Summary
Vi præsenterer en protokol for samtidig indsamling af EEG/fMRI-data og synkroniseret MR-clocksignaloptagelse. Vi demonstrerer denne metode ved hjælp af et unikt paradigme, hvor forsøgspersoner modtager 'koldhandske' instruktioner under scanning, og EEG/fMRI-data registreres sammen med håndtemperaturmålinger både før og efter hypnotisk induktion.
Abstract
I nærværende arbejde demonstrerer vi en metode til samtidig indsamling af EEG/fMRI-data. I vores opsætning indsamles EEG-data ved hjælp af et 256-kanals sensornet med høj tæthed. Selve EEG-forstærkeren er indeholdt i et FICS (Field Isolation Containment System), og MR-ursignaler synkroniseres med EEG-dataindsamling til efterfølgende MR-artefaktkarakterisering og -fjernelse. Vi demonstrerer denne metode først til hvile af statens dataindsamling. Derefter demonstrerer vi en protokol for EEG / fMRI-dataregistrering, mens forsøgspersoner lytter til et bånd, der beder dem om at visualisere, at deres venstre hånd er nedsænket i et koldtvandsbad og her omtales som det kolde handskeparadigme. Termiske forskelle mellem hver hånd måles i hele EEG/fMRI dataindsamling ved hjælp af en MR-kompatibel temperatursensor, som vi udviklede til dette formål. Vi indsamler koldhandske EEG/fMRI data sammen med samtidige differentiale håndtemperaturmålinger både før og efter hypnotisk induktion. Mellem før- og eftersessioner indsamles enkelt modalitet EEG-data under den hypnotiske induktions- og dybdevurderingsproces. Vores repræsentative resultater viser, at væsentlige ændringer i EEG-effektspektret kan måles under hypnotisk induktion, og at håndtemperaturændringer under kølehandskeparadigmetmet hurtigt kan detekteres ved hjælp af vores MR-kompatible differentialtermometrienhed.
Introduction
Siden starten har der været betydelig kontrovers om, hvad hypnose er, og hvordan der præcist måles fysiologiske ændringer i modtagelige personer produceres. Undersøgelser med henblik på at forstå de neurale korrelater af hypnose og reaktioner på hypnotiske forslag har generelt produceret varierede resultater1, som kan skyldes, i det mindste delvis, at forskelle i hypnotiske induktion og forslag teknikker2, hvilket giver motivation for en detaljeret metode og protokol beskrivelse.
Selv om hypnose traditionelt er blevet defineret som en tilstand af indre koncentration og fokuseret opmærksomhed1,3, omfatter en mere komplet operationel definition også: formindsket bevidsthed om eksogene stimuli4, øget absorption5eller ubesværet opmærksomhed på eksperimentatorens ord og formindsket spontan tanke6. En hypnotisk induktion er generelt defineret som et sæt verbale instruktioner, der letter hypnose og absorption6. Hypnotizability varierer meget mellem individer, men er generelt stabil hos enkeltpersoner over tid7,8; suggestibilitet måles typisk i form af adfærdsmæssige svar på forslag med den mest anvendte metrikværdi er Stanford Hypnotic Susceptibility Scale, (SHSS) form C9-12.
Undersøgelser, der undersøger de neurale korrelater af hypnose generelt falder i to kategorier. Enten undersøger de netværk af aktivitet, der aktiveres i sig selv under 'hviletilstand' hypnose, eller de studerer ændringer i neural aktivitet, der opstår som reaktion på hypnotisk forslag6. I en nylig EEG undersøgelse, meget suggestible personer blev anset for at vise højere begivenhed relateret desynkronitet af frontal-parietal netværk i alfa-2 båndet under hypnose i forhold til lav suggestible emner4. For nylig har funktionel magnetisk resonans imaging (fMRI) også afsløret ændringer i forreste standard mode netværk under 'hviletilstand' hypnose uden en tilsvarende stigning i aktiviteten i andre hjerneområder2. Konvergerende beviser tyder på, at hypnose er forbundet med dissociated forreste opmærksomme kontrol13.
Ændringer i fMRI iltningsniveau afhængig (FED) signaler som reaktion på en række hypnotiske forslag er også for nylig blevet rapporteret14-23. De fleste forslags-respons undersøgelser korrelerer hjernen signal ændringer med subjektive ratings af ændret opfattelse. Men, hypnotiske forslag er også blevet brugt til at ændre fysiologiske parametre såsom blodtryk, puls, og emne håndtemperatur i respons24.
Her udvider vi disse tidligere fund ved at udvikle et eksperimentelt paradigme, der her omtales som paradigmet 'koldhandske', hvor forsøgspersoner er rettet mod at opfatte, at en af deres hænder er koldere i temperatur end den anden, i mangel af ekstern fysisk manipulation af temperaturen. Disse mundtlige instruktioner leveres via MR-kompatible hovedtelefoner under dataoptagelse.
I nærværende arbejde demonstrerer vi først vores metode til samtidig EEG/fMRI-dataregistrering. Derefter demonstrerer vi det kolde handskeparadigme, som omfatter indsamling af EEG/fMRI-data sammen med håndtemperaturmålinger både før og efter hypnotisk induktion. Vores metode til hypnotisk induktion omfatter en ideomotorisk forslag beskrevet af1, efterfulgt af en dybdevurdering ved hjælp af SSHS, form C. Vi registrerer pålidelige ændringer i EEG-effektspektret, der opstår efter hypnotisk induktion. Vi demonstrerer også, at vores MR-kompatible differentialtermometrienhed er i stand til at måle håndtemperaturændringer under samtidig EEG/fMRI-dataindsamlingssession. Denne procedure kan give vigtige kvantitative EEG / fMRI målinger i vurderingen af hjernen signal ændringer, der opstår i løbet af iboende 'hviletilstand' hypnose samt måling signal ændringer som reaktion på hypnotiske forslag til ændret termisk opfattelse.
Protocol
Følgende forsøgsprotokol blev gennemgået og godkendt af UCLA Institutional Review Board. Før eksperimentet blev indledt, gennemgik forsøgspersonerne en telefonforskærmning, der udelukkede forsøgspersoner, der var potentielt gravide, under 18 år, eller som havde arbejdet i et maskinshow eller på anden måde havde metalliske implantater. Venstrehåndede forsøgspersoner eller personer med tidligere psykisk sygdom blev også udelukket fra fagpuljen. Inkluderede deltagere blev derefter instrueret i at afholde sig fra koffein, stoffer og alkohol på dagen for eksperimentet. Der blev indhentet skriftligt informeret samtykke og forståelse af samtykke fra hver deltager på dagen for eksperimentet.
1. EEG Sensor Net Ansøgning
EEG-dataene registreres ved hjælp af et 256-kanals MR-kompatibelt geodætisk sensornet. Impedansniveauet i elektroder bør overvåges (trin 1.5) med ca. 20 minutters mellemrum under hele forsøget for at sikre, at elektroderne ikke er tørret ud, og at impedanserne forbliver under tærsklen.
- Bestem den korrekte netstørrelse ved at måle hovedomkredsen fra glabella panderyggen til ca. 2,5 cm over inionen.
- HydroCel Saline kaliumchloridelektrolytopløsning blev fremstillet i overensstemmelse med EGI-instruktioner. EEG Elektrogeodesic 256 sensornet blev derefter gennemblødt i elektrolytopløsning i 10 min.
- Knudepunktet, eller Cz, punkt på hovedet blev bestemt ved at måle midtpunktet mellem nasion og inion og tilpasse dette med midtpunktet, der dissekerer de præaurkulære punkter. EEG-nettet blev derefter placeret således, at Cz-referenceelektroden flugter med knudepunktet.
- Vi indsamlede fotografiske billeder af hoved og elektroder ved hjælp af EGI Geodesic Photogrammetry System (GPS) for at kalibrere sensorrummet, der skal bruges i EEG-kildeanalyse.
- Elektrode impedanser blev derefter målt. Kontakt med hovedbunden blev kontrolleret for de elektroder med impedans niveauer over tærsklen. Elektroderne placeringer justeres, og yderligere elektrolytopløsning blev tilsat elektroder efter behov for at reducere impedansen.
2. Samtidig EEG/fMRI og temperaturregistreringsprotokol forud for hypnose
Når EEG-nettet er påført korrekt, fortsætter forsøgspersonen til MR-scannerrummet. Alle metalgenstande fjernes. Strukturelle MR-scanninger og funktionelle MR-scanninger indsamles på en Siemens Allegra 3T-scanner. Samtidige EEG/fMRI-data indsamles forud for hypnotisk induktion med henblik på at etablere en funktionel basislinje for hvert emne.
- Strukturel scanning af MPRAGE
- T2 Matched Bandwidth - en specialiseret scanningssekvens designet til at give god kontrast til billedregistrering, mens du deler de samme metriske forvrængninger som de funktionelle scanninger, der følger.
- Funktionel scanning - T2*-vægtet ekkoplanarpulssekvens med en TR=2,5 sek., TE=40 msec, Field of View=200 mm x 200 mm, Flip Angle=90°, der indsamler hele hjernebilleder med en opløsning=64 x 64 x 28, voxel size=3 mm3. Data indsamles i i alt fem minutter.
- EEG-data registreres samtidig ved hjælp af et MR-kompatibelt elektrisk geodæstik (EGI) 256-kanalssystem under de fem minutters funktionelle MR-optagelser for at etablere en baseline EEG forud for den hypnotiske induktion. Vores laboratorium har været banebrydende metoder til samtidig fMRI/EEG-samling ved hjælp af software og hardware, der fjerner MR artefakt og balistocardiogramstøj i realtid (se reference25 for yderligere oplysninger).
- Efter hviletilstandsscanningen lytter forsøgspersonerne til et bånd, der instruerer dem i at visualisere, at deres venstre hånd er nedsænket i en spand koldt isvand. Temperaturforskelle mellem hver hånd kvantificeres ved hjælp af vores differentierede termometrienhed, der er beskrevet nedenfor.
3. Hypnotisk induktion
Forsøgspersonerne sad derefter komfortabelt i et svagt oplyst, roligt rum. EEG-data blev registreret i hele varigheden af den hypnotiske induktion og progressiv afslapning uddybning teknik.
- Hypnotisk induktion begyndte med et kort interview med hypnoterapeuten for at bestemme emnespecifikke rumlige signaler, der forårsager afslapning. Forsøgspersonerne blev derefter stillet en række spørgsmål for at afgøre, om de var i stand til at visualisere.
- Den hypnoterapeut derefter begyndte induktion ved hjælp af en ideomoter forslag kendt som arm hæve teknik. I løbet af denne tid gav hypnoterapeuten konstant emnet forslaget om, at deres arm føltes som om det blev lettere, og på et tidspunkt ville deres arm stige i luften automatisk uden viljesbestemt indsats. Efter motivets arm løftede sig, blev de derefter bedt om at bøje deres arm og røre ved deres pande med fingerspidserne. Så snart emnet overholdt, hypnoterapeuten bedt emnet om at lukke hans eller hendes øjne og slappe af, som om i en dyb søvn.
- Niveau af hypnotisk modtagelighed blev derefter vurderet via 12-punkt Stanford Scale af hypnotiske modtagelighed, form C-test.
- En uddybning teknik, i form af en progressiv afslapning, blev derefter brugt til at bringe emnet i et større niveau af hypnotisk dybde.
- EEG-data registreres i hele den hypnotiske induktion i et svagt oplyst kobberafskærmet rum under den hypnotiske induktion.
4. EEG/fMRI Dataindsamling og differentialtermometri Post hypnotisk induktion
- Efter hypnotisk induktion og progressiv afslapning, emnet, igen ind i MR-scanning værelse med MR-kompatible EEG sensor net på plads løbende. På dette tidspunkt blev temperatursensorer tapet på den mediale del af begge håndled. Armbånd blev derefter placeret over de tapede temperatursensorer for at hjælpe med at stabilisere placeringen.
- Temperatursensorer skal konfigureres i henhold til skemaet i figur 2. Kalibreringen blev udført før eksperimentet og blev udført ved at nedsænke sensorspidser i to opløsninger med varierende temperaturer (37 °C± 5). Sensorudgangen blev kontrolleret i forhold til termometeraflæsninger.
- Emnet lytter derefter til et indspillet progressivt afslapningsbånd lavet af hypnoterapeuten via MR-kompatible hovedtelefoner. I løbet af denne tid indsamles fMRI-data i henhold til pulssekvenser, der er beskrevet i trin 1.1, med samtidig EEG-optagelse.
- Indsamling af hviletilstand EEG/fMRI-data efter hypnotisk induktionsprovenu i henhold til trin 2.2-2.4.
- Hypnoterapeuten administrerer derefter forslaget om den efterfølgende EEG/fMRI-dataindsamling, som igen fortsætter i henhold til trin 2.2-2.5. Under forslaget, gentagne gange hypnoterapeut beder emnet til at visualisere deres hånd er nedsænket i et koldt vand bad, og at forestille sig, at deres venstre hånd voksede gradvist koldere fra fingerspidserne til håndleddet. Differentiale termometrimålinger registreres i hele denne blok.
Representative Results
Figur 1 viser EEG-effektspektret i en repræsentativ kanal (figur 1a) i gennemsnit over 1.000 msec i et enkelt emne i den vågne periode, der gik forud for hypnotisk induktion (Figur 1b). Det skal bemærkes, at mønstrene her følger det karakteristiske omvendte forhold mellem effekt og frekvens (f), med falloff ved 1/f. Figur 1c viser effektspektret taget fra det samme emne efter hypnotisk induktion og en uddybningsteknik. Afdæmpning af effekt kan ses i EEG theta- og betaunderbånd, og det overordnede plot følger ikke længere 1/f. Figur 2 viser vores skematisk for en MR-kompatibel temperatursensor, der bruger LM34/LM35 præcisionstemperatursensorer koblet til en Arduino-enhed.
Figur 1. Elektroencefalogram (EEG) effektspektrum i et enkelt emne for en repræsentativ elektrodekanal. (a) 255 kanal EEG elektrode array med den rumlige placering af kanalen udvælgelse til effekt analyse markeret med blå (b) EEG effekt spektrum forud for hypnotiske induktion, og (c) effekt spektrum i samme elektrode kanal efter hypnotisk induktion og en uddybning teknik. Linjen i øverste højre hjørne af Figur 1c angiver forklaringen for hvert EEG-underbånd med frekvenser: delta (0,1-4 Hz), theta (4-8Hz), alfa (8-12 Hz), beta (12-20 Hz) og gamma (frekvenser over 20 Hz).
Figur 2. Skematisk over den MRI-kompatible konfiguration af differentialtemperatursensoren. (ovenfor) Differial termometrikredsløb, (nedenfor) oversigt over termometrimålingsprocessen.
Discussion
Der synes at være stor variation i forslag metoder, der anvendes til at fremkalde emner i en tilstand af hypnose1. Vi viser her, at et forslag til ikke-flygtig motorisk bevægelse efterfulgt af SHSS, C-formularen, kan bruges til at ændre EEG-effektspektret. Vi bemærker, at selv om det emne, der anvendes i denne undersøgelse var blevet hypnotiseret i fortiden, var der ingen forsøg via Harvard Group Suggestibility Scale eller anden mekanisme til at finde en meget modtagelig emne. Vi hypotese, at omfanget af ændringer i EEG frekvens underbånd sandsynligvis varierer afhængigt af emnet niveau af modtagelighed, som det er blevet rapporteret4.
Vi demonstrerede også en opsætning til måling af håndtemperaturudsving, der kan opstå under en samtidig EEG/fMRI-session. Selv om forsøgspersoner i sidste ende kan lære at opnå håndtemperatur ændringer uden hypnose ved hjælp af biofeedback stikord, dette tager typisk mange træningspas26. Frischholz og Tryon26 var ude af stand til at kopiere sammenhængen mellem ændringer i håndtemperatur og hypnotisk dybde ved hjælp af den kolde handske forslag paradigme, i modsætning til det rapporteret af andre27. Der kræves yderligere arbejde for at løse denne kontrovers. Ikke desto mindre kan metoden til måling af håndtemperaturændringer under en funktionel neuroimaging-session vise sig nyttig til vurdering af de neurale korrelater af det hypnotiske 'kolde handske'-forslag efter hypnotisk induktion.
Disclosures
Efter sin accept og offentliggørelse, electric geodesics, Inc. har garanteret den åbne adgang gebyr for denne artikel
Acknowledgments
Dette arbejde blev støttet af midler fra korean Basic Science Institute (KBSI) tilskud, Neuroimaging Studies of Hypnotically Induceret 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. Hypnotizability and attention. J. Abnorm Psychol. 88, 92-95 (1979).
- 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. Hypnosis. Annu Rev Psychol. 36, 385-418 (1985).
- 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).
