In tempo reale Biofeedback fMRI Targeting la corteccia orbito-frontale per l'ansia di contaminazione

Summary

Qui vi presentiamo un metodo per formare le persone per controllare una zona del cervello coinvolta in ansia contaminazione e per sondare il rapporto tra ansia contaminazione e modelli di connettività cerebrale.

Abstract

Vi presentiamo un metodo per i soggetti di formazione per controllare l'attività in una regione della corteccia orbitofrontale associata ad ansia contaminazione con biofeedback in tempo reale risonanza magnetica funzionale (fMRI-rt) di dati. Maggiore attività di questa regione è visto in relazione con l'ansia di contaminazione sia nei soggetti di controllo ¹ e negli individui con disturbo ossessivo-compulsivo (OCD), ² una malattia relativamente comune e spesso debilitanti psichiatrici che coinvolgono l'ansia contaminazione. Anche se molte regioni del cervello sono stati implicati nel disturbo ossessivo compulsivo, anormalità nella corteccia orbitofrontale (OFC) è uno dei risultati più consistenti. ^{3, 4,} inoltre, l'iperattività nei OFC è stato trovato per correlano con la gravità dei sintomi OCD ⁵ e diminuisce in iperattività in questa regione sono stati segnalati in correlazione con la gravità dei sintomi è diminuito. ⁶ Perciò, la capacità di controllare questa zona del cervello può tradursi in clmiglioramenti in inical sintomi ossessivo-compulsivi tra ansia contaminazione. Biofeedback di rt-dati fMRI è una nuova tecnica in cui viene fornito lo schema temporale delle attività in una regione specifica (o associati a uno specifico modello distribuito di attività cerebrale) nel cervello di un soggetto come un segnale di feedback per il soggetto. Recenti rapporti indicano che le persone sono in grado di sviluppare il controllo sulla attività delle aree cerebrali specifiche, ove previsto, con rt-fMRI biofeedback. ^7-12, in particolare, diversi studi utilizzando questa tecnica per indirizzare le aree del cervello coinvolte nella lavorazione emozione hanno riportato successi in soggetti di formazione per controllare queste regioni. ^13-18 In diversi casi, rt-fMRI formazione biofeedback è stato segnalato per indurre cambiamenti cognitivi, emotivi, o clinico con soggetti. ^{8, 9, 13, 19} Qui si illustrano questa tecnica applicata al trattamento dei ansia contaminazione nei soggetti sani. Questo intervento biofeedback sarà un prezioso bassorilievoic strumento di ricerca: permette ai ricercatori di perturbare le funzioni cerebrali, misurare le conseguenti modifiche delle dinamiche cerebrali e quelli relativi alle variazioni di ansia contaminazione o altre misure comportamentali. Inoltre, l'istituzione di questo metodo serve come primo passo verso l'indagine di risonanza magnetica funzionale a base di biofeedback come intervento terapeutico per OCD. Dato che circa un quarto dei pazienti con disturbo ossessivo compulsivo ricevono scarso beneficio dalle forme attualmente disponibili di trattamento, ^20-22 e che coloro che ne beneficiano raramente guariscono completamente, nuovi approcci per il trattamento di questa popolazione sono urgentemente necessari.

Protocol

1. Stimolo per lo sviluppo

Stimolo allo sviluppo estensivo è necessario. Immagini contaminazione legati e neutro devono essere raccolti e pilotato per assicurare l'ansia indotta da questi stimoli è equilibrata fra le diverse condizioni di provocazione e significativamente maggiore nelle condizioni di provocazione che in condizioni di neutralità Più in particolare, le seguenti quattro set di stimoli sono necessari.:

1. Stimoli Localizer: 300 contaminazione legati immagini e 300 immagini neutre sono utilizzati per localizzare la regione della corteccia orbitofrontale (OFC) coinvolti in ansia contaminazione. Questi devono essere pilotato per assicurare che la contaminazione legati immagini provocano ansia contaminazione significativamente maggiore rispetto alle immagini neutre (sulla base di self-report). E 'importante che questo è vero per ogni soggetto pilota, non solo in tutto il gruppo nel suo insieme, come la regione di destinazione della OFC deve essere localizzate in ognuno dei soggetti con questi stimoli.
2. BIOFstimoli eedback: due set di corrispondenza di stimoli devono essere sviluppate, coinvolgendo ogni 3 tipi di stimoli. In ogni set 18 stimoli provocatori sono necessari per aumentare i blocchi, 18 stimoli provocatori sono necessari per diminuire i blocchi, e 24 stimoli neutri sono necessari per i blocchi neutrale. Un set è per la sessione di biofeedback primo e il secondo set è per la seconda sessione di biofeedback. I dati devono essere raccolti pilota sull'esperienza ansia auto-riferito soggetti durante la visualizzazione di questi stimoli per assicurarsi che ci sia un effetto principale del tipo (in relazione alla differenza tra la provocazione e lo stimolo neutro) ma nessun effetto principale della serie o tipo-by- impostare l'interazione.
3. Stimoli compito di controllo: quattro set stimolo corrispondente deve essere sviluppato, ciascuno di cui 6 stimoli provocatori per i blocchi aumento, 6 stimoli provocatori per i blocchi diminuire, e 8 stimoli neutri. Questi quattro set sono corre per il compito del controllo che vengono effettuate all'inizio e alla fine di ciascuna delle due sessioni di biofeedback. I dati devono essere raccolti pilota sull'esperienza ansia auto-riferito soggetti durante la visualizzazione di questi stimoli per garantire che vi sia un effetto principale del tipo (in relazione alla differenza tra la provocazione e lo stimolo neutro) ma nessun effetto principale della serie o tipo-by -set di interazione.
4. Stimoli sessione di valutazione: 3 serie stimolo corrispondente deve essere sviluppato, ciascuno comprendente 25 immagini contaminazione. Dati pilota devono essere raccolti per assicurare vi è alcun effetto di insieme su ansia provata in risposta a queste immagini.

Gli stimoli utilizzati dal nostro gruppo sono presenti immagini dal Sintomo Maudsley Obsessive Compulsive Set ²³ e il Sistema Internazionale Affective Picture ^24, così come le fotografie ci ha preso, ha acquisito da Google images e acquistato da Bigstockphoto.com , gettyimages.com , flickr. com , ehoto.com "> iStockphoto.com.

2. Reclutamento

I soggetti sono selezionati per identificare i soggetti sani, che possono partecipare a risonanza magnetica e che segnalano alti livelli di ansia contaminazione e il desiderio di imparare a controllare che l'ansia. In particolare, come parte del processo di screening, i soggetti completare l'inventario-Washington Padova Slate Università Revisione (PI-WSUR) ²⁵ e solo quelli con un punteggio di 8 o maggiore sul ossessioni e compulsioni di lavaggio Sottoscala sono inclusi nello studio. Per ogni soggetto che riceve il biofeedback vero, un altro soggetto abbinati per età e sesso è reclutato per ricevere farsa biofeedback. Prima della partecipazione, tutti i soggetti devono dare il consenso informato secondo un protocollo approvato dal programma istituzionale di protezione umana (alla Yale University, questo è l'Umano Protection Program Research).

3. Protocollo

<p class = "jove_content"> L'obiettivo del protocollo di biofeedback è quello di formare soggetti a sviluppare un maggiore controllo sul livello di attività neurale in una regione della corteccia orbitofrontale (OFC) relativi ad ansia contaminazione, in modo che, quando sono esposti alla contaminazione stimoli correlati, possono aumentare o diminuire l'attività neurale in questa regione come vogliono. Ipotizziamo che un maggiore controllo su questa zona del cervello darà soggetti un maggiore controllo sulle loro contaminazioni legate ansia. Questa capacità, per controllare consciamente il livello di attività neurale nella OFC, viene valutata in base a se i soggetti sono in grado di aumentare e diminuire il segnale misurato da questa zona del cervello quando sono cued per aumentare e diminuire l'attività nel corso di una sessione di imaging funzionale.

Soggetti vengono in su quattro giorni separati, in programma a circa la metà settimane di intervallo, in modo che l'intero studio vogliono due settimane per essere completato. Il diagramma di flusso per il protocollo è mostrato in Figura 1.

Figura 1. Diagramma di flusso del protocollo. Giorno 1 è indicata blu, 2 ° giorno in rosso, 3 ° giorno in verde e 4 ° giorno in arancione. Anche se non esplicitamente elencati, ogni sessione MR comprende anche la raccolta di dati anatomici nei luoghi fetta stessi dati funzionali e le sessioni di MR biofeedback comprendere la raccolta di una "scansione di riferimento funzionale" utilizzato per registrare la regione di destinazione per lo spazio funzionale di quella sessione.

3,1 Giorno 1

1. Soggetti partecipare ad un 1 ora di risonanza magnetica (MR) in una sessione di imaging T 1,5 scanner Seimens Sonata. In ogni sessione di scansione, prima dell'inizio della scansione, la visualizzazione viene controllato per garantire che cade interamente nel campo di vista del soggetto e sembra ben focalizzato a loro.
   Il giorno 1, i seguenti dati sono raccolti:
   1. Un im alta risoluzione strutturaleetà con una magnetizzazione preparato rapido gradiente echo (MPRAGE) sequenza
   2. Immagini anatomiche T1 pesate allo stesso 31 sedi sezione come i dati funzionali
   3. Due piste di dati relativi allo stato di riposo funzionale, ognuno dei quali coinvolge la raccolta di 152 volumi (prime due scartato). Un T2 *- sensibile gradiente-ha ricordato singolo colpo eco-planare sequenza di impulsi viene utilizzato per tutti l'acquisizione dei dati funzionali (TE = 30 ms, FA = 80, TR = 2000ms, larghezza di banda = 2604, campo di vista 200 millimetri per 3.1 * 3.1 * 3,1 millimetri ³ voxel isotropico, 31-assiale obliquo, AC-PC fette allineate coprire tutte le OFC e la maggior parte del cervello di sopra). Questa sequenza è ottimizzato per il segnale nella corteccia orbito-frontale, riducendo l'ottimale TE da 45ms a 30ms e riducendo lo spessore di 3,1 millimetri fetta i quali riducono la intravoxel sfasamento con solo una leggera diminuzione della sensibilità BOLD. Una maggiore larghezza di banda viene utilizzata anche per ridurre la distorsione geometrica lungo la fase di codifica direzione.
   4. Tre localiIzer corre dei dati funzionali, ognuno dei quali coinvolge la raccolta di 202 volumi (i primi due scartato) in cui il soggetto alterna tra visualizzazione intense contaminazioni legate le immagini e la visualizzazione di immagini neutre a intervalli di 40 anni. Questi corre localizzatore sono utilizzati per localizzare la regione del OFC attivati ​​da ansia contaminazione
2. Dopo la sessione 1 Giorno RM, i soggetti incontrare uno psicologo clinico che ha competenza su disturbi d'ansia per la Sessione di sviluppo Rivalutazione strategia. Lo scopo di questa sessione è quello di sviluppare una strategia cognitiva individualizzata per il soggetto che fornisce loro un certo controllo iniziale sulle attività nella corteccia orbitofrontale. Scenari che può suscitare ansia contaminazione sono discussi e lo psicologo aiuta il soggetto sviluppare approcci per ridurre la loro ansia in queste situazioni. Ciò può comportare rivalutare il rischio percepito di contaminazione, o, se sono predisposti a religipensieri unità organizzative o strategie meditativo, un approccio basato fede o da quello in cui "lasciarsi andare" della loro ansia può essere discussa. Lo scopo di questa sessione è quello di individuare uno o più strategie di rivalutazione che il soggetto si sente sono suscettibili di essere efficace nel ridurre la loro ansia di contaminazione attraverso una varietà di situazioni. Una volta sicuri che efficaci strategie di rivalutazione sono stati identificati, saranno incaricati di cercare le strategie per abbassare la loro attività in OFC durante la sessione di biofeedback. Al contrario, per aumentare l'attività in OFC, che sarà incaricato di provare a pensare alle possibili conseguenze di entrare in contatto con gli oggetti contaminati e per consentire loro di sentire l'ansia su questo senza occupare alcun strategie di rivalutazione. Dobbiamo sottolineare qui che queste strategie di sollevamento / abbassamento attività OFC hanno il solo scopo di fornire qualche iniziale, limitata capacità di controllare l'OFC. Durante le sessioni di biofeedback, soggettos avranno la possibilità di sperimentare con le proprie strategie cognitive e ricevere un feedback diretto riguardo a ciò che è più efficace, consentendo loro di sviluppare il controllo aumentando negli OFC. Durante questa sessione, lo psicologo clinico valuta anche se il soggetto ha sub-clinico ansia contaminazione che li riguarda nella vita quotidiana, se non, vengono rimossi dallo studio.
3. I dati raccolti nelle corse localizzatore vengono analizzati dopo la sessione di giorno 1 di scansione, ma prima della sessione di Day 2 con un'analisi GLM con un regressore compito calcolato utilizzando un vettore che è uno durante i periodi di tempo in cui il soggetto era la visualizzazione delle immagini durante la contaminazione e lo zero i periodi di tempo rimanente convoluta con una funzione canonica risposta emodinamica. La statistica t associata al coefficiente di regressione ad ogni voxel è calcolato e il TMAP risultante è lisciate con un 6mm a tutta larghezza a metà massimo kernel gaussiano. La risultante t-map spettacolos quali regioni del cervello sono più attivi quando il soggetto visto contaminazione legati immagini di quando sono state visualizzate immagini neutre. La top 30 pixel in questa t-map situato all'interno del OFC o adiacente regione frontale polare (più specificatamente, nelle aree di Brodmann 10,11 o 47) sono selezionati per rappresentare regione di destinazione che soggetto della OFC per la loro scansioni biofeedback prossimo. Così, la lateralità della regione bersaglio varierà a seconda pattern di attivazione del soggetto. Questa regione è poi tradotto dallo spazio funzionale nello spazio anatomico attraverso una registrazione rigida con interpolazione più vicino. Una regione di controllo è anche definito per includere tutta la materia bianca nel cervello e si traduce nello stesso spazio dal cervello MNI. Queste due regioni saranno utilizzati da parte in tempo reale programma di analisi durante il 2 ° giorno della sessione di biofeedback.

3,2 Giorno 2

1. Materie prime partecipare ad un out-of-magnete sessione di valutazione.
2. Soggetti poi partecipare ad un 1,5 ore in tempo reale sessione di fMRI biofeedback.
   1. La sessione inizia con la raccolta di anatomiche assiali (T1) immagini nei luoghi fetta stessi dati funzionali.
   2. Successivamente, una scansione di riferimento funzionale viene raccolto. Questo breve periodo funzionale di dodici volumi vengono raccolti, il quinto dei quali è conservato ed il resto scartato.
   3. Le due regioni di interesse, il Region OFC del soggetto attivo durante la visualizzazione di immagini contaminazione come individuati sulla base del localizzatore funziona del Giorno 1 (vedi 3.1.3) e il bianco regione di controllo materia, si traducono nello spazio funzionale della sessione corrente attraverso una concatenazione di due registrazioni rigidi . Le mappe prima registrazione le regioni dallo spazio anatomico giorno 1 allo spazio anatomico del Day 2. Le mappe seconda registrazione le regioni dallo spazio anatomico del Day 2 per lo spazio del "funzionale di riferimento" la scansione del Day 2. Una volta che queste due regioni sono stati tradotti in spazio funzionale della sessione di scansione corrente, il biofeedback può iniziare.
   4. Mentre le regioni sono state registrate, ci sono due piste funzionali raccolti (132 volumi raccolti per ogni esecuzione, primi due scartati per consentire al settore di raggiungere uno stato stazionario) che sono indicati come operazione di controllo eseguita. Queste corse non comportano il biofeedback, ma sono usati per valutare la capacità dei soggetti di conattività di controllo all'interno della loro regione OFC di interesse quando esposte alla contaminazione da immagini correlate. Sul lato sinistro del display, i soggetti visualizzare una freccia rossa che punta verso l'alto, una freccia blu che punta verso il basso, o una freccia bianca che punta dritto verso destra. A destra di questa freccia è una grande immagine, che è contaminazione legati quando la freccia punta verso l'alto o verso il basso, e neutrale quando si punta in avanti. I soggetti sono detto di cercare di aumentare l'attività nelle loro OFC quando la freccia rivolta verso l'alto, per cercare di diminuire l'attività nella loro OFC quando si rivolge verso il basso, e per rilassarsi semplicemente quando la freccia verso destra. La freccia e l'immagine cambia ogni 26 secondi, alternando attraverso le tre condizioni. Dato il nostro interesse ad esaminare il comportamento del cervello correlazioni tra soggetti (quali le correlazioni tra i cambiamenti nel controllo della zona del cervello e dei cambiamenti in ansia contaminazione durante le sessioni di valutazione), vogliamo che tutti i soggetti di essere esposti alle sequenze stesso blocco. Pertanto, l'ordine diblocchi non è controbilanciato tra i soggetti sia nel controllo viene eseguito o il biofeedback viene eseguito. Invece due tipi di corsa sono utilizzati in alternanza per tutte le materie. Nella prima manche, l'ordine di blocco è il riposo-su-giù-riposo-su-giù-riposo-su-giù-rest. Nella seconda manche, è riposo-down-up-riposo-down-up-riposo-down-up-riposo. Così, in una corsa, precede up down, e nei prossimi, giù fino precede.
   5. Dopo che il compito di controllo funziona, e quando la regione di destinazione e regione di controllo sono stati registrati allo spazio attuale funzionale, sei corre il biofeedback (o sham biofeedback corre, a seconda del soggetto) sono condotte (132 volumi raccolti per ogni esecuzione, primi due e ultimi due scartati).
      Biofeedback corre: corre Questi sono usati per addestrare i soggetti per controllare l'attività nei loro ROI OFC. Sono simili al compito di controllo in esecuzione, salvo che i soggetti ricevono un feedback sul fondo dello schermo, per quanto riguarda il loro successo nel controllo della zona del cervello. Più specifichelly, nella parte inferiore del display, i soggetti sono dotati di una trama grafica delle attività nella loro regione OFC come cambia nel tempo per tutta la corsa. I soggetti sono istruiti a cercare di aumentare l'attività della OFC quando il colore della linea è rossa, e per diminuire l'attività in questa regione, quando il colore della linea diventa blu, e di riposare quando è bianco. La trama linea è presentato di seguito un'immagine che cambia per ogni incremento / decremento / blocco a riposo ed è contaminazione legati durante la crescita e blocchi diminuire, e neutrale durante i blocchi di riposo. Come nel compito di controllo funziona, c'è anche un codice colore freccia a sinistra dell'immagine che indicano l'attività corrente (aumento / diminuzione / riposo). I soggetti sono istruiti a provare le strategie discusse nella sessione Rivalutazione strategia di sviluppo, ma anche di sentirsi liberi di sperimentare con gli altri e di usare il biofeedback come strumento per valutare cosa funziona meglio. Inoltre, per promuovere la sperimentazione di nuove strategie, è emphas Ized a tutti i soggetti che le loro prestazioni nel controllo della OFC non saranno valutati durante le corse biofeedback, solo durante l'operazione di controllo eseguita in cui non viene presentato il biofeedback. Soggetti viene detto che c'è un 6-8 secondi di ritardo tra le variazioni di attività nella loro area di destinazione del cervello e cambiamenti nel grafico a linee, a causa della lenta risposta flusso sanguigno e ritardi di elaborazione. Si raccomanda anche ai soggetti che non dovrebbero cambiare strategie all'interno di un blocco come il ritardo nel tempo portate rende valutazione del successo di ogni strategia difficile quando le strategie sono cambiate troppo in fretta.
      Il sistema real-time fMRI utilizzato per fornire un feedback durante il biofeedback gestisce è illustrato in Figura 2. Una routine ricostruzione speciale è stato scritto che salva una copia di ogni fetta di dati, dalla loro raccolta, alla directory sul sistema di ricostruzione dell'immagine che è accessibile al computer Elaborazione delle immagini attraverso la connessione di rete locale. Un modulo di BioImage Suite (href = "http://www.bioimagesuite.org"> www.bioimagesuite.org) in esecuzione sul sondaggi Image Processing Computer quella directory e legge in ogni sezione come appare. Quando un intero volume è arrivato, si è registrata la scansione funzionale di riferimento (per regolare il movimento) e il livello del segnale medie della regione OFC bersaglio, così come nella regione bianca materia di controllo, vengono calcolati e in uscita tramite la porta seriale al stimolo / Feedback computer. Un programma Matlab ( www.mathworks.com ) in esecuzione sul stimolo / Feedback del computer che riceve i dati e normalizza il livello di attività OFC per regolare la deriva e le fluttuazioni intero cervello utilizzando la formula introdotta da deCharms e colleghi. ⁸ In particolare, per ogni volume dei dati raccolti, la variazione del segnale per cento dalla media in esecuzione viene calcolata sia per il ROI materia OFC e bianco e la differenza di queste due misure è calcolato. Questo valore è tracciata come un grafico lineare nel tempo al bottom del display visivo.
      
      Figura 2. Schematica del sistema in tempo reale fMRI. Il sistema di ricostruzione delle immagini elabora i dati MR dalla loro raccolta, e crea l'immagine di ogni fetta che viene scritto un file. Queste immagini fetta vengono recuperate dal computer di elaborazione delle immagini tramite LAN ed elaborati in tempo reale utilizzando BioImage Suite. Livello di attività ROI è quindi inviato al Stimolo / Feedback del computer in cui è stata ricevuta da un programma Matlab che crea la visualizzazione, tra cui una trama di attività OFC normalizzato nel corso del tempo per il soggetto.
      Sham biofeedback: questi corre fornire una condizione di controllo con cui confrontare il biofeedback. Sham biofeedback corre sarà identico al biofeedback piste, tranne che i soggetti potranno vedere l'andamento nel tempo di attività nel OFC da una precedente, per età e sesso-abbinato soggetto corsa biofeedback. Nella misura in cui il previoci soggetto è stato in grado di controllare l'attività in OFC durante la loro corre il biofeedback, il soggetto corrente sembrano essere altrettanto successo durante la loro corre il biofeedback farsa, con conseguente impressioni simili di successo sperimentato da soggetti tra le due condizioni. Dato che l'esperienza di successo (a controllare questa regione) possono influenzare la motivazione soggetto, e quindi indirettamente influenzare il grado in cui si impara il controllo della OFC, è importante mantenere questa più coerente possibile.
   6. Infine, più due piste compito di controllo sono stati raccolti.

3,3 Giorno 3: Identico al Day 2, ma con separati (abbinati) serie di stimoli.

3,4 Giorno 4

1. Soggetti partecipare ad una sessione di valutazione finale (come in 3.2.1).
2. Soggetti partecipare a una finale 1 sessione di un'ora RM, in cui vengono raccolti i dati a riposo connettività stato funzionale.
4. Debriefing di soggetti Sham

Al termine dello studio, tutti i partecipanti vengono informati farsa che hanno ricevuto un feedback falso e interrogato per garantire che non sono arrabbiato per l'inganno, e per controllare se sono sospettato che il feedback che ricevevano non era veritiero.

5. Off-line Analisi dei dati

5,1 Tre misure di esito primarie vengono calcolati per ogni soggetto:

1. Il cambiamento di ansia provata quando il soggetto viste immagini contaminazione connessi nella ultima sessione di valutazione rispetto alla sessione di valutazione per primo. Si noti che le immagini specifiche indicate sono diverse tra le sessioni di valutazione (per evitare assuefazione), ma sono abbinate (come confermato con il test pilota) nel livello di ansia che normalmente inducono. La media auto-riferito punteggio ansia dalla sessione prima valutazione verrà sottratto dalla media auto-riferito punteggio ansia da finalelutazione di sessione per produrre una stima della variazione ansia di ciascun soggetto. Un soggetto in t-test a confronto auto-riportati i punteggi di ansia è usato per determinare se un determinato soggetto ha mostrato una significativa diminuzione di ansia nella Sessione di valutazione finale relativa alla sessione di valutazione iniziale.
2. Il cambiamento di controllo della regione bersaglio OFC quel soggetto sperimentato durante l'intervento. Il controllo sulla regione viene calcolata in base al compito di controllo viene eseguito a inizio e fine di ogni sessione di biofeedback. Per ogni esecuzione dell'attività di controllo, un'analisi GLM è condotta utilizzando due regressori: uno per "l'aumento" blocchi e uno per la "diminuzione" blocchi, ognuno dei quali è calcolato prendendo un vettore che è codificato 1 durante il periodo di attività appropriata e zero in tutti i punti di altro tempo convoluta con una funzione di risposta emodinamica. Le mappe beta per ciascuno di questi regressori sono sottratti per produrre una mappa che rappresenta la differenza nel segnale in aumento rispetto al calo bloccoks. Il valore medio di questa mappa è la media in tutta la regione soggetta specifico OFC per produrre stime di controllo della regione bersaglio OFC in ogni esecuzione dell'attività di controllo. Controllo sul OFC all'inizio della sessione di biofeedback primo sarà sottratto dal controllo sul OFC al termine della sessione di biofeedback scorso per ottenere una misura del cambiamento di controllo della regione causati dall'intervento biofeedback.
3. Il cambiamento di connettività stato di riposo alla regione OFC nel corso dello studio. Questa viene calcolata per ogni soggetto, sottraendo la regione mappa seme connettività del giorno 1 va a riposo dalla mappa connettività regione semi del giorno 4 corse di riposo.

5,2 a livello di Gruppo Analisi

Come minimo, i seguenti sono esaminati a livello di gruppo:

1. Soggetti che hanno ricevuto il biofeedback reali sono in contrasto con soggetti che hanno ricevuto farsa biofeedback per determinare sesviluppato un maggiore controllo sulla loro regione di destinazione e se questo ha permesso loro di esercitare un maggiore controllo sulle loro ansia contaminazione. Paired t-test sarà utilizzato per confrontare le stime dei cambiamenti nel controllo e le modifiche in ansia per i due gruppi.
2. Variazioni ansia contaminazione nei soggetti biofeedback sono legati alle variazioni di controllo sulla loro regione di destinazione e ai cambiamenti nei modelli di connettività funzionale. Attraverso soggetti che hanno ricevuto il biofeedback vero, i cambiamenti nel controllo sulla regione obiettivo sarà correlato ai cambiamenti in ansia con Pearson correlazione. Importanza sarà valutata attraverso uno standard di r-a-p conversione. Le mappe delle variazioni di connettività alla OFC per ciascun soggetto sarà correlato in un pixel-saggio modo con le stime del loro cambiamento in ansia.

Entrambe le analisi offline e in tempo reale analisi descritta in questo manoscritto vengono eseguiti utilizzando BioImage Suite ( www.bioimagesuite.org ). Questo pacchetto software è sorgente liberamente disponibile e aperto. In tempo reale componente di analisi, anche se non disponibile on-line, è disponibile su richiesta. È stato progettato per disaccoppiare la analisi in tempo reale i dati del programma di visualizzazione, in modo da quest'ultimo può essere modificato senza richiedere modifiche del primo. Questo permette flessibilità nel disegno sperimentale, per esempio, il programma di visualizzazione può essere scritta utilizzando uno dei software standard (ad esempio, E-prime, Matlab, Presentazione). Inoltre, l'analisi in tempo reale utilizza unità di elaborazione grafica accelerata di correzione del movimento, che permette il movimento di correzione di alta qualità con tempi di lavorazione quasi nessuna. Questo sistema è descritto in dettaglio nel Scheinost et al., 2011. ²⁶

6. Rappresentante Risultati

Un soggetto che ottiene il controllo sulle loro area di destinazione del cervello durante il biofeedback dovrebbe avere unn aumento del controllo su tutta l'area del cervello di destinazione, come valutato durante corre il compito del controllo, e questo dovrebbe tradursi in una riduzione dell'ansia contaminazione durante le sedute di valutazione. La figura 3 mostra una schermata di visualizzazione di uno dei biofeedback finale corre di un soggetto che ha conseguito con successo il controllo sopra le loro OFC. Il successo di questo soggetto per il controllo della regione durante questo percorso è testimoniato dal fatto che il grafico lineare è maggiore nei periodi rossi rispetto ai periodi blu, in particolare dopo aggiustamento per l'atteso 6-8 secondi di ritardo. Questo stesso tema ha mostrato un maggiore controllo come valutato durante il suo compito di controllo gestisce (da un valore beta medio di 0,003 per un valore di beta medio di 0,23) così come una diminuzione significativa dell'ansia, in risposta alle immagini contaminazione presentati nelle sessioni di valutazione (p < 0,005), come mostrato in Figura 4. Questo era un tema di successo. Al contrario, altri soggetti non ha imparato a controllare la regione di destinazione, und non ha mostrato alcuna diminuzione dell'ansia contaminazione, valutato nel sessioni di valutazione. In generale, troviamo grande variabilità tra soggetti nella loro capacità di imparare a controllare questa regione.


Figura 3. Schermata del display visivo visto durante una corsa biofeedback, presa alla fine della corsa. Perché la corsa si conclude con la condizione neutra, l'immagine visualizzata al momento del dump dello schermo (in questo caso, l'immagine dei libri) è neutrale, e la freccia è bianca e punta in avanti. Durante aumentare e diminuire i blocchi, le immagini contaminazione dovuti sono stati mostrati. La freccia a sinistra è stato una freccia di colore rosso durante i blocchi di incremento e di una freccia blu in basso durante i blocchi diminuire. Il grafico lineare nella parte inferiore del display rappresenta l'attività OFC durante la corsa. Il colore della riga indica il tipo di blocco è stato avvenute nello stesso periodo di tempo della scansione (rid per aumentare, per diminuire blu e bianco per il neutro). Il grafico copre l'arco di tempo dal momento in cui il primo volume sono trattati (circa 3 secondi dopo l'inizio della corsa) fino al momento dell'elaborazione a 128 ^° del volume (circa 257s dopo l'inizio del percorso). L'asse Y indica un segnale variazione percentuale dalla media in esecuzione in OFC meno il cambio di segnale per cento rispetto alla media in esecuzione in bianco materia di controllo del ROI (in questa corsa, ampiezze comprese tra 2,1 e -3,7). Si noti che dopo la contabilizzazione di un 6-8s ritardo (corrispondenti ai punti tempo 3-4), l'attività in questa regione è stato maggiore durante i periodi di rosso blu, grazie al successo di questo soggetto per il controllo della regione. Il soggetto fittizio abbinato a questo argomento vedrebbe stimoli identici, tuttavia, nel caso del soggetto fittizio, il grafico linea non sarebbero legati alla loro vero modello di attività cerebrale.


Figura 4. Grafico a barre che riassume auto-riferito rating ansia in risposta alle immagini contaminazione in (a) la prima sessione di valutazione (prima del biofeedback) e (b) la sessione di valutazione finale (dopo il biofeedback) dal soggetto cui il biofeedback tempo-corso è mostrato in Figura 3. Questo soggetto ha riferito l'ansia significativamente più bassi dopo il biofeedback come indicato dalla asterisco.

Discussion

Biofeedback di dati in tempo reale fMRI è una tecnica nuova e più lavoro è necessario per ottimizzare questo metodo in modo da massimizzare l'apprendimento nei soggetti. Recenti studi hanno esplorato come i cambiamenti di apprendimento con un diverso numero di piste o sessioni di ^{scansione, 14, 18, ​​27} come il paradigma di feedback colpisce di apprendimento ^28, e se l'apprendimento indotto da un dato risultati biofeedback protocollo cambiamenti nelle funzioni cerebrali che persistono anche dopo la fine del periodo di formazione biofeedback. ^{15, 18, ​​27, 29} Tuttavia, il lavoro molto di più in questa direzione è necessario, tenendo presente che il protocollo ottimale può variare a seconda della zona cerebrale mirato, la popolazione studiata, e altre variabili.

Una sfida affrontata in studi neurofeedback è il modo ottimale per controllare gli effetti la pratica, l'esposizione, la motivazione e placebo. Ci sono una varietà di approcci che sono stati descritti in letteratura, ognuno dei quali ha il suo vantaggiovantaggi e svantaggi. In questo protocollo, un paradigma farsa biofeedback è impiegato in soggetti di controllo che ricevono stimoli identici come loro sudditi biofeedback abbinati e sono portati a credere che stanno ricevendo il biofeedback vero in base alla loro propri modelli di attività cerebrale. Questo approccio ha il vantaggio che le istruzioni e gli stimoli sono controllati per l'. Aiuta anche a controllare per la motivazione e gli effetti placebo. Cioè, neurofeedback induce in molti soggetti un gioco simile mentalità in cui diventano personalmente investito nelle loro prestazioni. La condizione farsa di controllo duplicati che l'esperienza il più possibile, controllando così per l'alto livello di motivazione dei soggetti neurofeedback. Inoltre, se un soggetto riceve un feedback indicano un crescente successo, il senso di realizzazione e conseguente percezione di autocontrollo può tradursi in un effetto placebo sulle misure comportamentali. Ancora una volta, il paradigma farsa che abbiamo usato per questa possibilità di controllo più efficaceLy possibile. Tuttavia, uno svantaggio di questo approccio biofeedback farsa è che inganna attivamente soggetti e potrebbe quindi interferire con l'apprendimento che normalmente si verificano durante i periodi di pratica senza feedback. Un altro tipo di condizione di controllo utilizzati per studi neurofeedback è quello di avere soggetti svolgere lo stesso compito senza neurofeedback. Questo controlla per la pratica e gli effetti dell'esposizione, e non ha l'inconveniente di fuorviante e probabilmente confusa riflessione su se stessi processi di apprendimento. Tuttavia, non può controllare anche per la motivazione e gli effetti placebo. Un'altra forma di farsa biofeedback è stato utilizzato anche in cui i soggetti ricevono informazioni riguardanti un'altra area del cervello che non è pensato per essere coinvolti nel compito, anche se i soggetti sono tratti in inganno a credere alle loro area di destinazione è rilevante per il compito. Questo approccio comporta una assunzione da parte dei ricercatori in merito a una regione del cervello correlate al compito, e questo può essere problematico se la regione turns rivela essere coinvolti nel compito. Inoltre, se la regione è davvero irrilevante per il compito, i soggetti farsa non rischiano di avere il successo che lo controlla, e sono quindi propensi a sentirsi delusi e frustrati in contrasto con i soggetti di feedback vero che sono più probabilità di avere successo e sentirsi soddisfatti e il controllo. Così, questa forma di farsa biofeedback non di controllo, nonché per lo stato emotivo del soggetto (e quindi le motivazioni e gli effetti placebo) come tipo di farsa descritto in questo manoscritto, e ha lo stesso inconveniente di una possibile interferire con il processo di apprendimento fornendo disinformazione. Infine, condizioni di controllo in cui i soggetti di controllo riceve una forma alternativa di trattamento al di fuori del magnete (come la terapia cognitivo-comportamentale) possono essere utilizzati per contrastare l'efficacia del biofeedback rt-fMRI con tutto ciò che è il gold standard in termini di trattamenti a presenti. Quest'ultimo approccio non cerca di controllare con precisione per tutte leeffetti che si verificano durante neurofeedback, e quindi non prende in considerazione se sia il feedback che induce di per sé miglioramenti comportamentali, ma chiede piuttosto la questione importante: presi tutti insieme, possono in tempo reale biofeedback fMRI come un intervento di produrre migliori risultati clinici o comportamentali rispetto al alternative corrente? In sintesi, la scelta di quale tipo di controllo da utilizzare in uno studio biofeedback è un aspetto importante e stimolante del disegno dello studio, e le limitazioni della condizione di controllo utilizzati devono essere presi in considerazione quando si interpretano i risultati.

Anche se ancora in una fase di sviluppo, l'uso terapeutico di biofeedback in tempo reale fMRI ha potenziale utilità per una serie di malattie neuropsichiatriche. Inoltre, se usato in combinazione con valutazioni di organizzazione funzionale del cervello e le variabili cognitive / clinica (raccolti prima e dopo il biofeedback), può essere un potente strumento di ricerca. In sostanza, il biofeedback proVIDES a basso rischio approccio "turbare e misura" a studiare le basi neurali delle funzioni mentali umane: il biofeedback viene utilizzato per perturbare l'organizzazione funzionale del cervello e le conseguenti modifiche delle funzioni mentali sono misurati. Dato sia il suo potenziale di ricerca e clinica, questa è una nuova e promettente tecnologia per i campi della psichiatria e neuroscienze cognitive.

Il protocollo qui descritto indaga se biofeedback della fMRI in tempo reale può contribuire a soggetti sani di ottenere il controllo su loro ansia contaminazione. Anche se è possibile che il substrato neurale di ansia contaminazione nei controlli sani è diversa da quella nei pazienti OCD, è anche possibile che il disturbo ossessivo-compulsivo dimensioni sintomo attraversano sia le popolazioni sane e pazienti, e che i meccanismi alla base di simili ansia contaminazione in entrambe le gruppi. Se è così, e se biofeedback in tempo reale fMRI è efficace per aiutare i soggetti sani di controllo la loro ansia, comeparadigma imilar possono avere utilità clinica di disturbo ossessivo-compulsivo.