Real-time fMRI Biofeedback Targeting des orbitofrontalen Cortex für die Kontamination Anxiety

Summary

Hier präsentieren wir eine Methode zur Ausbildung von Menschen zu einem Bereich des Gehirns zu einer Kontamination Angst beteiligt Steuerung und für die Erforschung der Beziehung zwischen Verschmutzung Angst und Gehirn-Konnektivität Muster.

Abstract

Wir stellen eine Methode zur Ausbildung Themen, um die Aktivität in einem Bereich ihrer orbitofrontalen Kortex mit der Kontamination Angst mittels Biofeedback von Echtzeit-funktionellen Magnetresonanztomographie (rt-fMRI) Daten zugeordnete Steuerelement. Erhöhte Aktivität in dieser Region ist in Zusammenarbeit mit Kontamination Angst sowohl in der Kontrollgruppe ¹ und bei Personen mit Zwangsstörungen (OCD), ² eine relativ häufige und oft beeinträchtigenden psychischen Störung mit Kontamination Angst gesehen. Obwohl viele Hirnregionen sind an OCD, Anomalie wurde in den orbitofrontalen Kortex (OFC) verwickelt ist einer der beständigsten Befunde. ^{3, 4} Darüber hinaus Hyperaktivität in der OFC hat sich mit OCD Symptom Schwierigkeitsgrad ⁵ korrelieren und sinkt in Hyperaktivität in dieser Region wurde berichtet, dass mit verminderter Schwere der Symptome zu korrelieren. ⁶ Darum, die Fähigkeit, dieses Hirnareal Kontrolle kann in cl übersetzeninical Verbesserungen in zwanghafte Symptome einschließlich Kontamination Angst. Biofeedback von rt-fMRI-Daten ist eine neue Technik, in der die zeitlichen Muster der Aktivität in einer bestimmten Region (oder in Verbindung mit einer spezifischen verteilten Muster neuronaler Aktivität) in ein Thema, das Gehirn als ein Feedback-Signal an das Thema vorgesehen ist. Jüngste Berichte zeigen, dass Menschen in der Lage, die Kontrolle über die Aktivität bestimmter Hirnareale zu entwickeln, wenn sie mit rt-fMRI Biofeedback zur Verfügung gestellt werden. ^7-12 in allem mehrere Studien mit dieser Technik zu Hirnareale in emotion Verarbeitung beteiligt Ziel haben Erfolg in der Ausbildung Probanden berichteten um die Kontrolle über diese Regionen. ^13-18 in mehreren Fällen hat rt-fMRI Biofeedback-Training wurde berichtet, dass kognitive, emotionale oder klinische Veränderungen bei Patienten zu induzieren. ^{8, 9, 13, 19} Hier haben wir diese Technik zu veranschaulichen, wie die Behandlung der angewandten Kontamination Angst bei gesunden Probanden. Das Biofeedback-Intervention wird ein wertvolles Flachrelief werdenic Recherche-Tool: Es erlaubt Forschern, stören die Gehirnfunktion, messen Sie die sich daraus ergebenden Veränderungen im Gehirn Dynamik und beziehen sich diese Änderungen in Kontamination Angst oder anderen Verhaltensmaßnahmen. Darüber hinaus dient die Einrichtung dieses Verfahren als ein erster Schritt zur Untersuchung von fMRI-basierten Biofeedback als therapeutische Intervention bei OCD. Da rund ein Viertel der Patienten mit einer Zwangsstörung wenig Nutzen erhalten von den derzeit verfügbaren Formen der Behandlung, ^20-22 und dass diejenigen, die Nutzen haben nur selten vollständig zu erholen, neue Ansätze für die Behandlung dieser Patientengruppe sind dringend notwendig.

Protocol

1. Stimulus-Entwicklung

Umfangreiche Reiz Entwicklung erforderlich ist. Kontamination im Zusammenhang mit und neutrale Bilder müssen gesammelt und erprobt, um sicherzustellen, dass die Angst, die durch diese Stimuli induziert über Provokation Bedingungen ist ausgewogen und signifikant größer in der Provokation Bedingungen als in der neutralen Bedingungen Genauer gesagt, die folgenden vier Stimulus-Sets benötigt werden.:

1. Localizer Reize: 300 Kontamination im Zusammenhang mit Bildern und 300 neutral Bilder werden verwendet, um zu lokalisieren Bereich des orbitofrontalen Kortex (OFC), die im Kontamination Angst. Diese müssen gesteuert, um sicherzustellen, dass die Kontamination im Zusammenhang mit Bildern deutlich mehr Verunreinigungen Angst als die neutralen Bilder (basierend auf den Self-Report) zu provozieren werden. Es ist wichtig, dass dies wahr ist für jeden Piloten unterliegen, nicht nur über die Gruppe als Ganzes, da die Zielregion des OFC in jedem Fach mit diesen Reizen lokalisiert werden müssen.
2. BiofEEDBACK Reize: zwei passende Gruppen von Stimuli müssen entwickelt werden, die jeweils mit 3 Arten von Stimuli. In jedem Set 18 provokative Impulse für Anstieg Blöcke benötigt werden, sind 18 provokative Impulse für Abnahme-Blöcke benötigt wird, und 24 neutrale Reize sind für neutrale Blöcke benötigt. Ein Satz ist für das erste Biofeedback-Sitzung und der zweite Satz ist für das zweite Biofeedback. Pilot-Daten müssen auf der selbst berichteten Angst Fächern Erfahrungen gesammelt werden beim Betrachten dieser Reize, um sicherzustellen, gibt es ein Haupteffekt des Typs (bezogen auf die Differenz zwischen dem provokanten und die neutrale Reize), aber keine wesentlichen Auswirkungen gesetzt oder Typ-by- Set-Interaktion.
3. Steuerungsaufgabe Reize: vier passende Reiz setzt, muß entwickelt werden, die jeweils mit 6 provokative Impulse für die Erhöhung Blöcke, 6 provokative Impulse für die Abnahme Blöcke und 8 neutrale Reize. Diese vier Sätze sind für die Steuerung Task ausgeführt, dass am Anfang und Ende jeder der beiden Biofeedback-Sitzungen durchgeführt werden. Pilot-Daten müssen auf der selbst berichteten Angst Fächern Erfahrungen gesammelt werden beim Betrachten dieser Reize, um sicherzustellen, dass es ein Haupteffekt des Typs (bezogen auf die Differenz zwischen dem provokanten und die neutrale Reize), aber keine wesentlichen Auswirkungen gesetzt oder Typ-by -set-Interaktion.
4. Beurteilung Sitzung Reize: 3 passende Stimulus-Sets müssen entwickelt werden, die jeweils darunter 25 Kontamination Bilder. Pilot-Daten müssen gesammelt werden, um sicherzustellen, dass keine Wirkung eingestellt auf Angst als Reaktion auf diese Bilder erlebt werden.

Die Reize von unserer Gruppe verwendet werden, gehören Bilder aus dem Maudsley Zwangsstörung Symptom Set ²³ und der Internationalen Affective Picture System ^24, sowie Fotos nahmen wir uns selbst, erworben von Google images, und kaufte von Bigstockphoto.com , gettyimages.com , flickr. com undhoto.com "> iStockphoto.com.

2. Rekrutierung

Themen werden gescreent, um gesunde Personen, die in der Kernspintomographie zu beteiligen und die ein hohes Maß an Verschmutzung Angst und den Wunsch zu lernen, dass Angst Kontrollbericht identifizieren können. Insbesondere im Rahmen der Screening-Prozess, komplette Themen der Padua Inventory-Washington-Universität Slate Revision (PI-WSUR) ²⁵ und nur diejenigen mit einem Score von 8 oder höher auf der Obsessionen und Zwänge Washing Subscale in die Studie eingeschlossen werden. Für jedes Thema, das wahre Biofeedback erhält, ist ein anderes Thema in Alter und Geschlecht angepasst rekrutiert, um Schein-Biofeedback erhalten. Vor der Teilnahme müssen alle Fächer Einwilligung in Übereinstimmung mit einem Protokoll, das von den institutionellen menschlichen Schutz-Programm (an der Yale University, ist dies der Human Research Protection Program) genehmigt zu geben.

3. Protokoll

<p class = "jove_content"> Das Ziel der Biofeedback-Protokolls ist es, Themen Zug um eine größere Kontrolle über die neuronale Aktivität in einem Bereich ihrer orbitofrontalen Kortex (OFC) in Bezug auf Verschmutzung Angst zu entwickeln, so dass, wenn sie Verunreinigungen ausgesetzt sind, im Zusammenhang mit Reizen, können sie erhöhen oder verringern neuronale Aktivität in dieser Region, wie sie wollen. Wir vermuten, dass eine größere Kontrolle über diese Hirnregion gibt Themen eine größere Kontrolle über ihre Verschmutzung im Zusammenhang mit Angst. Diese Fähigkeit, bewusst zu steuern die neuronale Aktivität in den OFC, ist abhängig davon, ob Themen sind in der Lage, Zu-und Abnahme des Signals aus diesem Bereich des Gehirns gemessen werden, wenn sie cued sind Zu-und Abnahme dieser Aktivität während einer funktionellen Bildgebung Sitzung beurteilt.

Themen kommen in vier verschiedenen Tagen, geplant bei etwa der Hälfte-wöchigen Abständen, so dass die gesamte Studie zwei Wochen dauert, um abzuschließen. Das Flussdiagramm für das Protokoll ist in Fi gezeigtgure 1.

Abbildung 1. Flussdiagramm des Protokolls. Tag 1 ist blau dargestellt, Tag 2 in Rot, Tag 3 in grün und Tag 4 in orange. Obwohl nicht explizit erwähnt ist, jeden MR-Sitzung gehört auch die Sammlung von anatomischen Daten in der gleichen Schicht Standorten wie der funktionellen Daten und die Biofeedback-MR-Sitzungen die Sammlung von einer "funktionellen Referenz-Scan" verwendet, um die Zielregion zu den funktionalen Raum des Registers gehören diese Sitzung.

3,1 Tag 1

1. Themen die Teilnahme an einer 1 Stunde Magnetresonanztomographie (MRT)-Sitzung in einem 1,5 T seimens Sonata-Scanner. In jedem Scan-Sitzung, vor dem Scannen beginnt, ist die visuelle Anzeige überprüft, um sicherzustellen, dass es völlig fällt in das Blickfeld des Themas und scheint gut auf sie konzentriert.
   Am Tag 1 werden folgende Daten erhoben:
   1. Eine hohe Auflösung struktureller imAlter mit einer Magnetisierung vorbereitet schnellen Gradientenecho (MPRAGE) Sequenz
   2. T1-gewichteten anatomischen Bilder gleichzeitig 31 Stück Standorten wie der funktionellen Daten
   3. Zwei Läufe der Ruhezustand funktionellen Daten, an denen jeweils die Sammlung von 152 Bänden (die ersten beiden verworfen). A T2 *- sensitive Gradienten-zurückgerufen single shot Echo-Planar-Impulsfolge für alle Funktionsbereiche Datenerfassung verwendet wird (TE = 30ms, FA = 80, TR = 2000 ms, Bandbreite = 2604, 200mm Sichtfeld für 3,1 * 3,1 * 3,1 mm ³ isotropen Voxeln, 31 axial-schrägen, AC-PC ausgerichtet Scheiben, die alle den OFC und die meisten des Gehirns oben). Diese Sequenz wird für Signal im orbitofrontalen Kortex, indem die optimale TE von 45ms bis 30ms und die Verringerung der Schichtdicke auf 3.1mm beide intravoxel reduzieren Dephasierung mit nur einem leichten Rückgang im BOLD Sensitivität optimiert. Eine höhere Bandbreite wird auch verwendet, um geometrische Verzerrungen entlang der Phase reduzieren kodieren Richtung.
   4. Drei lokaleizer läuft der funktionellen Daten, an denen jeweils die Sammlung von 202 Bänden (die ersten beiden verworfen), in denen das Thema wechselt zwischen der Anzeige intensiver Kontamination im Zusammenhang mit Bildern und Anzeigen neutral Bilder in 40er Intervallen. Diese localizer läuft, stehen zur Lokalisierung der Region des OFC aktiviert durch Verschmutzung Angst
2. Nach dem 1. Tag der MR-Bildgebung Sitzung Probanden mit einer klinischen Psychologin, die Know-how in Angststörungen zur Aufarbeitung Strategy Development Session hat gerecht zu werden. Das Ziel dieser Sitzung ist es, eine individuelle kognitive Strategie für das Thema, das sie mit einigen anfänglichen Kontrolle über Aktivitäten in ihrem orbitofrontalen Kortex zu entwickeln. Szenarien, dass die Kontamination Angst auslösen können, sind diskutiert und der Psychologe hilft das Thema Entwicklung von Konzepten zur Reduzierung ihrer Angst in solchen Situationen. Dies kann bedeuten, Aufarbeitung das wahrgenommene Risiko der Kontamination, oder, wenn sie anfällig für religi sindOrganisationseinheiten Gedanken oder meditative Strategien, einen Glauben basierenden Ansatz oder in dem sie "let go" von ihrer Angst kann diskutiert werden. Das Ziel dieser Sitzung ist es, einen oder mehrere Neubewertung Strategien zu identifizieren, die Gegenstand fühlt sich wahrscheinlich wirksamer bei der Reduzierung ihrer Kontamination Angst in einer Vielzahl von Situationen. Sobald sie davon überzeugt, dass eine wirksame Neubewertung Strategien identifiziert worden sind fühlen, werden sie angewiesen, diese Strategien zur Senkung der Aktivität in den OFC in der Biofeedback-Sitzung versuchen. Umgekehrt zur Erhöhung der Aktivität in der OFC, werden sie angewiesen, um zu versuchen, über die möglichen Folgen der in Kontakt mit der kontaminierten Gegenstände zu denken und lassen sich Sorgen um diese ohne Eingriff einer Neubewertung Strategien fühlen. Wir sollten betonen, dass diese Strategien für Heben / Senken OFC-Aktivität nur bis zu einem gewissen anfänglichen, begrenzte Fähigkeit, die OFC-Steuerung bieten soll. Während der Biofeedback-Sitzungen, vorbehaltlichs werden die Möglichkeit haben, zu experimentieren mit ihren kognitiven Strategien und erhalten ein direktes Feedback darüber, was ist effektiver, wodurch sie immer mehr Kontrolle über den OFC zu entwickeln. Während dieser Sitzung der klinische Psychologe wird auch beurteilt, ob der Gegenstand sub-klinische Kontamination Angst, die sie betreffen in das Alltagsleben, wenn nicht, werden sie aus der Studie entfernt.
3. Die Daten in der Localizer läuft gesammelt werden, nach dem Tag 1 Scan-Sitzung analysiert werden, aber vor dem Tag 2 Session mit einem GLM-Analyse mit einer Aufgabe Regressor berechnet unter Verwendung eines Vektors, dass man während der Zeiträume, wenn das Thema wurde Anzeige Kontamination Bilder und Null wird während die restlichen Zeiträume mit einer kanonischen hämodynamischen Antwortfunktion gefaltet. Die t-Statistik mit der Regressionskoeffizient bei jedem Voxel zugeordnet ist, berechnet und die daraus resultierenden TMAP wird geglättet mit einem 6mm Full-Halbwertsbreite Gauss-Kernel. Die daraus resultierende t-Karte zeigens, welche Bereiche des Gehirns waren aktiver, wenn das Motiv Kontamination-Bilder ein, als wenn sie angesehen neutral Bilder angesehen. Die Top 30 Pixel in diesem T-Karte innerhalb des OFC oder neben frontalen polaren Region (genauer gesagt, in Brodmann Bereiche 10,11 oder 47) sind so gewählt, dass vorbehaltlich der Zielregion des OFC für ihre kommende Biofeedback-Scans darstellen. So wird die Lateralität der Zielregion variieren je nach dem Gegenstand der Aktivierungsmuster. Diese Region wird dann aus funktionalen Raum in der anatomischen Raum über eine starre Registrierung mit Nearest-Neighbour-Interpolation übersetzt. Eine Kontrolle Region ist auch definiert, um alle in der weißen Substanz im Gehirn zählen und ist in den gleichen Raum von der MNI Gehirn übersetzt. Diese beiden Regionen werden durch die Echtzeit-Analyse-Programm während der Tag 2 Biofeedback eingesetzt werden.

3,2 Tag 2

1. Themen zunächst in einem out-of-Magnet Beurteilung Session teilnehmen.
2. Themen dann in einer 1,5 Stunden Echtzeit-fMRT Biofeedback-Sitzung teilnehmen.
   1. Die Sitzung beginnt mit der Sammlung von axialen anatomische (T1-gewichtet) Bilder in der gleichen Schicht Standorten wie der funktionellen Daten.
   2. Als nächstes wird eine funktionale Referenz-Scan gesammelt. Diese kurze funktionelle Lauf von zwölf Bänden gesammelt, die fünfte, von denen gehalten wird und der Rest verworfen.
   3. Die beiden Regionen von Interesse, die region des Subjekts OFC aktiviert beim Betrachten von Bildern als Verunreinigung identifiziert wurden von den Localizer läuft von Tag 1 (siehe 3.1.3) und der weißen Substanz Kontrolle Region, in die funktionale Raum der aktuellen Sitzung über eine Verkettung von zwei starre Registrierungen übersetzt . Die erste Eintragung Karten der Regionen aus den anatomischen Raum von Tag 1 an die anatomischen Raum Day 2. Die zweite Anmeldung Karten der Regionen aus den anatomischen Raum von Tag 2, um den Raum des "functional reference" Scan Tag 2. Sobald diese beiden Regionen in den funktionalen Raum der aktuellen Scan-Sitzung übersetzt worden sind, kann das Biofeedback beginnen.
   4. Während die Regionen sind eingetragene wird, gibt es zwei funktionelle läuft gesammelt (132 Bänden für jeden Durchlauf gesammelt ersten beiden verworfen, damit das Feld, um einen stabilen Zustand zu erreichen), die als Kontrolle Task bezeichnet. Diese läuft nicht verbunden Biofeedback, sondern dienen dazu, die Fähigkeit von Versuchspersonen beurteilen zu control-Aktivität innerhalb ihres OFC Region von Interesse, wenn eine Verunreinigung im Zusammenhang mit Bildern ausgesetzt. Auf der linken Seite des Displays, Anzeigen Themen ein roter Pfeil, der nach oben zeigt, ein blauer Pfeil, der nach unten zeigt, oder ein weißer Pfeil, der geradeaus nach rechts. Auf der rechten Seite dieser Pfeil ist ein großes Bild, die eine Verunreinigung im Zusammenhang, wenn der Pfeil nach oben oder unten, und neutral, wenn es uns Punkte. Themen sind erzählt, um zu versuchen, um die Aktivität in ihrer OFC zu erhöhen, wenn der Pfeil zeigt nach oben, um zu versuchen, um die Aktivität in ihrer OFC verringern, wenn es nach unten zeigt, und einfach nur entspannen, wenn der Pfeil auf der rechten Seite. Der Pfeil und Bildwechsel alle 26 Sekunden abwechselnd durch die drei Bedingungen. Da unser Interesse an der Prüfung Gehirn-Verhalten Korrelationen über alle Probanden (z. B. Korrelationen zwischen den Veränderungen in Kontrolle über den Bereich des Gehirns und Veränderungen in der Kontamination Angst während der Assessment-Sitzungen), wollen wir allen Fächern auf dem gleichen Block Sequenzen ausgesetzt werden. Daher ist die Reihenfolge derBlöcke ist nicht über alle Probanden entweder in die Steuerung läuft ausgeglichen oder das Biofeedback läuft. Stattdessen zwei laufen Typen sind im Wechsel für alle Fächer eingesetzt. Im ersten Durchlauf wird der Block um Rest-up-down-rest-up-down-rest-up-down-Rest. Im zweiten Durchgang ist es Rest-down-up-rest-down-up-rest-down-up-Rest. So wird in einem Lauf, bis vorangeht unten, und in den nächsten vorangeht down up.
   5. Nach der Kontrolle Task ausgeführt wird, und wenn der Zielregion und Kontrolle Region haben, um die aktuelle funktionalen Raum registriert wurde, sind sechs Biofeedback läuft (oder Schein-Biofeedback läuft, je nach Motiv) durchgeführt (132 Bänden für jeden Durchlauf gesammelt ersten beiden und letzten beiden verworfen).
      Biofeedback läuft: Diese Läufe werden verwendet, um Themen Zug nach Aktivität in ihrer OFC ROI zu kontrollieren. Sie sind ähnlich wie die Steuerung Task ausgeführt, es sei denn, dass die Versuchspersonen Feedback an den unteren Rand des Bildschirms in Bezug auf ihre Erfolge bei der Kontrolle des Gehirns Bereich. Weitere Spezifikationenlly, am unteren Rand des Displays werden die Personen mit einer grafischen Darstellung der Aktivität in den OFC Region zur Verfügung gestellt, wie es im Laufe der Zeit Veränderungen während des Laufs. Testpersonen werden angewiesen, um zu versuchen, um die Aktivität in der OFC zu erhöhen, wenn die Leitung Farbe ist rot, und die Aktivität in dieser Region zu verringern, wenn die Zeile färbt sich blau, und um sich auszuruhen, wenn es weiß ist. Das Liniendiagramm ist unten ein Bild vorgestellt, die Änderungen für jede Zunahme / Abnahme / Ruhe-Block und bei der Zu-und Abnahme-Blöcke Kontamination im Zusammenhang mit und neutral während der Ruhe-Blöcke ist. Wie in der Kontrollgruppe Aufgabe ausgeführt wird, gibt es auch eine Farbcodierung Pfeil auf der linken Seite des Bildes zeigt die aktuelle Aufgabe (Zunahme / Abnahme / Ruhe). Testpersonen werden angewiesen, um zu versuchen, die Strategien in ihrer Strategie Aufarbeitung Entwicklung Session diskutiert, sondern auch zu fühlen, frei zu experimentieren mit anderen, und die Biofeedback als Werkzeug für die Bewertung, was am besten zu verwenden. Darüber hinaus, um das Experimentieren mit neuen Strategien fördern, ist es emphas das Meerwasser mit allen Themen, die ihre Leistungsfähigkeit bei der Kontrolle der OFC nicht während der Biofeedback läuft ausgewertet werden, nur während der Kontrolle Task ausgeführt, in denen keine Biofeedback präsentiert wird. Themen wird gesagt, dass es eine 6-8 Sekunden Verzögerung zwischen den Veränderungen der Aktivität in ihrem Zielbereich Hirnareal und Änderungen in das Liniendiagramm, wegen der langsamen Blutfluss Reaktion und Verzögerungen in der Bearbeitung. Es ist auch zu Themen, die sie nicht ändern, sollten Strategien innerhalb eines Blocks als die Verzögerung im zeitlichen Verlauf zu empfehlen ist die Bewertung Erfolg jeder Strategie ist schwierig, wenn Strategien zu schnell geändert werden.
      Die Echtzeit-fMRI-System verwendet werden, um Feedback während der Biofeedback läuft bieten ist in Abbildung 2 dargestellt. Eine spezielle Rekonstruktion Routine wurde geschrieben, dass speichert eine Kopie jeder Scheibe von Daten, wie sie erhoben werden, in das Verzeichnis auf dem Bild-Rekonstruktions-System, auf den der Image Processing Computer über das lokale Netzwerk zugegriffen werden kann. Ein Modul von BioImage Suite (href = "http://www.bioimagesuite.org"> www.bioimagesuite.org) auf dem Image Processing Computer-Umfragen, dass Verzeichnis und liest in jeder Scheibe, wie es scheint. Wenn eine ganze Menge ist da, es ist die funktionale Referenz-Scan (für Bewegung anpassen) und die durchschnittliche Pegel in der Ziel-OFC Region sowie in der Kontrolle der weißen Substanz Region, werden berechnet und über die serielle Schnittstelle registriert, um das Stimulus / Feedback Computer. A Matlab-Programm ( www.mathworks.com ) auf dem Stimulus / Feedback Computer empfängt die Daten und normalisiert die OFC-Aktivität für Drift-und ganze Gehirn Schwankungen nach der Formel von deCharms und Kollegen eingeführt einzustellen. ⁸ Genauer gesagt, für jedes Volume von Daten erhoben werden, erfolgt die prozentuale Signaländerung aus dem laufenden bedeuten sowohl für den OFC und der weißen Substanz ROIs und der Unterschied in diesen beiden Maßnahmen wird berechnet berechnet. Dieser Wert wird als Liniendiagramm über die Zeit bei der b dargestelltottom der visuellen Darstellung.
      
      Abbildung 2. Schematische Darstellung des real-time fMRI-System. Das Image Reconstruction System verarbeitet die MR-Daten, wie sie erhoben werden, und erstellt ein Bild von jedem Segment, das in eine Datei geschrieben wird. Diese Schnittbilder sind von der Image Processing Computer via LAN abgerufen und verarbeitet in Echtzeit über BioImage Suite. ROI Aktivität wird dann auf den Stimulus / Feedback Computer, auf dem es von einem Matlab-Programm, das die visuelle Darstellung erzeugt empfangen wird, einschließlich einer Darstellung der normalisierten OFC-Aktivität über die Zeit für das Thema geschickt.
      Sham Biofeedback: Diese läuft eine Kontrollbedingung, mit denen die Biofeedback vergleichen. Sham Biofeedback läuft wird identisch sein mit dem Biofeedback läuft, außer, dass die Probanden wird der zeitliche Verlauf der Aktivität in der OFC aus einer früheren, alters-und geschlechtsspezifische abgestimmt Subjekts Biofeedback laufen zu sehen. In dem Maße, dass die previouns Thema war in der Lage, Aktivität im OFC während ihrer Biofeedback läuft Kontrolle, wird das aktuelle Thema zu sein scheinen gleichermaßen erfolgreich bei ihrem Schein-Biofeedback läuft, was zu ähnlichen Eindrücken des Erfolgs von Themen zwischen den beiden Bedingungen erlebt. Da die Erfahrung von Erfolg (bei der Kontrolle dieser Region) kann vorbehaltlich Motivation beeinflussen, und damit indirekt Einfluss auf den Grad, zu denen sie lernen, die Kontrolle über die OFC, ist es wichtig, dass diese so einheitlich wie möglich.
   6. Schließlich sind noch zwei weitere Kontrolle Task gesammelt.

3,3 Tag 3: Identisch zu Tag 2, aber mit separaten (matched) Gruppen von Stimuli.

3,4 Tag 4

1. Themen die Teilnahme an einer abschließenden Beurteilung Session (wie in 3.2.1).
2. Themen die Teilnahme an einer abschließenden 1 Stunde MR-Bildgebung Sitzung, in der Ruhezustand funktionelle Konnektivität Daten gesammelt werden.
4. Debriefing von Sham Themen

Nach Abschluss der Studie werden alle sham Teilnehmer informiert, dass sie Schein-Feedback erhalten und Debriefing, damit sie nicht über den Betrug verärgert und zu überprüfen, ob sie, dass die Rückmeldungen, die sie erhielten, war nicht veridical vermutet.

5. Off-line-Daten-Analysen

5,1 Three Hauptzielkriterien sind für jedes Fach berechnet:

1. Die Veränderung der Angst erlebt, wenn das Thema views Kontamination Verwandte Bilder in den letzten Beurteilung Session im Vergleich zum ersten Einschätzung Session. Beachten Sie, dass die spezifischen gezeigten Bilder anders über die Beurteilung Sitzungen (zur Gewöhnung zu vermeiden) sind, sondern aufeinander abgestimmt sind (wie bei Pilottests bestätigt) in der Angst Ebene sie in der Regel zu induzieren. Der Mittelwert selbst berichtete Angst Ergebnis der ersten Prüfung Session wird aus dem Mittelwert selbst berichtete Angst der Gäste aus den letzten Als abgezogen werdenAssessment Session, um eine Schätzung der Veränderung der Angst eines jeden Subjekts zu erhalten. A innerhalb Thema t-Test vergleicht selbst berichteten Angstwerte wird verwendet, um festzustellen, ob eine bestimmte Person eine signifikante Abnahme der Angst zeigten in der abschließenden Bewertung Session gegenüber der ursprünglichen Einschätzung Session.
2. Die Veränderung der Kontrolle über die OFC Zielregion dieses Thema während der Intervention erlebt. Die Kontrolle über die Region wird auf der Grundlage der Steuerungsaufgabe berechnet läuft am Anfang und am Ende eines jeden Biofeedback. Für jede Kontrolle Task ausgeführt werden, ist ein GLM-Analyse unter Verwendung von zwei Regressoren: eine für die "Erhöhung" Blöcke und eine für die "Abnahme"-Blöcke, von denen jede, indem sie einen Vektor, 1 kodiert wird während der entsprechende Aufgabe Zeitraum berechnet wird und Null zu allen anderen Zeitpunkten mit einer hämodynamischen Antwortfunktion gefaltet. Die Beta-Karten für jede dieser Regressoren subtrahiert werden, um eine Karte, die den Unterschied im Signal in der Steigerung der Erträge im Vergleich zu verringern blocks. Der Mittelwert in dieser Karte ist über den fachspezifischen OFC Region Schätzungen der Kontrolle über die Zielgesellschaft OFC Region in jeder Kontrolle Task ausgeführt Rendite gemittelt. Die Kontrolle über das OFC zu Beginn der ersten Biofeedback wird von der Steuerung über den OFC am Ende der letzten Biofeedbacksitzung subtrahiert werden, um ein Maß für die Veränderung der Kontrolle über die Region durch die Biofeedback-Intervention verursacht Ertrag.
3. Der Wechsel in Ruhezustand die Verbindung zum OFC Region im Laufe der Studie. Dies ist für jedes Fach durch Subtraktion der Seed-Region Konnektivität map of the Day 1 Ruhe geht von der Seed-Region Konnektivität Karte des Tag 4 Ruhestätte läuft berechnet.

5,2 Konzernebene Analysen

Zumindest sind die folgenden auf der Gruppenebene untersucht:

1. Probanden, die echte Biofeedback empfangen werden sich mit Themen, die Schein-Biofeedback erhielten im Gegensatz zu bestimmen, ob sieentwickelt eine größere Kontrolle über ihre Zielregion und ob das ermöglichte es ihnen, größere Kontrolle über ihre Kontamination Angst zu nehmen. Gepaarten t-Test wird verwendet, um Schätzungen der Veränderungen in der Steuerung und die Änderungen in die Sorge für die beiden Gruppen zu vergleichen.
2. Änderungen in Kontamination Angst in Biofeedback Themen sind, um Änderungen in die Kontrolle über ihre Zielregion und auf Veränderungen in der funktionellen Konnektivität Mustern zusammen. Gegenüber Personen, die wahre Biofeedback erhalten haben, werden Änderungen in die Kontrolle über die Zielregion mit Veränderungen in der Angst mit Pearson Produkt-Moment-Korrelation korreliert werden. Bedeutung wird über einen Standard-r-to-P-Konvertierung beurteilt werden. Die Karten von Änderungen in Anbindung an die OFC für jedes Thema wird in einer pixelweise Weise mit den Einschätzungen ihrer Veränderung in Angst korreliert werden.

Sowohl die Offline-Analysen und die Echtzeit-Analysen in diesem Manuskript beschrieben werden unter Verwendung BioImage Suite ( www.bioimagesuite.org ). Dieses Software-Paket ist frei verfügbar und Open Source. Die Echtzeit-Analyse-Komponente, die aber nicht on-line verfügbar, ist auf Anfrage erhältlich. Es wurde entwickelt, um die Echtzeit-Datenanalyse aus dem Display-Programm zu entkoppeln, so dass die letzteren ohne Modifikation des ehemaligen verändert werden kann. Dies ermöglicht eine Flexibilität in experimentellem Design, zum Beispiel, kann die Anzeige-Programm geschrieben mit einem der Standard-Software (z. B. E-prime, Matlab, Präsentation) werden. Darüber hinaus beschäftigt die Echtzeit-Analyse Graphics Processing Unit beschleunigte Bewegung Korrektur, die hohe Qualität der Bewegungskorrektur ermöglicht nahezu ohne Verzögerungen in der Bearbeitung. Dieses System ist im Detail in Scheinost et al., 2011. ²⁶

6. Repräsentative Ergebnisse

Ein Subjekt, das die Kontrolle über ihr Ziel Hirnareal Gewinne während der Biofeedback sollte einen Erhöhung der Kontrolle über die Zielgesellschaft Hirnareal, wie während der Kontrolle Task ausgeführt beurteilt, und dies sollte in einer Verringerung der Verschmutzung Angst während der Assessment-Sessions übersetzen. Abbildung 3 zeigt einen Screenshot von der visuellen Darstellung von einem der letzten Biofeedback führt ein Subjekt, das erfolgreich die Kontrolle über ihre OFC. Der Erfolg dieses Thema in der Region zu kontrollieren während dieses Laufes wird durch die Tatsache, dass das Liniendiagramm höher ist während der rot Zeiträume als die Blauen Periode, vor allem bereinigt um die erwarteten 6-8 Sekunden Verzögerung wider. Das gleiche Thema zeigten eine erhöhte Kontrolle während seiner Kontrolle Task ausgeführt (von durchschnittlich Beta-Wert von 0,003 auf durchschnittlich Beta-Wert von 0,23) sowie eine signifikante Abnahme der Angst als Reaktion auf Kontamination Bilder in der Beurteilung Sessions vorgestellt (p beurteilt < 0,005), wie in Abbildung 4 dargestellt. Dies war ein erfolgreiches Thema. Im Gegensatz dazu haben andere Themen nicht lernen, die Zielregion Kontrolle, eined zeigte keine Abnahme der Kontamination Angst, wie in der Beurteilung Sessions beurteilt. In der Regel finden wir große Variabilität in Fächer in ihrer Fähigkeit zu lernen, um diese Region zu kontrollieren.


Abbildung 3. Screenshot der visuellen Darstellung in einem Biofeedback laufen gesehen, am Ende des Laufes übernommen. Da der Lauf endet mit dem neutralen Zustand, wird das Bild zum Zeitpunkt des Bildschirms dump (in diesem Fall das Bild der Bücher) betrachtet neutral, und der Pfeil ist weiß und nach vorne gerichtet. Während Zu-und Abnahme-Blöcke wurden Verunreinigungen im Zusammenhang gezeigten Bilder. Der Pfeil auf der linken Seite war ein roter Pfeil nach oben während die Zunahme Blöcken und einem blauen Pfeil nach unten während der Rückgang Blöcke. Das Liniendiagramm am unteren Rand des Displays stellt OFC-Aktivität während des Laufs. Die Farbe der Linie zeigt an, welche Art von Block wurde während dieser Zeit des Scans (re vorkommendend für die Erhöhung, blau für abnehmen, und weiß für neutral). Die Grafik deckt den Zeitraum ab dem Zeitpunkt des ersten Bandes wird verarbeitet (ca. 3s nach dem Start des Laufes), bis die Zeit der 128 ^th Volumen verarbeitet (ca. 257s nach dem Start des Laufes) ist. Die y-Achse zeigt Prozent Signalwechsel von den laufenden Mittelwert in der OFC minus die prozentuale Signaländerung aus dem laufenden Mittelwert in der weißen Substanz Kontrolle ROI (in diesem Lauf reichte Amplituden zwischen 2,1 und -3,7). Beachten Sie, dass nach Berücksichtigung einer 6-8s Verzögerung (entsprechend zu 3-4 Mal Punkte), die Aktivität in dieser Region größer war während der rot als blau Zeiten, was den Erfolg dieses Thema in der Region zu kontrollieren. Die Schein-Thema abgestimmt auf dieses Thema würde identische Stimuli zu sehen, aber im Fall des Schein-Thema, nämlich ein Liniendiagramm nicht im Zusammenhang mit ihrer wahren Muster der Hirnaktivität.


Abbildung 4. Balkendiagramm zusammenfasst selbst berichtete Angst Bewertungen in Reaktion auf Kontamination Bilder in (a) die erste Bewertung Session (vor dem Biofeedback) und (b) die endgültige Beurteilung Session (nach dem Biofeedback) aus dem Subjekt, dessen Biofeedback zeitliche Verlauf ist in Abbildung Abbildung 3. Dieses Thema deutlich niedrigere Angst nach dem Biofeedback, wie durch die Sternchen.

Discussion

Biofeedback in Echtzeit fMRI-Daten ist eine neue Technik und mehr Arbeit ist erforderlich, um diese Methode so zu optimieren, um zu maximieren Lernen in Fächern. Jüngste Studien haben, wie das Lernen verändert sich mit einer unterschiedlichen Anzahl von Läufen oder Scannen ^{Sessions, 14, 18, ​​27} untersucht, wie das Feedback Paradigma beeinflusst Lernen ^28, und ob das Lernen von einem bestimmten Biofeedback-Protokoll führt zu Veränderungen in der Gehirnfunktion, die über das Ende fortbestehen induzierten der Biofeedback-Training Zeit. ^{15, 18, ​​27, 29} jedoch sehr viel mehr Arbeit in dieser Richtung ist notwendig, wenn man bedenkt, dass die optimale Protokoll kann je nach dem Bereich des Gehirns gezielt, studierte der Bevölkerung und anderen Variablen.

Eine Herausforderung in Neurofeedback-Studien konfrontiert ist der optimale Weg, um für die Praxis, Belichtung, Motivation und Placebo-Effekte zu steuern. Es gibt eine Vielzahl von Ansätzen, die in der Literatur beschrieben worden sind, von denen jede ihre Vorteile hatVor-und Nachteile. In diesem Protokoll ist eine Farce Biofeedback-Paradigma verwendet, bei denen der Kontrollgruppe identisch Reize erhalten als ihre ausgeglichenen Biofeedback Themen und sind zu dem Glauben verleitet, dass sie erhalten echte Biofeedback auf eigene Hirnaktivität Mustern. Dieser Ansatz hat den Vorteil, dass die Anleitungen und Anregungen für kontrolliert werden. Es hilft auch, die Motivation und Placebo-Effekte zu steuern. Das heißt, induziert Neurofeedback in vielen Fächern ein Spiel wie Mentalität, in denen sie persönlich in ihrer Leistung zu investieren. Die Schein-Kontrollbedingung Duplikate dieser Erfahrung so nah wie möglich, damit die Steuerung für die hohe Motivation der Neurofeedback-Themen. Außerdem, wenn ein Thema erhält ein Feedback anzeigt wachsendem Erfolg, kann die daraus resultierende Gefühl der Leistung und Wahrnehmung der Selbstkontrolle in Placebo-Effekte auf das Verhalten Maßnahmen umzusetzen. Wieder einmal der Schein-Paradigma verwendeten wir Steuerungen für diese Möglichkeit so effektivly wie möglich. Allerdings ist ein Nachteil dieser Schein-Biofeedback-Ansatz, dass sie aktiv verführt Themen und konnte so mit dem Lernen, die normalerweise während der Perioden der Praxis ohne Feedback auftreten würde stören. Eine andere Art der Kontrolle Voraussetzung für Neurofeedback-Studien verwendet wird, um Themen haben die gleiche Aufgabe ohne Neurofeedback. Diese steuert für die Praxis und die Belichtung Effekte und nicht den Nachteil, irreführend und möglicherweise verwirrend Selbstreflexion auf Lernprozesse. Es kann jedoch nicht so gut steuern für die Motivation und Placebo-Effekte. Eine andere Form der Schein-Biofeedback ist auch verwendet worden, in denen Themen erhalten Informationen über ein anderes Hirnareal, das nicht gedacht wird, um in die Aufgabe eingebunden werden, obwohl Themen irregeführt werden, zu glauben, ihre Zielgebiet ist relevant für die Aufgabe. Dieser Ansatz beinhaltet eine Annahme seitens der Forscher in Bezug auf eine Region des Gehirns in keinem Zusammenhang mit der Aufgabe, und das kann problematisch sein, wenn die Region turns aus, um in die Aufgabe eingebunden werden. Außerdem, wenn die Region wirklich ist irrelevant für die Aufgabe werden die Schein-Fächern kaum Erfolgskontrolle zu haben, und sind daher wahrscheinlich enttäuscht und im Gegensatz zu den wahren Feedback Probanden, die eher zum Erfolg Erfahrung und zufrieden sind frustriert und unter Kontrolle. So hat diese Form der Schein-Biofeedback nicht so gut steuern für den emotionalen Zustand des Subjekts (und damit die Motivation und die Placebo-Effekte), wie die Art der Schein in diesem Manuskript beschrieben, und hat den gleichen Nachteil für die Interferenzen mit dem Lernprozess durch Fehlinformationen. Schließlich kann die Steuerung Bedingungen, unter denen der Kontrollgruppe erhalten eine alternative Form der Behandlung außerhalb des Magneten (zB kognitive Verhaltenstherapie) verwendet, um den Kontrast, die Wirksamkeit von rt-fMRI Biofeedback mit dem, was ist der Goldstandard in Bezug auf Behandlungen in sein zu präsentieren. Dieser letzte Ansatz versucht nicht, eine präzise Steuerung für alleEffekte, die während Neurofeedback und damit nicht angesprochen, ob sie das Feedback per se, dass Verhaltens-Verbesserungen induziert wird, sondern fragt die wichtige Frage: alle zusammen, können in Echtzeit fMRI Biofeedback als Intervention zu besseren klinischen oder Verhaltensstörungen Ergebnisse als die aktuelle Alternativen? Zusammenfassend die Wahl, welche Art der Steuerung in einem Biofeedback-Studie ist eine wichtige und herausfordernde Aspekt des Studiendesigns und die Grenzen der Kontrollgruppe verwendet werden, müssen berücksichtigt werden bei der Interpretation der Ergebnisse.

Obwohl immer noch in einem Entwicklungsstadium, hat der therapeutische Einsatz von Biofeedback in Echtzeit fMRI potentiellen Nutzens für eine Reihe von neuropsychiatrischen Erkrankungen. Wenn darüber hinaus in Verbindung mit Bewertungen der funktionellen Organisation des Gehirns und kognitiven / klinische Variablen (gesammelt vor und nach dem Biofeedback) verwendet, kann es eine mächtige Recherche-Tool sein. Im Wesentlichen, Biofeedback proVides ein geringes Risiko "stören und zu messen" Ansatz zur Erforschung der neuronalen Grundlagen der menschlichen mentalen Funktion: die Biofeedback wird verwendet, um die funktionelle Organisation des Gehirns stören und die daraus resultierenden Veränderungen der mentalen Funktion gemessen werden. Da sowohl die Forschungs-und klinische Potenzial, das ist eine vielversprechende neue Technologie für die Bereiche Psychiatrie und kognitiven Neurowissenschaften.

Die hier beschriebene Protokoll untersucht, ob Biofeedback in Echtzeit fMRI kann helfen gesunden Probanden die Kontrolle über ihre Kontamination Angst. Obwohl es möglich ist, dass das neuronale Substrat der Kontamination Angst in gesunden Kontrollpersonen unterscheidet sich in OCD-Patienten ist, ist es auch möglich, dass zwanghafte Symptome Maße sowohl durch die gesunde und Patientengruppen laufen, und dass ähnliche Mechanismen zugrunde liegen Kontamination Angst in beiden Gruppen. Wenn dem so ist, und wenn Biofeedback von Echtzeit-fMRT ist wirksam bei gesunden Probanden Kontrolle ihrer Angst, alsimilar Paradigma möglicherweise klinischen Nutzen für Zwangsstörungen.