Summary
Vi presenterar ett protokoll för samtidig insamling av EEG/fMRI-data och synkroniserad MR-klocksignalinspelning. Vi demonstrerar denna metod med ett unikt paradigm där försökspersoner får instruktioner om "kall handske" under skanning, och EEG/ fMRI-data registreras tillsammans med handtemperaturmätningar både före och efter hypnotisk induktion.
Abstract
I det aktuella arbetet demonstrerar vi en metod för samtidig insamling av EEG/fMRI-data. I vår installation samlas EEG-data in med hjälp av ett 256-kanaligt sensornät med hög densitet. EEG-förstärkaren själv finns i ett FICS (Field Isolation Containment System) och MRI-klocksignaler synkroniseras med EEG-datainsamling för efterföljande MR-artefaktkarakterisering och borttagning. Vi demonstrerar den här metoden först för insamling av vilotillståndsdata. Därefter demonstrerar vi ett protokoll för EEG / fMRI-datainspelning, medan ämnen lyssnar på ett band som ber dem att visualisera att deras vänstra hand är nedsänkt i ett kallvattenbad och kallas här för kallhandskeparadigmet. Termiska skillnader mellan varje hand mäts genom hela EEG/fMRI datainsamling med hjälp av en MR-kompatibel temperatursensor som vi utvecklat för detta ändamål. Vi samlar in kall handske EEG/fMRI data tillsammans med samtidiga differentiella hand temperatur mätningar både före och efter hypnotisk induktion. Mellan före och efter sessioner samlas EEG-data för enkel modalitet in under den hypnotiska induktions- och djupbedömningsprocessen. Våra representativa resultat visar att betydande förändringar i EEG-effektspektrumet kan mätas under hypnotisk induktion, och att handtemperaturförändringar under kallhandskeparadigmet paradigmet kan upptäckas snabbt med hjälp av vår MR-kompatibla differentiella termometrienhet.
Introduction
Sedan starten har det varit betydande kontroverser om vad hypnos är och hur exakt mätbara fysiologiska förändringar hos mottagliga individer produceras. Studier som syftar till att förstå de neurala korrelaterna av hypnos och svar på hypnotiskt förslag har i allmänhet producerat olikaresultat 1, vilket kan bero, åtminstone delvis, på skillnader i hypnotisk induktion och förslagstekniker2, vilket ger motivation för en detaljerad metodik och protokollbeskrivning.
Även om hypnos konventionellt har definierats som ett tillstånd av inre koncentration och fokuseraduppmärksamhet 1,3, innehåller en mer komplett operativ definition också: minskad medvetenhet om exogena stimuli4, ökad absorption5, eller enkel uppmärksamhet på ord från experimenteraren och minskad spontan tanke6. En hypnotisk induktion definieras i allmänhet som en uppsättning verbala instruktioner som underlättar hypnos och absorption6. Hypnotizability varierar kraftigt mellan individer, men är i allmänhet stabil inom individer över tid7,8; suggestibility mäts vanligtvis i termer av beteendemässiga svar på förslag med det vanligaste tillämpade måttet är Stanford Hypnotic Susceptibility Scale, (SHSS) form C9-12.
Studier som undersöker neurala korrelater av hypnos faller i allmänhet i två kategorier. Antingen undersöker de nätverk av aktivitet som i sig aktiveras under hypnos med vilotillstånd, eller så studerar de förändringar i neural aktivitet som uppstår som svar på hypnotiskt förslag6. I en nyligen genomförd EEG-studie konstaterades högt suggestible individer att visa högre händelse relaterade desynchrony av frontal-parietal nätverket i alpha-2 bandet under hypnos jämfört med låg suggestible ämnen4. Nyligen har funktionell magnetisk resonanstomografi (fMRI) också avslöjat förändringar i främre standardläge nätverk under "vila tillstånd" hypnos utan motsvarande ökning av aktivitet i andra hjärnområden2. Konvergerande bevis tyder på att hypnos är associerad med dissociated främre uppmärksamhetskontroll13.
Förändringar i fMRI blod syresättning nivå beroende (BOLD) signaler som svar på en mängd hypnotiska förslag har också nyligen rapporterats14-23. Majoriteten av förslag-respons studier korrelera hjärnan signal förändringar med subjektiva betyg av förändrad uppfattning. Men hypnotiskt förslag har också använts för att ändra fysiologiska parametrar som blodtryck, hjärtfrekvens och ämneshandtemperatur som svar24.
Här utvidgar vi dessa tidigare resultat genom att utveckla ett experimentellt paradigm, som här kallas "kall handske"-paradigmet, där försökspersoner hänvisas till att uppfatta att en av deras händer är kallare i temperatur än den andra, i avsaknad av någon extern fysisk manipulering av temperaturen. Dessa muntliga instruktioner levereras via MR-kompatibla hörlurar under datainspelning.
I det nuvarande arbetet demonstrerar vi först vår metod för samtidig EEG/ fMRI-dataregistrering. Vi demonstrerar sedan kallhandskeparadigmet, som inkluderar insamling av EEG/ fMRI-data tillsammans med handtemperaturmätningar både före och efter hypnotisk induktion. Vår metod för hypnotisk induktion inkluderar ett ideomotoriskt förslag som beskrivsav 1, följt av en djupbedömning med hjälp av SSHS, formulär C. Vi upptäcker tillförlitliga förändringar i EEG-effektspektrumet som uppstår efter hypnotisk induktion. Vi visar också att vår MRI-kompatibla differentiella termometrienhet kan mäta handtemperaturförändringar under samtidig EEG/ fMRI-datainsamlingssession. Detta förfarande kan ge viktiga kvantitativa EEG/fMRI mätningar vid bedömning av hjärnan signal förändringar som uppstår under inneboende "vila tillstånd" hypnos samt mäta signal förändringar som svar på hypnotiska förslag för förändrad termisk uppfattning.
Protocol
Följande experimentella protokoll granskades och godkändes av UCLA Institutional Review Board. Innan experimentet började genomgick försökspersonerna en telefonförskärmning som uteslöt försökspersoner som var potentiellt gravida, under 18 år eller som hade arbetat i en maskinutställning eller på annat sätt hade metallimplantat. Vänsterhänta ämnen, eller de med en historia av psykisk sjukdom uteslöts också från ämnespoolen. Inkluderade deltagare instruerades sedan att avstå från koffein, droger och alkohol på experimentdagen. Skriftligt informerat samtycke och förståelse för samtycke erhölls från varje deltagare på experimentdagen.
1. EEG-sensor nettoapplikation
EEG-data registreras med hjälp av ett 256-kanaligt MR-kompatibelt geodesiskt sensornät. Impedansnivåerna i elektroder bör övervakas (steg 1.5) med cirka 20 minuters intervall under hela försöket för att säkerställa att elektroderna inte har torkat ut och att impedanserna förblir under tröskelvärdet.
- Bestäm rätt nettostorlek genom att mäta huvudomkretsen från glabellabrynsåsen till cirka 2,5 cm över jonen.
- HydroCel Salthaltigt kaliumklorid elektrolytlösning gjordes enligt EGI instruktioner. EEG Electrogeodesic 256 sensornät blötlades sedan i elektrolytlösning i 10 min.
- Hörnet, eller Cz, punkten på huvudet bestämdes genom att mäta mittpunkten mellan nasion och inion och anpassa detta till mittpunkten som dissekerar preauricular punkterna. EEG-nätet placerades sedan så att Cz-referenselektroden ligger i linje med hörnpunkten.
- Vi samlade in fotografiska bilder av huvud och elektroder med hjälp av EGI Geodesic Photogrammetry System (GPS) för att kalibrera sensorutrymmet som ska användas i EEG-källanalys.
- Elektrodimpedanser mättes sedan. Kontakt med hårbotten kontrollerades för de elektroder med impedans nivåer över tröskelvärdet. Elektrodplaceringarna justeras och ytterligare elektrolytlösning tillsattes elektroder vid behov för att minska impedansen.
2. Samtidig EEG/fMRI och temperaturregistreringsprotokoll före hypnos
När EEG-nätet har applicerats på lämpligt sätt fortsätter ämnet till MR-skannerrummet. Alla metallföremål tas bort. Strukturella MRT och funktionella MRI-skanningar samlas in på en Siemens Allegra 3T-skanner. Samtidig EEG/fMRI-data samlas in före hypnotisk induktion för att fastställa en funktionell baslinje för varje ämne.
- MPRAGE strukturell skanning
- T2 Matchad bandbredd – en specialiserad skanningssekvens utformad för att ge bra kontrast för bildregistrering, samtidigt som samma måttförvrängningar som de funktionella skanningar som följer.
- Funktionell skanning - T2 *-viktad eko-plana pulssekvens med en TR = 2,5 sek, TE = 40 msec, Synfält = 200 mm x 200 mm, Flip Angle = 90 ° och samla hela hjärnbilder med en upplösning = 64 x 64 x 28, voxelstorlek = 3 mm3. Data samlas in i totalt fem minuter.
- EEG-data registreras samtidigt med hjälp av ett MR-kompatibelt elektrisk geodesiskt (EGI) 256-kanaligt system under de fem minuters funktionella MRT-inspelningarna för att fastställa en baslinje EEG före hypnotisk induktion. Vårt labb har banbrytande metoder för samtidig fMRI / EEG-insamling med hjälp av programvara och hårdvara som tar bort MR-artefakt och balistokardiogramljud, i realtid (se referens25 för ytterligare information).
- Efter vilotillståndsskanningen lyssnar försökspersonerna på ett band som instruerar dem att visualisera att deras vänstra hand är nedsänkt i en hink kallt isvatten. Temperaturskillnaderna mellan varje hand kvantifieras med hjälp av vår differentiella termometriapparat som beskrivs nedan.
3. Hypnotisk induktion
Motiven satt sedan bekvämt i ett svagt upplyst, tyst rum. EEG data registrerades under hela varaktigheten av hypnotiska induktion och progressiv avslappning fördjupning teknik.
- Hypnotisk induktion började med en kort intervju av hypnoterapeuten för att bestämma ämnesspecifika rumsliga signaler som orsakar avkoppling. Ämnena fick sedan ett antal frågor för att avgöra om de kunde visualisera.
- Hypnoterapeuten började sedan induktionen med hjälp av ett ideomoterförslag som kallas armhöjningstekniken. Under denna tid gav hypnoterapeuten ständigt ämnet förslaget att deras arm kändes som om den blev lättare, och vid någon tidpunkt skulle deras arm stiga i luften automatiskt utan viljemässig ansträngning. Efter att motivets arm upphöjts instruerades de sedan att böja armen och röra vid pannan med fingertopparna. Så snart ämnet lydde bad hypnoterapeuten ämnet att stänga ögonen och slappna av som i en djup sömn.
- Nivån av hypnotisk mottaglighet bedömdes sedan via 12-punkts Stanford Scale av hypnotisk mottaglighet, form C test.
- En fördjupande teknik, i form av en progressiv avslappning, användes sedan för att föra ämnet till en högre nivå av hypnotiskt djup.
- EEG-data registreras i hela den hypnotiska induktionen i ett svagt upplyst kopparskärmat rum under den hypnotiska induktionen.
4. EEG/fMRI Datainsamling och differential termometri post hypnotisk induktion
- Efter hypnotisk induktion och progressiv avslappning går motivet återigen in i MR-skanningsrummet med det MR-kompatibla EEG-sensornätet på plats kontinuerligt. Vid denna tidpunkt tejpades temperatursensorer på den mediala delen av båda handlederna. Armband placerades sedan över de tejpade temperatursensorerna för att stabilisera placeringen.
- Temperaturgivare bör konfigureras enligt schemat i figur 2. Kalibrering utfördes före experimentet och utfördes genom att nedst7mmera sensorspetsar i två lösningar med varierande temperaturer (37 °C± 5). Sensorutgången kontrollerades mot termometeravläsningar.
- Ämnet lyssnar sedan på ett förinspelat progressivt avslappningsband tillverkat av hypnoterapeuten via MR-kompatibla hörlurar. Under denna tid samlas fMRI-data in enligt pulssekvenser som beskrivs i steg 1.1, med samtidig EEG-inspelning.
- Insamling av vilotillstånd EEG/fMRI-data efter hypnotisk induktion fortsätter enligt steg 2.2-2.4.
- Hypnoterapeuten administrerar sedan förslaget om "kall handske" för den efterföljande EEG/ fMRI-datainsamlingen, som återigen fortsätter enligt steg 2.2-2.5. Under förslaget ber hypnoterapeuten upprepade gånger ämnet att visualisera sin hand är nedsänkt i ett kallt vattenbad och att föreställa sig att deras vänstra hand blev gradvis kallare från fingertoppar till handled. Differentiella termometrimätningar registreras i hela detta block.
Representative Results
Figur 1 visar EEG-effektspektrumet i en representativ kanal (figur 1a) i genomsnitt över 1 000 msec i ett enda ämne under den vakna varningsperioden som föregick hypnotisk induktion (figur 1b). Det bör noteras att mönstren här följer det karakteristiska omvända förhållandet mellan kraft och frekvens (f), med falloff vid 1/f. Figur 1c visar det effektspektrum som tagits från samma ämne efter hypnotisk induktion och en fördjupningsteknik. Dämpning av effekt kan ses i EEG theta och beta-underband, och det övergripande området följer inte längre 1/f. Figur 2 visar vårt schema för en MR-kompatibel temperatursensor, som använder LM34/ LM35 precisionstemperatursensorer kopplade till en Arduino-enhet.
Figur 1. Elektroencefalogram (EEG) kraftspektrum i ett enda ämne för en representativ elektrodkanal. a)EEG-elektrodmatris med 255 kanaler med kanalvalets rumsliga läge för effektanalysen märkt medblått ( b) EEG-effektspektrum före hypnotisk induktion ochc)effektspektrum i samma elektrodkanal efter hypnotisk induktion och en fördjupningsteknik. Stången längst upp, höger hörn av figur 1c anger förklaringen för varje EEG-delband med frekvenser: delta (0,1-4 Hz), theta (4-8Hz), alfa (8-12 Hz), beta (12-20 Hz) och gamma (frekvenser över 20 Hz).
Figur 2. Schemat för den MRT-kompatibla differentiella temperatursensorkonfigurationen. (ovan) Differentiell termometrikrets,(nedan)översikt över termometrimätningsprocessen.
Discussion
Det verkar finnas bred variation i förslagsmetoder som används för att inducera ämnen till ett tillstånd av hypnos1. Vi visar här att ett förslag för icke-volitional motorisk rörelse följt av SHSS, form C, kan användas för att ändra EEG maktspektrum. Vi noterar att även om ämnet som används i denna studie hade hypnotiserats tidigare, gjordes inget försök via Harvard Group Suggestibility Scale eller annan mekanism att hitta ett mycket mottagligt ämne. Vi antar att omfattningen av förändringar i EEG frekvens subband sannolikt varierar beroende på ämnesnivå av mottaglighet, som har rapporterats4.
Vi visade också en inställning för att mäta handtemperaturfluktuationer som kan uppstå under en samtidig EEG / fMRI-session. Även om försökspersoner så småningom kan lära sig att utföra handtemperaturförändringar utan hypnos med hjälp av biofeedback-signaler, tar detta vanligtvis många träningspass26. Frischholz och Tryon26 kunde inte replikera sambandet mellan förändringar i handtemperatur och hypnotiskt djup med hjälp av kall handske förslag paradigm, i motsats till det som rapporterats avandra 27. Ytterligare arbete krävs för att lösa denna kontrovers. Metoden för att mäta handtemperaturförändringar under en funktionell neuroimaging session kan dock visa sig användbar för att bedöma neurala korrelater av hypnotiska "kall handske" förslag efter hypnotisk induktion.
Disclosures
Efter godkännandet och publiceringen har Electrical Geodesics, Inc. garanterat open access-avgiften för denna artikel
Acknowledgments
Detta arbete stöddes av medel från Korean Basic Science Institute (KBSI) anslag, Neuroimaging Studies of Hypnotically Induceduced 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).
