Summary
Vi presenterer en protokoll for samtidig innsamling av EEG/fMRI-data, og synkronisert MR-klokkesignalopptak. Vi demonstrerer denne metoden ved hjelp av et unikt paradigme der forsøkspersonene får "kaldhanske" instruksjoner under skanning, og EEG / fMRI-data registreres sammen med håndtemperaturmålinger både før og etter hypnotisk induksjon.
Abstract
I dette arbeidet viser vi en metode for samtidig innsamling av EEG/fMRI-data. I vårt oppsett samles EEG-data ved hjelp av et 256-kanals sensornett med høy tetthet. Selve EEG-forsterkeren finnes i et fics-system (Field Isolation Containment System), og MR-klokkesignaler synkroniseres med EEG-datainnsamling for senere MR-artefaktkarakterisering og fjerning. Vi demonstrerer denne metoden først for å hvile statlig datainnsamling. Deretter demonstrerer vi en protokoll for EEG / fMRI-dataregistrering, mens forsøkspersoner lytter til et bånd som ber dem visualisere at deres venstre hånd er nedsenket i et kaldtvannsbad og referert til, her, som det kalde hanskeparadigmet. Termiske differensialer mellom hver hånd måles gjennom EEG/fMRI-datainnsamling ved hjelp av en MR-kompatibel temperatursensor som vi utviklet for dette formålet. Vi samler inn EEG/fMRI-data for kaldhanske sammen med samtidige differensialtemperaturmålinger både før og etter hypnotisk induksjon. Mellom før- og ettersesjoner samles EEG-data med én modalitet inn under den hypnotiske induksjons- og dybdevurderingsprosessen. Våre representative resultater viser at betydelige endringer i EEG-kraftspekteret kan måles under hypnotisk induksjon, og at håndtemperaturendringer under kaldhanskeparadigmet kan oppdages raskt ved hjelp av vår MR-kompatible differensialtermometrienhet.
Introduction
Siden starten har det vært betydelig kontrovers om hva hypnose er, og hvor nøyaktig målbare fysiologiske endringer hos mottakelige individer produseres. Studier som tar sikte på å forstå nevrale korrelasjoner av hypnose og respons på hypnotisk forslag har generelt gitt varierte resultater1, som i det minste delvis skyldes forskjeller i hypnotisk induksjon og forslagsteknikker2, og dermed gir motivasjon for en detaljert metodikk og protokollbeskrivelse.
Selv om hypnose konvensjonelt har blitt definert som en tilstand av indre konsentrasjon og fokusert oppmerksomhet1,3, inkluderer en mer komplett operasjonell definisjon også: redusert bevissthet om eksogene stimuli4, øktabsorpsjon 5, eller uanstrengt oppmerksomhet på eksperimentets ord og redusert spontan tanke6. En hypnotisk induksjon er generelt definert som et sett med verbale instruksjoner som letter hypnose ogabsorpsjon 6. Hypnotizabilitet varierer sterkt mellom individer, men er generelt stabil hos enkeltpersoner over tid7,8; suggestibility måles vanligvis når det gjelder atferdsrespons på forslag, der den mest brukte metrikkverdien er Stanford Hypnotic Susceptibility Scale, (SHSS) fra C9-12.
Studier som undersøker nevrale korrelasjoner av hypnose faller vanligvis inn i to kategorier. Enten undersøker de nettverk av aktivitet iboende aktivert under 'hviletilstand' hypnose, eller de studerer endringer i nevral aktivitet som oppstår som svar på hypnotisk forslag6. I en nylig EEG-studie ble det funnet svært antydende individer å vise høyere hendelsesrelatert desynkronisering av frontal-parietalnettverket i alfa-2-båndet under hypnose sammenlignet med lave antydelige personer4. Nylig har funksjonell magnetisk resonansavbildning (fMRI) også avslørt endringer i fremre standardmodusnettverk under "hviletilstand" hypnose uten tilsvarende økning i aktivitet i andre hjerneområder2. Konvergerende bevis tyder på at hypnose er forbundet med dissosiert fremre oppmerksomhetskontroll13.
Endringer i fMRI blod oksygenering nivå avhengige (BOLD) signaler som svar på en rekke hypnotiske forslag har også nylig blitt rapportert14-23. De fleste forslagsresponsstudier korrelerer hjernesignalendringer med subjektive vurderinger av endret oppfatning. Imidlertid har hypnotisk forslag også blitt brukt til å endre fysiologiske parametere som blodtrykk, hjertefrekvens og motivhåndtemperatur som respons24.
Her utvider vi disse tidligere funnene ved å utvikle et eksperimentelt paradigme, referert til her som "kaldhanske" paradigmet, hvorved forsøkspersoner er rettet mot å oppleve at en av hendene deres er kaldere i temperatur enn den andre, i fravær av ekstern fysisk manipulasjon av temperatur. Disse verbale instruksjonene leveres via MR-kompatible hodetelefoner under dataregistrering.
I dette arbeidet demonstrerer vi først vår metode for samtidig EEG/fMRI-dataregistrering. Deretter demonstrerer vi kaldhanskeparadigmet, som inkluderer innsamling av EEG/fMRI-data sammen med håndtemperaturmålinger både før og etter hypnotisk induksjon. Vår metode for hypnotisk induksjon inkluderer et ideomotorisk forslag beskrevet av1, etterfulgt av en dybdevurdering ved hjelp av SSHS, skjema C. Vi oppdager pålitelige endringer i EEG-kraftspekteret som oppstår etter hypnotisk induksjon. Vi viser også at vår MR-kompatible differensialtermometrienhet er i stand til å måle endringer i håndtemperaturen under samtidig EEG/ fMRI datainnsamling. Denne prosedyren kan gi viktige kvantitative EEG/fMRI-målinger i vurderingen av hjernesignalendringer som oppstår under egen "hviletilstand" hypnose samt måling av signalendringer som svar på hypnotiske forslag til endret termisk oppfatning.
Protocol
Følgende eksperimentelle protokoll ble gjennomgått og godkjent av UCLA Institutional Review Board. Før eksperimentet påbegynnes, gjennomgikk forsøkspersonene en forhåndsscreening av telefonen som utelukket subjekt som var potensielt gravid, under atten år, eller som hadde jobbet i et maskinshow eller på annen måte hadde metalliske implantater. Venstrehendte forsøkspersoner, eller de med en historie med psykiske lidelser, ble også ekskludert fra fagbassenget. Inkluderte deltakere ble deretter instruert til å avstå fra koffein, narkotika og alkohol på eksperimentets dag. Skriftlig informert samtykke og forståelse av samtykke ble innhentet fra hver deltaker på eksperimentets dag.
1. Nettapplikasjon for EEG-sensor
EEG-dataene registreres ved hjelp av et 256-kanals MR-kompatibelt geodesisk sensornett. Impedansnivåer i elektroder bør overvåkes (trinn 1.5) med omtrent 20 minutters intervaller gjennom hele eksperimentet for å sikre at elektroder ikke har tørket ut og at impedanser forblir under terskelen.
- Bestem riktig nettostørrelse ved å måle hodeomkretsen fra glabella brynryggen til ca. 2,5 cm over inionen.
- HydroCel Salt kaliumklorid elektrolyttoppløsning ble laget i henhold til EGI-instruksjoner. EEG Electrogeodesic 256 sensornett ble deretter gjennomvåt i elektrolyttoppløsning i 10 minutter.
- Toppunktet, eller Cz, punktet på hodet ble bestemt ved å måle midtpunktet mellom nasion og inion og justere dette med midtpunktet som dissekerer preaurikulære punkter. EEG-nettet ble deretter plassert slik at Cz-referanseelektroden stemmer overens med toppunktpunktet.
- Vi samlet fotografiske bilder av hodet og elektrodene ved hjelp av EGI Geodesic Photogrammetry System (GPS) for å kalibrere sensorrommet som skal brukes i EEG-kildeanalyse.
- Elektrodeimpedanser ble deretter målt. Kontakt med hodebunnen ble sjekket for de elektrodene med impedansnivåer over terskelen. Elektrodenes plasseringer justeres, og ytterligere elektrolyttløsning ble tilsatt elektroder etter behov for å redusere impedansen.
2. Samtidig EEG/ fMRI og temperaturregistreringsprotokoll før hypnose
Etter at EEG-nettet er brukt på riktig måte, fortsetter emnet til MR-skannerrommet. Alle metallobjekter fjernes. Strukturelle MR- og funksjonelle MR-skanninger samles på en Siemens Allegra 3T-skanner. Samtidige EEG/fMRI-data samles inn før hypnotisk induksjon for å etablere en funksjonell basislinje for hvert emne.
- MPRAGE strukturell skanning
- T2 Matched Bandwidth - en spesialisert skannesekvens designet for å gi god kontrast for bilderegistrering, samtidig som den deler de samme metriske forvrengningene som de funksjonelle skanningene som følger.
- Funksjonell skanning - T2 *-vektet ekkoplanarpulssekvens med en TR = 2,5 sek, TE = 40 msek, Synsfelt = 200 mm x 200 mm, Flip Angle = 90 °, samler hele hjernebilder med en oppløsning = 64 x 64 x 28, voxel størrelse = 3 mm3. Data samles inn i totalt fem minutter.
- EEG-data registreres samtidig ved hjelp av et MR-kompatibelt elektrisk geodesics (EGI) 256-kanalssystem under fem minutters funksjonelle MR-opptak for å etablere en baseline EEG før den hypnotiske induksjonen. Laboratoriet vårt har banebrytende metoder for samtidig fMRI/EEG-samling ved hjelp av programvare og maskinvare som fjerner MR-artefakt og balistokardiogramstøy i sanntid (se referanse25 for ytterligere detaljer).
- Etter hviletilstandsskanningen lytter forsøkspersonene til et bånd som instruerer dem om å visualisere at venstre hånd er nedsenket i en bøtte med kaldt isvann. Temperaturforskjeller mellom hver hånd kvantifiseres ved hjelp av vår differensialtermometrienhet beskrevet nedenfor.
3. Hypnotisk induksjon
Motivene satt deretter komfortabelt i et svakt opplyst, stille rom. EEG-data ble registrert gjennom hele varigheten av den hypnotiske induksjonen og progressiv avslapningsfordypningsteknikk.
- Hypnotisk induksjon begynte med et kort intervju av hypnoterapeuten for å bestemme emnet spesifikke romlige signaler som forårsaker avslapning. Fagene ble deretter stilt en rekke spørsmål for å avgjøre om de var i stand til å visualisere.
- Hypnoterapeuten begynte deretter induksjonen ved hjelp av et ideomoterforslag kjent som armhevingsteknikken. I løpet av denne tiden ga hypnoterapeuten kontinuerlig emnet antydningen om at armen deres føltes som om den ble lettere, og på et tidspunkt ville armen stige i luften automatisk uten volitional innsats. Etter at motivets arm var forhøyet, ble de deretter bedt om å bøye armen og berøre pannen med fingertuppene. Så snart emnet fulgte, ba hypnoterapeuten emnet om å lukke øynene og slappe av som om han var i dyp søvn.
- Nivået av hypnotisk følsomhet ble deretter vurdert via 12-punkts Stanford-skalaen av hypnotisk følsomhet, skjema C-test.
- En dypere teknikk, i form av en progressiv avslapning, ble deretter brukt til å bringe motivet inn i et større nivå av hypnotisk dybde.
- EEG-data registreres gjennom den hypnotiske induksjonen i et svakt opplyst kobberskjermet rom under den hypnotiske induksjonen.
4. EEG/fMRI datainnsamling og differensialtermometri etter hypnotisk induksjon
- Etter hypnotisk induksjon og progressiv avslapning går motivet igjen inn i MR-skannerommet med DET MR-kompatible EEG-sensornettet kontinuerlig på plass. På dette tidspunktet ble temperatursensorer teipet på medialdelen av begge håndleddene. Armbånd ble deretter plassert over de teipede temperatursensorene for å stabilisere plasseringen.
- Temperatursensorer bør konfigureres i henhold til skjematisk i figur 2. Kalibrering ble utført før eksperimentet, og ble oppnådd ved å nedsenke sensorspisser i to løsninger med varierende temperaturer (37 °C± 5). Sensorutgangen ble kontrollert mot termometeravlesninger.
- Motivet lytter deretter til et forhåndsinnspilt progressivt avslapningsbånd laget av hypnoterapeuten via MR-kompatible hodetelefoner. I løpet av denne tiden samles fMRI-data i henhold til pulssekvenser beskrevet i trinn 1.1, med samtidig EEG-opptak.
- Innsamling av hviletilstand EEG/fMRI-data etter hypnotisk induksjon fortsetter i henhold til trinn 2.2-2.4.
- Hypnoterapeuten administrerer deretter forslaget om "kaldhanske" for den påfølgende EEG/fMRI-datainnsamlingen, som igjen fortsetter i henhold til trinn 2.2-2.5. Under forslaget ber hypnoterapeuten gjentatte ganger emnet om å visualisere hånden nedsenket i et kaldt vannbad, og å forestille seg at deres venstre hånd vokste gradvis kaldere fra fingertupper til håndledd. Differensialtermometrimålinger registreres i hele denne blokken.
Representative Results
Figur 1 viser EEG-kraftspekteret i en representativ kanal (Figur 1a) i gjennomsnitt over 1000 msek i ett enkelt motiv i løpet av våkenperioden som forut for hypnotisk induksjon (Figur 1b). Det skal bemerkes at mønstrene her følger det karakteristiske inverse forholdet mellom kraft og frekvens (f), med fall på 1/f. Figur 1c viser kraftspekteret tatt fra samme emne etter hypnotisk induksjon og en dypere teknikk. Demping av kraft kan sees i EEG theta- og betaunderbånd, og den totale tomten følger ikke lenger 1/f. Figur 2 viser vårt skjema for en MR-kompatibel temperatursensor, som bruker LM34/LM35 presisjonstemperatursensorer koblet til en Arduino-enhet.
Figur 1. Elektroencefalogram (EEG) kraftspekter i ett enkelt motiv for en representativ elektrodekanal. (a) 255-kanals EEG-elektrodematrise med romlig plassering av kanalvalget for kraftanalysen merket med blått (b) EEG-kraftspekter før hypnotisk induksjon, og (c) kraftspekter i samme elektrodekanal etter hypnotisk induksjon og en dypere teknikk. Linjen øverst til høyre i figur 1c angir forklaringen for hvert EEG-delbånd 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. Skjematisk for konfigurasjon av MR-kompatibel differensialtemperatursensor. (ovenfor) Differensialtermometrikrets, (under) oversikt over termometrimålingsprosess.
Discussion
Det synes å være stor variasjon i forslagsmetoder som brukes til å indusere til en tilstand av hypnose1. Vi viser her at et forslag til ikke-flyktig motorbevegelse etterfulgt av SHSS, skjema C, kan brukes til å endre EEG-kraftspekteret. Vi merker oss at selv om emnet som ble brukt i denne studien hadde blitt hypnotisert tidligere, var det ikke gjort noe forsøk via Harvard Group Suggestibility Scale eller annen mekanisme for å finne et svært utsatt emne. Vi antar at omfanget av endringer i EEG-frekvensunderbånd sannsynligvis varierer i henhold til subjektnivå av følsomhet, som det er rapportert4.
Vi demonstrerte også et oppsett for å måle håndtemperatursvingninger som kan oppstå under en samtidig EEG/fMRI-økt. Selv om forsøkspersoner til slutt kan lære å oppnå håndtemperaturendringer uten hypnose ved hjelp av biofeedback-signaler, tar dette vanligvis mange treningsøkter26. Frischholz og Tryon26 klarte ikke å gjenskape sammenhengen mellom endringer i håndtemperatur og hypnotisk dybde ved hjelp av det kalde hanskeforslagsparadigmet, i motsetning til det som rapporteres av andre27. Ytterligere arbeid er nødvendig for å løse denne kontroversen. Likevel kan metoden for måling av håndtemperaturendringer under en funksjonell neuroimaging-økt være nyttig for å vurdere nevrale korrelasjoner av det hypnotiske "kalde hansken" -forslaget etter hypnotisk induksjon.
Disclosures
Etter aksept og publisering har Electrical Geodesics, Inc. underskrevet open access-avgiften for denne artikkelen.
Acknowledgments
Dette arbeidet ble støttet av midler fra Korean Basic Science Institute (KBSI) grant, 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. 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).
