic Susceptibility Scale, (SHSS) vorm C9-12.
Studies die de neurale correlaten van hypnose onderzoeken, vallen over het algemeen in twee categorieën. Ofwel onderzoeken ze netwerken van activiteit intrinsiek geactiveerd tijdens 'rusttoestand' hypnose, of ze bestuderen veranderingen in neurale activiteit die optreden als reactie op hypnotische suggestie6. In een recente EEG-studie bleken zeer suggestieve individuen tijdens hypnose een hogere gebeurtenisgerelateerde desynchronie van het frontale pariëtale netwerk in de alfa-2-band weer te geven in vergelijking met laag suggestieve proefpersonen4. Onlangs heeft functionele magnetische resonantie beeldvorming (fMRI) ook veranderingen in voorste standaardmodusnetwerken onthuld tijdens hypnose in 'rusttoestand' zonder een overeenkomstige toename van de activiteit in andere hersengebieden2. Convergerende bewijzen suggereren dat hypnose geassocieerd is met gedissocieerde anterieure attentional control13.
Veranderingen in fMRI bloed oxygenatie niveau afhankelijke (BOLD) signalen in reactie op een verscheidenheid van hypnotische suggesties zijn onlangs ook gemeld14-23. De meerderheid van de suggestie-respons studies correleren hersensignaalveranderingen met subjectieve ratings van veranderde perceptie. Hypnotische suggestie is echter ook gebruikt om fysiologische parameters zoals bloeddruk, hartslag en handtemperatuur van het onderwerp te wijzigen in reactie24.
Hier breiden we deze eerdere bevindingen uit door een experimenteel paradigma te ontwikkelen, hier aangeduid als het 'koude handschoen'-paradigma, waarbij proefpersonen worden gericht om te zien dat een van hun handen kouder is in temperatuur dan de andere, bij afwezigheid van externe fysieke manipulatie van de temperatuur. Deze mondelinge instructies worden geleverd via MR-compatibele hoofdtelefoons tijdens het opnemen van gegevens.
In dit werk demonstreren we eerst onze methode voor gelijktijdige EEG/fMRI data-registratie. Vervolgens demonstreren we het koude handschoenparadigma, dat het verzamelen van EEG/ fMRI-gegevens omvat, samen met handtemperatuurmetingen zowel voor als na hypnotische inductie. Onze methode voor hypnotische inductie omvat een ideomotorische suggestie beschreven door1, gevolgd door een dieptebeoordeling met behulp van de SSHS, formulier C. We detecteren betrouwbare veranderingen in het EEG-vermogensspectrum die optreden na hypnotische inductie. We tonen ook aan dat ons MRI-compatibele differentiële thermometrieapparaat in staat is om handtemperatuurveranderingen te meten tijdens gelijktijdige EEG / fMRI-gegevensverzamelingssessie. Deze procedure kan belangrijke kwantitatieve EEG/fMRI-metingen bieden bij het beoordelen van veranderingen in hersensignaal die optreden tijdens intrinsieke 'rusttoestand' hypnose, evenals het meten van signaalveranderingen als reactie op hypnotische suggestie voor veranderde thermische waarneming.
Protocol
Het volgende experimentele protocol werd herzien en goedgekeurd door de UCLA Institutional Review Board. Voordat met het experiment werd beginnen, ondergingen proefpersonen een telefoonvoorscreening die proefpersonen uitsloot die mogelijk zwanger waren, jonger dan achttien jaar, of die in een machineshow hadden gewerkt of anderszins metalen implantaten hadden. Linkshandige proefpersonen, of mensen met een voorgeschiedenis van psychische aandoeningen, werden ook uitgesloten van de onderwerpenpool. Inbegrepen deelnemers kregen vervolgens de instructie om zich op de dag van het experiment te onthouden van cafeïne, drugs en alcohol. Schriftelijke geïnformeerde toestemming en begrip van toestemming werd verkregen van elke deelnemer op de dag van het experiment.
1. EEG Sensor Netto Toepassing
De EEG-gegevens worden geregistreerd met behulp van een 256-kanaals MRI-compatibel geodetisch sensornet. De impedantieniveaus in elektroden moeten gedurende het hele experiment met tussenpozen van ongeveer 20 minuten worden gecontroleerd (stap 1.5) om ervoor te zorgen dat de elektroden niet zijn uitgedroogd en dat de impedanties onder de drempel blijven.
- Bepaal de juiste nettogrootte door de hoofdomtrek van de glabella wenkbrauwrug tot ongeveer 2,5 cm boven het inion te meten.
- HydroCel Zoutoplossing kaliumchloride elektrolyt werd gemaakt volgens egi instructies. EEG Electrogeodesic 256 sensornet werd vervolgens gedurende 10 minuten gedrenkt in elektrolytoplossing.
- Het hoekpunt, of Cz, punt op het hoofd werd bepaald door het middenpunt tussen nasion en inion te meten en dit uit te lijnen met het middelpunt dat de preauricular punten ontleedt. Het EEG-net werd vervolgens zo geplaatst dat de Cz-referentie-elektrode uitlijnt met het hoekpunt.
- We verzamelden fotografische beelden van het hoofd en de elektroden met behulp van het EGI Geodesic Photogrammetry System (GPS) om de sensorruimte te kalibreren die moet worden gebruikt bij EEG-bronanalyse.
- Vervolgens werden elektrodeimpedanties gemeten. Het contact met de hoofdhuid werd gecontroleerd op elektroden met impedantieniveaus boven de drempel. De plaatsingen van de elektroden worden aangepast en indien nodig wordt extra elektrolytoplossing aan elektroden toegevoegd om de impedantie te verminderen.
2. Gelijktijdig EEG/fMRI en Temperatuur opname Protocol Voorafgaand aan Hypnose
Nadat het EEG-net op de juiste manier is aangebracht, gaat het onderwerp naar de MR-scannerruimte. Alle metalen voorwerpen worden verwijderd. Structurele MRI- en functionele MRI-scans worden verzameld op een Siemens Allegra 3T-scanner. Gelijktijdige EEG/fMRI-gegevens worden verzameld voorafgaand aan hypnotische inductie om een functionele basislijn voor elk onderwerp vast te stellen.
- MPRAGE Structurele Scan
- T2 Matched Bandwidth - een gespecialiseerde scansequentie die is ontworpen om een goed contrast te bieden voor beeldregistratie, terwijl dezelfde metrische vervormingen worden gedeeld als de functionele scans die volgen.
- Functionele scan - T2*-gewogen echo-planaire pulssequentie met een TR=2,5 sec, TE=40 msec, Gezichtsveld=200 mm x 200 mm, Flip Angle=90°, verzamelen van hele hersenbeelden met een resolutie=64 x 64 x 28, voxel size=3 mm3. Gegevens worden in totaal vijf minuten verzameld.
- EEG-gegevens worden gelijktijdig geregistreerd met behulp van een MR-compatibel elektrisch geodesics (EGI) 256-kanaals systeem tijdens de vijf minuten durende functionele MRI-opnames om een basis-EEG vast te stellen voorafgaand aan de hypnotische inductie. Ons lab heeft baanbrekende methoden voor gelijktijdige fMRI / EEG-verzameling met behulp van software en hardware die MR-artefact en balistocardiogramruis in realtime verwijdert (zie referentie25 voor meer informatie).
- Na de rusttoestandscan luisteren proefpersonen naar een tape die hen instrueert om te visualiseren dat hun linkerhand is ondergedompeld in een emmer koud ijswater. Temperatuurverschillen tussen elke hand worden gekwantificeerd met behulp van ons differentiële thermometrieapparaat dat hieronder wordt beschreven.
3. Hypnotische inductie
De proefpersonen zaten vervolgens comfortabel in een slecht verlichte, rustige kamer. EEG-gegevens werden geregistreerd gedurende de duur van de hypnotische inductie en progressieve ontspanningsverdiepingstechniek.
- Hypnotische inductie begon met een kort interview door de hypnotherapeut om subjectspecifieke ruimtelijke signalen te bepalen die ontspanning veroorzaken. Vervolgens werden proefpersonen een aantal vragen gesteld om te bepalen of ze in staat waren om te visualiseren.
- De hypnotherapeut begon de inductie vervolgens met behulp van een ideomoter-suggestie die bekend staat als de armopvoedingstechniek. Gedurende deze tijd gaf de hypnotherapeut het onderwerp voortdurend de suggestie dat hun arm voelde alsof het lichter werd, en op een gegeven moment zou hun arm automatisch in de lucht stijgen zonder wilskrachtige inspanning. Nadat de arm van het onderwerp was opgetild, kregen ze de opdracht om hun arm te buigen en hun voorhoofd aan te raken met hun vingertoppen. Zodra het onderwerp voldeed, vroeg de hypnotherapeut de proefpersoon om zijn of haar ogen te sluiten en te ontspannen alsof hij in een diepe slaap was.
- Het niveau van hypnotische gevoeligheid werd vervolgens beoordeeld via de 12-punts Stanford Scale van hypnotische gevoeligheid, vorm C-test.
- Een verdiepingstechniek, in de vorm van een progressieve ontspanning, werd vervolgens gebruikt om het onderwerp in een hoger niveau van hypnotische diepte te brengen.
- EEG-gegevens worden geregistreerd tijdens de hypnotische inductie in een slecht verlichte koperen afgeschermde kamer tijdens de hypnotische inductie.
4. EEG/fMRI Gegevensverzameling en Differentiële Thermometrie Post Hypnotische Inductie
- Na hypnotische inductie en progressieve ontspanning komt het onderwerp opnieuw de MRI-scanruimte binnen met het MR-compatibele EEG-sensornet dat voortdurend op zijn plaats zit. Op dit moment werden temperatuursensoren op het mediale gedeelte van beide polsen geplakt. Polsbandjes werden vervolgens over de getapete temperatuursensoren geplaatst om de plaatsing te helpen stabiliseren.
- Temperatuursensoren moeten worden geconfigureerd volgens het schema in figuur 2. De kalibratie werd voorafgaand aan het experiment uitgevoerd en werd uitgevoerd door sensortips onder te dompelen in twee oplossingen van verschillende temperaturen (37 °C± 5). De sensoruitgang werd gecontroleerd aan de hand van thermometermetingen.
- Het onderwerp luistert vervolgens naar een vooraf opgenomen progressieve ontspanningstape gemaakt door de hypnotherapeut via MR-compatibele hoofdtelefoons. Gedurende deze tijd worden fMRI-gegevens verzameld volgens pulssequenties beschreven in stap 1.1, met gelijktijdige EEG-opname.
- Verzameling van EEG/fMRI-gegevens in rusttoestand na hypnotische inductie verloopt volgens stap 2.2-2.4.
- De hypnotherapeut dient vervolgens de 'cold glove' suggestie toe voor de daaropvolgende EEG/fMRI dataverzameling, die weer verloopt volgens stap 2.2-2.5. Tijdens de suggestie vraagt de hypnotherapeut het onderwerp herhaaldelijk om te visualiseren dat hun hand is ondergedompeld in een koudwaterbad en om zich voor te stellen dat hun linkerhand steeds kouder werd van vingertoppen tot pols. In dit blok worden differentiële thermometriemetingen geregistreerd.
Representative Results
Figuur 1 toont het EEG-vermogensspectrum in een representatief kanaal (figuur 1a) gemiddeld meer dan 1.000 msec in een enkel onderwerp tijdens de alerte waakzame periode die voorafging aan hypnotische inductie (Figuur 1b). Opgemerkt moet worden dat de patronen hier de karakteristieke omgekeerde relatie tussen macht en frequentie (f) volgen, met falloff bij 1/f. Figuur 1c toont het machtsspectrum dat uit hetzelfde onderwerp is gehaald na hypnotische inductie en een verdiepingstechniek. Demping van het vermogen is te zien in EEG-theta- en bèta-subbanden, en het totale plot volgt niet langer 1/f. Figuur 2 toont ons schema voor een MRI-compatibele temperatuursensor, die LM34 / LM35 precisietemperatuursensoren gebruikt die zijn gekoppeld aan een Arduino-apparaat.
Figuur 1. Elektro-encefalogram (EEG) vermogensspectrum in één onderwerp voor een representatief elektrodekanaal. (a) 255-kanaals EEG-elektrodearray met de ruimtelijke locatie van de kanaalselectie voor de vermogensanalyse gemarkeerd in blauw (b) EEG-vermogensspectrum voorafgaand aan hypnotische inductie, en (c) vermogensspectrum in hetzelfde elektrodekanaal na hypnotische inductie en een verdiepingstechniek. De balk in de rechterbovenhoek van figuur 1c geeft de legenda aan voor elke EEG-subband met frequenties: delta (0,1-4 Hz), theta (4-8 Hz), alfa (8-12 Hz), bèta (12-20 Hz) en gamma (frequenties boven 20 Hz).
Figuur 2. Schematisch van de MRI-compatibele differentiële temperatuursensorconfiguratie. (hierboven) Differentieel thermometriecircuit, (hieronder) overzicht van het thermometriemeetproces.
Discussion
Er lijkt een grote variabiliteit te zijn in suggestiemethoden die worden gebruikt om proefpersonen in een staat van hypnose te brengen1. We tonen hier aan dat een suggestie voor niet-stromingsmotorische beweging gevolgd door de SHSS, vorm C, kan worden gebruikt om het EEG-vermogensspectrum te veranderen. We merken op dat hoewel het onderwerp dat in deze studie werd gebruikt in het verleden was gehypnotiseerd, er geen poging was gedaan via Harvard Group Suggestibility Scale of een ander mechanisme om een zeer vatbaar onderwerp te vinden. We veronderstellen dat de omvang van veranderingen in EEG-frequentiesubbanden waarschijnlijk varieert afhankelijk van het gevoeligheidsniveau van het onderwerp, zoals is gemeld4.
We hebben ook een opstelling gedemonstreerd om handtemperatuurschommelingen te meten die kunnen optreden tijdens een gelijktijdige EEG/fMRI-sessie. Hoewel proefpersonen uiteindelijk kunnen leren om veranderingen in de handtemperatuur te bereiken zonder hypnose met behulp van biofeedback-signalen, duurt dit meestal veel trainingssessies26. Frischholz en Tryon26 waren niet in staat om de associatie tussen veranderingen in handtemperatuur en hypnotische diepte te repliceren met behulp van het koude handschoensuggestieparadigma, in tegenstelling tot dat gerapporteerd door anderen27. Er is extra werk nodig om deze controverse op te lossen. Niettemin kan de methode voor het meten van handtemperatuurveranderingen tijdens een functionele neuroimagingsessie nuttig zijn bij het beoordelen van de neurale correlaten van de hypnotische 'koude handschoen'-suggestie na hypnotische inductie.
Disclosures
Na de aanvaarding en publicatie heeft Electrical Geodesics, Inc. de open access-vergoeding voor dit artikel
Acknowledgments
Dit werk werd ondersteund door fondsen van de Korean Basic Science Institute (KBSI) subsidie, Neuroimaging Studies of Hypnotically Induced Deception.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Precision Monolithic Temperature Sensor | National Semiconductor Corporation | LM34/LM35 | 100 mV/°C; accurate to within ±0.4 °C at room temperature |
| Precision Instrumentation Amplifier | National Semiconductor Corporation | INA114 | Part of Magnet Room I/O interface |
| HydroCel Saline | Electrical Geodescis Inc. | N-PRT-KCL-1000-000 | |
| HydroCel Geodesic Sensor Net with a 256-channel High Density Electrode Array | Electrical Geodescis Inc. | 256-channel HCGSN | |
| Geodesics Photogrammetry System | Electrical Geodescis Inc. | EGI GPS | |
| Pipettes | Electrical Geodescis Inc. | N-ACC-PIP-1000-000 |
References
- Kirsch, I. Hypnosis and Placebos: Response Expectancy as a Mediator of Suggestion Effects. Anales de Psicología. 15, 99-110 (1999).
- McGeown, W. J., Mazzoni, G., Venneri, A., Kirsch, I. Hypnotic induction decreases anterior default mode activity. Conscious. Cogn. 18, 848-855 (2009).
- Karlin, R. A.
- Terhune, D. B., Cardeña, E., Lindgren, M. Differential frontal-parietal phase synchrony during hypnosis as a function of hypnotic suggestibility. Psychophysiology. , (2011).
- Tellegen, A., Atkinson, G. Openness to absorbing and self-altering experiences ("absorption"), a trait related to hypnotic susceptibility. J. Abnorm. Psychol. 83, 268-277 (1974).
- Oakley, D. A., Halligan, P. W. Hypnotic suggestion and cognitive neuroscience. Trends Cogn. Sci. 13, 264-270 (2009).
- Kihlstrom, J. F.
- Piccione, C., Hilgard, E. R., Zimbardo, P. G. On the degree of stability of measured hypnotizability over a 25-year period. J. Pers. Soc. Psychol. 56, 289-295 (1989).
- Weitzenhoffer, A. M. Estimation of hypnotic susceptibility in a group situation. Am. J. Clin. Hypn. 5, 115-126 (1962).
- Weitzenhoffer, A. M. The significance of hypnotic depth in therapy. Int. J. Clin. Exp. Hypn. 10, 75-78 (1962).
- Hilgard, E. R. The Stanford Hypnotic Susceptibility Scales as related to other measures of hypnotic responsiveness. Am. J. Clin. Hypn. 21, 68-83 (1978).
- Weitzenhoffer, A. M., Sjoberg, B. M. Suggestibility with and without "induction of hypnosis". J. Nerv. Ment. Dis. 13 (2), 204-220 (1961).
- Jamieson, G. A., Sheehan, P. W. An empirical test of Woody and Bowers's dissociated-control theory of hypnosis. Int. J. Clin. Exp. Hypn. 52, 232-249 (2004).
- Egner, T., Jamieson, G., Gruzelier, J. Hypnosis decouples cognitive control from conflict monitoring processes of the frontal lobe. Neuroimage. 27, 969-978 (2005).
- Derbyshire, S. W. G., Whalley, M. G., Stenger, V. A., Oakley, D. A. Cerebral activation during hypnotically induced and imagined pain. Neuroimage. 23, 392-401 (2004).
- Derbyshire, S. W. G., Whalley, M. G., Oakley, D. A. Fibromyalgia pain and its modulation by hypnotic and non-hypnotic suggestion: an fMRI analysis. Eur. J. Pain. 13, 542-550 (2009).
- Casiglia, E., et al. Neurophysiological correlates of post-hypnotic alexia: a controlled study with Stroop test. Am. J. Clin. Hypn. 52, 219-233 (2010).
- Raz, A. Attention and hypnosis: neural substrates and genetic associations of two converging processes. Int. J. Clin. Exp. Hypn. 53, 237-258 (2005).
- Mendelsohn, A., Chalamish, Y., Solomonovich, A., Dudai, Y. Mesmerizing memories: brain substrates of episodic memory suppression in posthypnotic amnesia. Neuron. 57, 159-170 (2008).
- Raij, T. T., Numminen, J., Närvänen, S., Hiltunen, J., Hari, R. Brain correlates of subjective reality of physically and psychologically induced pain. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 102, 2147-2151 (2005).
- Raij, T. T., Numminen, J., Närvänen, S., Hiltunen, J., Hari, R. Strength of prefrontal activation predicts intensity of suggestion-induced pain. Hum. Brain Mapp. 30, 2890-2897 (2009).
- Röder, C. H., Michal, M., Overbeck, G., Gvan de Ven, V., Linden, D. E. J. Pain response in depersonalization: a functional imaging study using hypnosis in healthy subjects. Psychother. Psychosom. 76, 115-121 (2007).
- Schulz-Stübner, S., et al. Clinical hypnosis modulates functional magnetic resonance imaging signal intensities and pain perception in a thermal stimulation paradigm. Reg. Anesth. Pain Med. 29, 549-556 (2004).
- Holroyd, J. C., Nuechterlein, K. H., Shapiro, D., Ward, F. Individual differences in hypnotizability and effectiveness of hypnosis or biofeedback. Int. J. Clin. Exp. Hypn. 30, 45-65 (1982).
- Martínez-Montes, E., Valdés-Sosa, P. A., Miwakeichi, F., Goldman, R. I., Cohen, M. S. Concurrent EEG/fMRI analysis by multiway Partial Least Squares. Neuroimage. 22, 1023-1034 (2004).
- Frischholz, E. J., Tryon, W. W. Hypnotizability in relation to the ability to learn thermal biofeedback. Am. J. Clin. Hypn. 23, 53-56 (1980).
- Engstrom, D. R., London, P., Hart, J. T. Hypnotic susceptibility increased by EEG alpha training. Nature. 227, 1261-1262 (1970).
