Summary
Представляем протокол параллельного сбора данных ЭЭГ/МРТ и синхронизированной записи сигнала MR-часов. Мы демонстрируем этот метод с помощью уникальной парадигмы, при которой испытуемые получают инструкции «холодная перчатка» во время сканирования, а данные ЭЭГ/МРТ регистрируются вместе с измерениями температуры рук как до, так и после гипнотической индукции.
Abstract
В настоящей работе мы демонстрируем метод параллельного сбора данных ЭЭГ/МРТ. В нашей установке данные ЭЭГ собираются с помощью 256-канальной сенсорной сети высокой плотности. Сам усилитель ЭЭГ содержится в системе изоляции поля (FICS), а сигналы часов МРТ синхронизируются со сбором данных ЭЭГ для последующей характеристики и удаления артефактов MR. Мы демонстрируем этот метод в первую очередь для сбора данных состояния покоя. После этого мы демонстрируем протокол для записи данных ЭЭГ/МРТ, в то время как испытуемые слушают ленту с просьбой представить, что их левая рука погружена в ванну с холодной водой и называется, здесь, как холодная перчатка парадигмы. Тепловые дифференциалы между каждой рукой измеряются во время сбора данных ЭЭГ/МРТ с помощью совместимого с MR датчика температуры, который мы разработали для этой цели. Мы собираем данные ЭЭГ/МРТ холодной перчатки наряду с одновременными дифференциальными измерениями температуры рук как до, так и после гипнотической индукции. Между пред- и после сессий, единый модально ЭЭГ данные собираются в ходе гипнотической индукции и глубины процесса оценки. Наши репрезентативные результаты показывают, что значительные изменения в спектре ЭЭГ можно измерить во время гипнотической индукции, и что изменения температуры рук во время парадигмы холодных перчаток могут быть обнаружены быстро с помощью нашего совместимого с MR дифференциального термометрического устройства.
Introduction
С момента своего создания, было значительное противоречие о том, что гипноз, и как именно измеримые физиологические изменения в восприимчивых лиц производятся. Исследования, направленные на понимание нейронных коррелирует гипноза и ответы на гипнотическое предложение, как правило,дали разнообразные результаты 1, которые могут быть связаны, по крайней мере частично, различия в гипнотической индукциии внушения методы 2, тем самым обеспечивая мотивацию для подробной методологии и описания протокола.
Хотя гипноз условно определяется как состояние внутренней концентрации и сосредоточенноевнимание 1,3, более полное оперативное определение также включает в себя: снижение осведомленности о экзогенныхстимулов 4, увеличениепоглощения 5, или легкое внимание к словам экспериментатора и уменьшилась спонтаннаямысль 6. Гипнотическая индукция, как правило, определяется как набор словесных инструкций, которые облегчают гипноз и поглощение6. Гипнотизируемость сильно варьируется между людьми, но, как правило, стабильна в отдельных лиц стечением времени 7,8; suggestibility, как правило, измеряется с точки зрения поведенческой реакции на предложение с наиболее часто применяемых метрики Стэнфордского гипнотического восприимчивости шкалы, (SHSS) форме C9-12.
Исследования, которые изучают нейронные корреляты гипноза обычно подпадают под две категории. Либо они изучают сети деятельности, внутренне активированные во время гипноза «отдыхающего состояния», либо изучают изменения в нейронной активности, которые происходят в ответ на гипнотическоепредложение 6. В недавнем исследовании ЭЭГ, весьма наводящий лиц было установлено, для отображения более высоких событий, связанных с дезинчронией лобно-теменной сети в альфа-2 полосы во время гипноза по сравнению с низкими наводящийсубъектов 4. В последнее время функциональная магнитно-резонансная томография (МРТ) также выявила изменения в передних сетях режима по умолчанию во время гипноза «отдыха» без соответствующего увеличения активности в другихобластях мозга 2. Конвергентные данные свидетельствуют о том, что гипноз связан с диссоциированной передней вниманияконтроля 13.
Изменения в уровне оксигенации крови МРТ зависимых (BOLD) сигналов в ответ на различные гипнотические предложения также недавносообщалось 14-23. Большинство исследований внушения и реакции коррелируют изменения сигнала мозга с субъективными рейтингами измененного восприятия. Тем не менее, гипнотическое предложение также было использовано для изменения физиологических параметров, таких как кровяное давление, пульс, и температура рук субъекта в ответ24.
Здесь мы распространяем эти более ранние выводы, разрабатывая экспериментальную парадигму, именуемую здесь парадигмой «холодной перчатки», в соответствии с которой испытуемые должны воспринимать, что одна из их рук холоднее по температуре, чем другая, при отсутствии каких-либо внешних физических манипуляций с температурой. Эти устные инструкции доставляются через совместимые с MR наушники во время записи данных.
В настоящей работе мы впервые демонстрируем наш метод одновременной записи данных ЭЭГ/МРТ. Затем мы демонстрируем парадигму холодных перчаток, которая включает в себя сбор данных ЭЭГ/МРТ наряду с измерениями температуры рук как до, так и после гипнотической индукции. Наш метод гипнотической индукции включает в себя идеомоторное предложение, описанное1, а затем оценку глубины с помощью SSHS, форма C. Мы обнаруживаем надежные изменения в спектре ЭЭГ, которые происходят после гипнотической индукции. Мы также демонстрируем, что наше устройство МРТ-совместимой дифференциальной термометрии способно измерять изменения температуры рук во время одновременной сессии сбора данных ЭЭГ/МРТ. Эта процедура может обеспечить важные количественные ЭЭГ / МРТ измерений в оценке изменений сигнала мозга, которые происходят во время внутреннего "отдыха состояние" гипноза, а также измерения изменений сигнала в ответ на гипнотическое предложение для измененного теплового восприятия.
Protocol
Следующий экспериментальный протокол был рассмотрен и одобрен Институциональным советом UCLA. До начала эксперимента испытуемые прошли предэкранный экранирование телефона, который исключал предмет, который потенциально был беременна, в возрасте до восемнадцати лет, или который работал в машинном шоу или иным образом имел металлические имплантаты. Левша вопросы, или те с историей умственного заболевания также были исключены от пододанного бассеин. Включенным участникам было поручено воздержаться от кофеина, наркотиков и алкоголя в день эксперимента. Письменное информированное согласие и понимание согласия было получено от каждого участника в день эксперимента.
1. ЭЭГ датчик Чистая применение
Данные ЭЭГ регистрируются с помощью 256-канальной МРТ, совместимой с геодезической сетью датчиков. Уровни неустумности в электродах должны контролироваться (шаг 1.5) с интервалом примерно в 20 минут в течение всего эксперимента, чтобы убедиться, что электроды не высохли и что отклонения остаются ниже порога.
- Определите надлежащий размер сетки, измерив окружность головы от хребта бровей глабеллы примерно на 2,5 см выше иниона.
- ГидроСейл Солевой раствор хлорида калия был изготовлен в соответствии с инструкциями EGI. ЭЭГ Электрогеодеза 256 сенсорная сетка затем замачивают в электролитный раствор в течение 10 мин.
- Вершина, или Cz, точка на голове была определена путем измерения средней точки между насионом и инионом и выравнивания этого с средней точкой, которая рассекает предустановленные точки. Затем сеть ЭЭГ была помещена таким образом, что эталонный электрод Cz выравнивается с точкой вершины.
- Мы собрали фотографические изображения головы и электродов с помощью геодезической фотограммометрической системы EGI (GPS) для калибровки сенсорного пространства, которое будет использоваться в анализе источников ЭЭГ.
- Затем были измерены электродные отклонения. Контакт с кожей головы был проверен на наличие электродов с уровнем неуступности выше порога. Размещение электродов регулируется, и дополнительный электролитный раствор был добавлен в электроды по мере необходимости, чтобы уменьшить выброс.
2. Параллельный ЭЭГ / МРТ и протокол записи температуры до гипноза
После того, как ЭЭГ сетка применяется надлежащим образом, предмет переходит в комнату сканера MR. Все металлические предметы удаляются. Структурная МРТ и функциональное МРТ собираются на сканере Siemens Allegra 3T. Одновременно ЭЭГ/МРТ собираются до гипнотической индукции для того, чтобы установить функциональный базовый уровень для каждого предмета.
- Структурное сканирование MPRAGE
- T2 Matched Bandwidth - специализированная последовательность сканирования, предназначенная для обеспечения хорошего контраста для регистрации изображений, при этом разделяя те же метрические искажения, что и функциональные сканы, которые следуют.
- Функциональное сканирование - T2-взвешенная эхо-планарная последовательность импульса с TR-2,5 сек, TE-40 msec, Поле Зрения 200 мм х 200 мм, Flip Угол 90 ", собирая целые изображения мозга с разрешением 64 х 64 х 28, размервоксела3 мм 3 мм 3 . Данные собираются в общей сложности за пять минут.
- Данные ЭЭГ регистрируются одновременно с помощью 256-канальной системы MR-Compatible Electrical Geodesics (EGI) во время пятиминутных функциональных мрт-записей для создания базового ЭЭГ до гипнотической индукции. Наша лаборатория является пионером методов одновременного сбора МРТ/ЭЭГ с использованием программного и аппаратного обеспечения, которое удаляет MR-артефакт и шум балистокардиограммы в режиме реальноговремени (подробнее см. справку 25).
- После сканирования состояния покоя испытуемые слушают ленту, которая поручает им визуализировать, что их левая рука погружена в ведро холодной ледяной воды. Разница температур между каждой рукой количественно с помощью нашего дифференциального термометра устройства, описанного ниже.
3. Гипнотическая индукция
Предметы затем удобно сидели в тускло освещенной, тихой комнате. Данные ЭЭГ были зарегистрированы на протяжении всей продолжительности гипнотической индукции и прогрессивной техники углубления релаксации.
- Гипнотическая индукция началась с краткого интервью гипнотерапевт, чтобы определить предмет конкретных пространственных сигналов, которые вызывают релаксацию. Затем субъектам был задан ряд вопросов, чтобы определить, способны ли они визуализировать.
- Затем гипнотерапевт начал индукцию с помощью идеомотера предложение, известное как метод поднятия рук. В течение этого времени, гипнотерапевт постоянно давал предмету предположение, что их рука чувствовала, как будто она становится легче, и в какой-то момент их рука будет подниматься в воздух автоматически без волевых усилий. После того, как рука субъекта была поднята, им было поручено согнуть руку и коснуться лба кончиками пальцев. Как только субъект подчинился, гипнотерапевт попросил субъекта закрыть глаза и расслабиться, как будто в глубоком сне.
- Уровень гипнотической восприимчивости затем оценивался с помощью 12-той Стэнфордской шкалы гипнотической восприимчивости, формы C теста.
- Углубление техники, в виде прогрессивного расслабления, затем был использован, чтобы принести предмет в более высокий уровень гипнотической глубины.
- ЭЭГ данные регистрируются по всей гипнотической индукции в тускло освещенной медной экранной комнате во время гипнотической индукции.
4. ЭЭГ / МРТ сбора данных и дифференциальной термометрии пост гипнотической индукции
- После гипнотической индукции и прогрессивной релаксации, субъект, снова входит в комнату МРТ сканирования с MR совместимых ЭЭГ датчик сети постоянно на месте. В это время датчики температуры были записаны на медиальной части обоих запястья. Wristbands затем были размещены на лентой датчики температуры, чтобы помочь стабилизировать размещение.
- Датчики температуры должны быть настроены в соответствии со схемой на рисунке 2. Калибровка была проведена до начала эксперимента, и была выполнена путем погружения наконечников датчиков в двух решениях различной температуры (37 градусов по Цельсию± 5). Выход датчика был проверен на показания термометра.
- Затем субъект слушает предварительно записанные прогрессивные релаксации ленты, сделанные гипнотерапевт через MR совместимые наушники. За это время данные МРТ собираются в соответствии с импульсами, описанными в шаге 1.1, с одновременной записью ЭЭГ.
- Сбор данных ЭЭГ/МРТ после гипнотической индукции происходит в соответствии с шагами 2.2-2.4.
- Затем гипнотерапевт управляет предложением «холодной перчатки» для последующего сбора данных ЭЭГ/МРТ, которое снова происходит в соответствии с шагами 2.2-2.5. Во время предложения, гипнотерапевт неоднократно просит субъекта визуализировать их рука погружается в ванну с холодной водой, и представить себе, что их левая рука растет все холоднее от кончиков пальцев до запястья. Дифференциальные измерения термометрии регистрируются на протяжении всего этого блока.
Representative Results
Рисунок 1 показывает спектр ЭЭГ власти в репрезентативном канале(рисунок 1a) в среднем более 1000 мсек в одном предмете во время оповещения бодрствования период, который предшествовал гипнотической индукции (Рисунок 1b). Следует отметить, что закономерности здесь следуют характерной обратной взаимосвязи между мощностью и частотой (f), с падением на 1/f. Рисунок 1c показывает спектр мощности, взятый из этого же предмета после гипнотической индукции и углубления техники. Затухание мощности можно увидеть в ЭЭГ тета и бета-подполосы, и общий участок больше не следует 1/ F. Рисунок 2 показывает нашу схему для МРТ совместимый датчик температуры, который использует LM34/LM35 датчики точной температуры в сочетании с устройством Arduino.
Рисунок 1. Электроэнцефалограмма (ЭЭГ) спектра питания в одном субъекте для репрезентативного электродного канала. (a) 255 канал ЭЭГ электрод массив с пространственным расположением выбора канала для анализа мощности отмечены синим(b) ЭЭГ спектра мощности до гипнотической индукции, и (с) спектр мощности в том же канале электрода после гипнотической индукции и углубления техники. Бар в верхнем, правом углу рисунка 1c указывает на легенду для каждого подраздея ЭЭГ с частотами: дельта (0,1-4 Гц), тета (4-8 Гц), альфа (8-12 Гц), бета (12-20 Гц) и гамма (частоты выше 20 Гц).
Рисунок 2. Схема МРТ совместима с дифференциальной конфигурацией датчика температуры. (выше) Дифференциальная схема термометрии,(ниже)обзор процесса измерения термометрии.
Discussion
Там, как представляется, широкая изменчивость в методы введения, используемые для индуцирования субъектов в состояниегипноза 1. Мы демонстрируем здесь, что предложение для невольциального движения двигателя следуют SHSS, форма C, могут быть использованы для изменения спектра ЭЭГ власти. Мы отмечаем, что, хотя предмет, используемый в данном исследовании, был загипнотизирован в прошлом, не было никаких попыток, сделанных через Гарвардскую группу Suggestibility Scale или другой механизм, чтобы найти весьма восприимчивый предмет. Мы предполагаем, что величина изменений в диапазонах частот эЭГ, вероятно, варьируется в зависимости от уровня восприимчивости предмета, как было сообщено4.
Мы также продемонстрировали установку для измерения колебаний температуры рук, которые могут возникнуть во время одновременной сессии ЭЭГ/МРТ. Хотя субъекты могут в конечном итоге научиться выполнять изменения температуры рук без гипноза с помощью сигналов биологической обратной связи, это обычно занимает много учебныхзанятий 26. Frischholz и Tryon26 были неспособны воспроизвести связь между изменениями температуры рук и гипнотической глубины, используя парадигму предложения холодных перчаток, вопреки тому, о чемсообщили другие 27. Для разрешения этой полемики необходима дополнительная работа. Тем не менее, метод измерения изменений температуры рук во время функционального нейровизуаляции сессии может оказаться полезным в оценке нейронных коррелирует гипнотического "холодная перчатка" предложение после гипнотической индукции.
Disclosures
После его принятия и публикации, Electrical Geodesics, Inc. записает плату за открытый доступ к этой статье
Acknowledgments
Эта работа была поддержана за счет средств Корейского института фундаментальных наук (KBSI) грант, нейровизуатические исследования гипноза индуцированного обмана.
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).
