Real-time fMRI Biofeedback Targeting den Orbitofrontal Cortex for forurensning Angst

Summary

Her presenterer vi en metode for opplæring folk å kontrollere en hjerne område involvert i forurensning angst og for undersøkelser av sammenhengen mellom forurensning angst og hjernen tilkoblingsmuligheter mønstre.

Abstract

Vi presenterer en metode for trening fag å styre aktivitet i en region av deres orbitofrontal cortex forbundet med forurensning angst ved hjelp av biofeedback av sanntids funksjonell magnetisk resonans imaging (rt-fMRI) data. Økt aktivitet i denne regionen er sett i forhold til forurensning angst både hos kontrollpersonene ¹ og hos personer med tvangslidelser (OCD), ² en relativt vanlig og ofte ødeleggende psykiatrisk lidelse som involverer forurensning angst. Selv om mange områder av hjernen har vært innblandet i OCD, abnormitet i orbitofrontal cortex (OFC) er en av de mest konsistente funn. ^{3, 4} Videre hyperaktivitet i OFC har blitt funnet å korrelere med OCD symptom alvorlighetsgrad ⁵ og reduksjon i hyperaktivitet i denne regionen har blitt rapportert å korrelere med redusert symptom alvorlighetsgrad. ⁶ Derfor kan evnen til å kontrollere dette hjernen oversette til clinical forbedringer i obsessive-compulsive symptomer inkludert forurensning angst. Biofeedback av RT-fMRI-data er en ny teknikk der timelige mønster av aktivitet i en bestemt region (eller assosiert med en bestemt distribuert mønster av hjernens aktivitet) i et fag hjerne er gitt som en tilbakemelding signal til emnet. Nye rapporter indikerer at folk er i stand til å utvikle kontroll over aktiviteten til spesifikke hjerne områder når det følger med rt-fMRI biofeedback. Har ^7-12 Særlig flere studier bruker denne teknikken til å målrette hjernen områder involvert i følelser behandling rapportert suksess i trening fagene å kontrollere disse regionene. ^13-18 I flere tilfeller har rt-fMRI biofeedback trening blitt rapportert å indusere kognitive, emosjonelle, eller kliniske endringer i fag. ^{8, 9, 13, 19} Her ser vi illustrere denne teknikken som brukes til behandling av forurensning angst hos friske forsøkspersoner. Dette biofeedback intervensjon vil være et verdifullt basic forskning verktøy: det tillater forskere å forstyrre hjernens funksjon, måler den resulterende endringer i hjernens dynamikk og relaterer dem til endringer i forurensning angst eller andre atferdsmessige tiltak. I tillegg serverer etableringen av denne metoden som et første skritt mot etterforskningen av fMRI-baserte biofeedback som en terapeutisk intervensjon for OCD. Gitt at ca en fjerdedel av pasienter med tvangslidelse får liten nytte av de tilgjengelige formene for behandling, ^20-22 og at de som gjør nytte sjelden blir helt friske, nye tilnærminger for å behandle denne pasientgruppen stort behov.

Protocol

1. Stimulus Development

Omfattende stimulus utvikling er nødvendig. Forurensning-relaterte og nøytrale bilder må samles inn og styrt for å sikre at angst indusert av disse stimuli er balansert tvers provokasjon forhold og betydelig større i provokasjon vilkår enn i det nøytrale forhold Mer spesifikt, er følgende fire stimulus setter nødvendig.

1. Localizer stimuli: 300 kontaminering-relaterte bilder og 300 nøytrale bilder er brukt til å lokalisere område av orbitofrontal cortex (OFC) er involvert i forurensning angst. Disse må prøves ut for å sikre at forurensning-relaterte bilder provosere betydelig mer forurensning angst enn det nøytrale bilder (basert på selvrapportering). Det er viktig at dette er sant for hver pilot faget, ikke bare på tvers av konsernet som helhet, som målet regionen i OFC må være lokalisert i hvert fag ved hjelp av disse stimuli.
2. Biofeedback stimuli: to matchende sett av stimuli må utvikles, hver med 3 typer stimuli. I hvert sett 18 provoserende stimuli er behov for økt blokker, er 18 provoserende stimuli som trengs for reduksjon blokker, og 24 nøytrale stimuli er nødvendig for nøytrale blokker. Ett sett er for det første biofeedback økt, og den andre settet er for andre biofeedback økten. Pilot data må hentes på selvrapportert angst fagene opplevelsen når du ser disse stimuli for å sikre at det er en viktig effekt av type (relatert til differansen mellom den provoserende og den nøytrale stimuli), men ingen viktigste effekten av apparatet eller type-by- satt interaksjon.
3. Kontroll oppgave stimuli: fire matchende stimulus settene må utvikles, hver inkludert 6 provoserende stimuli for økningen blokker, 6 provoserende stimuli for nedgangen blokker og 8 nøytralt stimuli. Disse fire settene er for kontroll oppgaven løper som er utført ved begynnelsen og slutten av hver av de to biofeedback økter. Pilot data må hentes på selvrapportert angst fagene opplevelsen når du ser disse stimuli for å sikre at det er en viktig effekt av type (relatert til differansen mellom den provoserende og den nøytrale stimuli), men ingen viktigste effekten av stille eller type-by -set interaksjon.
4. Vurdering session stimuli: 3 matchende stimulus sett må utvikles, hver inkludert 25 forurensning bilder. Pilot data må samles for å sikre at det ikke er noen effekt av satt på angst oppleves som svar på disse bildene.

Stimuli som brukes av gruppen vår inkluderer bilder fra Maudsley Obsessive Compulsive Symptom Set ²³ og det internasjonale Affective Picture System ^24, samt fotografier vi tok oss selv, kjøpt fra Google bilder, og kjøpt fra Bigstockphoto.com , gettyimages.com , flickr. com , oghoto.com "> iStockphoto.com.

2. Rekruttering

Fag er vist å identifisere friske individer som kan delta i magnetisk resonans imaging og som rapporterer høye nivåer av forurensning angst og et ønske om å lære å kontrollere at angst. Spesielt som en del av screening prosessen, fagene fullføre Padua Varelager-Washington Slate Universitetet Revision (PI-WSUR) ^25, og kun de med en poengsum på 8 eller høyere på Obsessions og Vaske Tvangshandlinger Subscale er inkludert i studien. For hvert emne som mottar sant biofeedback, er en annen gjenstand matchet på alder og kjønn rekrutteres til å motta humbug biofeedback. Før deltakelse, må alle fag gi informert samtykke i samsvar med en protokoll godkjent av institusjonelle menneskets beskyttelse program (ved Yale University, er dette den menneskelige forskningsråd Protection Program).

3. Protokoll

<p class = "jove_content"> Målet med biofeedback protokollen er å lære fag for å utvikle større kontroll over nevrale aktiviteten i en region av deres orbitofrontal cortex (OFC) relatert til forurensning angst, slik at når de blir utsatt for forurensning -relaterte stimuli, kan de øke eller redusere nevrale aktiviteten i denne regionen som de ønsker. Vi hypotese at større kontroll over dette hjernen området vil gi individer større kontroll over sine forurensning-relaterte angst. Denne evnen til å bevisst kontrollere nevrale aktiviteten i OFC, er vurdert basert på om fag er i stand til å øke og redusere signalet målt fra dette hjernen når de beskjed om å øke og redusere at aktiviteten i løpet av en funksjonell avbildning økt.

Emner komme inn på fire separate dager, planlagt på omtrent halvparten ukers mellomrom, slik at hele studiet tar to uker å fullføre. Flytskjemaet for protokollen er vist i FiGure 1.

Figur 1. Flytskjema av protokoll. Dag 1 er vist blå, dag 2 i rødt, Dag 3 i grønt og Dag 4 i orange. Selv om det ikke eksplisitt nevnt, inneholder hver MR sesjon også innsamling av anatomiske data i samme skive steder som funksjonelle data og biofeedback MR sesjoner inkluderer innsamling av en "funksjonell referanse scan" brukes for å registrere målet regionen til funksjonell plass i den økten.

3.1 Dag 1

1. Emner delta i en 1 time magnetisk resonans (MR) avbildning session i en 1,5 T Seimens Sonata skanner. I hver skanning sesjon, før skanningen starter, er den visuelle markeringen kontrolleres for å sikre at den faller helt i synsfeltet i faget og synes vel fokusert på dem.
   På dag 1, er følgende data samlet:
   1. En høy oppløsning strukturell imalder ved hjelp av en magnetization forberedt rask gradient ekko (MPRAGE) sekvens
   2. T1-vektet anatomiske bilder på samme 31 slice steder som funksjonelle data
   3. To kjøringer av hviletilstand funksjonelle data, hver involverer innsamling av 152 bind (to første kassert). En T2 *- sensitive gradient-tilbakekalt enkelt skudd ekko-planar puls sekvens brukes for alle funksjonelle datainnsamling (TE = 30ms, FA = 80, TR = 2000ms, Bandwidth = 2604, 200mm synsfelt for 3.1 * 3.1 * 3.1mm ³ isotropt voxels, 31 aksial-skrå, AC-PC justert skiver som dekker alle de OFC og de ​​fleste av hjernen ovenfor). Denne sekvensen er optimalisert for signal i orbitofrontal cortex ved å redusere den optimale TE fra 45ms til 30ms og redusere skive tykkelse på 3.1mm som begge reduserer intravoxel dephasing med bare en svak nedgang i BOLD følsomhet. En høyere båndbredde brukes også til å redusere geometrisk forvrengning langs fasen kode retning.
   4. Tre lokaleIzer går av funksjonelle data, som hver involverer innsamling av 202 bind (to første kassert) hvor motivet veksler mellom å vise intense forurensning-relaterte bilder og visning nøytrale bilder i 40-årene intervaller. Disse localizer løper brukes til å lokalisere regionen i OFC aktiveres av forurensning angst
2. Etter Dag 1 MR session, personer møtes med en klinisk psykolog som har ekspertise på angstlidelser for revurdering Strategy Development Session. Målet med denne sesjonen er å utvikle en individuell kognitiv strategi for faget som gir dem noen innledende kontroll over aktiviteten i sine orbitofrontal cortex. Scenarier som kan lokke fram forurensning angst blir diskutert og psykolog hjelper faget utvikle tilnærmingsmåter for å redusere angst i slike situasjoner. Dette kan innebære reappraising den opplevde risikoen for forurensning, eller om de er disponert for religilige tanker eller meditative strategier, en tro basert tilnærming eller en der de "let go" av angst deres kan bli diskutert. Målet med denne sesjonen er å identifisere en eller flere omvurdering strategier som gjenstand føles sannsynligvis å være effektive i å redusere sin forurensning angst over en rekke situasjoner. Når de føler seg trygge på at effektive revurdering strategier har blitt identifisert, vil de få beskjed om å prøve disse strategiene for å senke aktiviteten i OFC sine under biofeedback økten. Omvendt, for å øke aktiviteten i OFC, vil de få beskjed om å prøve å tenke på mulige konsekvenser av å komme i kontakt med forurensede gjenstander og å tillate seg å føle angst om dette uten å engasjere noen revurdering strategier. Vi bør understreke her at disse strategiene for heving / senking OFC aktivitet er kun ment å gi noen innledende, begrenset evne til å kontrollere OFC. Under biofeedback økter, med forbeholde vil ha muligheten til å eksperimentere med sine kognitive strategier og få direkte tilbakemelding om hva som er mer effektiv, og dermed gi dem muligheten til å utvikle økende kontroll over OFC. I løpet av denne sesjonen, vurderer klinisk psykolog også om faget har sub-kliniske forurensning angst som påvirker dem i hverdagen, om ikke, blir de fjernet fra studien.
3. Dataene samles inn i localizer løper analyseres etter Dag 1 skanning session men før Dag 2 økten med en GLM analyse med en oppgave regressor beregnet ved hjelp av en vektor som er en under tidsperioder når motivet var visning forurensning bilder og null i løpet av gjenværende tid periodene convolved med en kanonisk hemodynamiske respons funksjon. Den t-statistikken forbundet med regresjonskoeffisient på hver voxel beregnes og resultatet tmap er glattet med en 6mm full bredde ved halv maksimal Gaussian kernel. Den resulterende t-map shower hvilke regioner av hjernen var mer aktive når motivet vises forurensning-relaterte bilder enn når de viste nøytrale bilder. Den øverste 30 piksler i denne t-kartet ligger innenfor OFC eller tilstøtende frontal polare regionen (mer spesifikt, i Brodmann arbeidsområder 10,11 eller 47) er valgt til å representere det emnet mål regionen i OFC for deres kommende biofeedback skanninger. Dermed vil laterality av målet regionen varierer avhengig av motivets aktivering mønstre. Denne regionen er deretter oversatt fra funksjonell plass til anatomiske verdensrommet via en rigid registrering med nærmeste nabo interpolering. En kontroll-regionen er også definert til å inkludere alle de hvite substansen i hjernen og er oversatt til den samme plassen fra MNI hjernen. Disse to regionene vil bli brukt av sanntids analyse program under Dag 2 biofeedback økt.

3.2 Dag 2

1. Emner første delta i en out-of-magnet Assessment Session.
2. Emner deretter delta i en 1,5 timers sanntid fMRI biofeedback økt.
   1. Økten starter med innsamling av aksiale anatomiske (T1-vektet) bilder i samme skive stedene som den funksjonelle data.
   2. Deretter er en funksjonell referanse scan samlet. Denne korte funksjonelle kjøre av tolv bind er samlet, den femte som er beholdt og resten kastes.
   3. De to regionene av interesse, Region av faget er OFC aktiveres når du ser på forurensning bilder som er identifisert basert fra localizer kjøringer av Dag 1 (se 3.1.3) og hvit substans kontroll-regionen, omregnes til funksjonell plass på dagens sesjon via en sammensetning av to stive registreringer . Den første registreringen kartene regionene fra anatomiske løpet av dag 1 til anatomiske plass på Dag 2. Den andre registreringen kartene regionene fra anatomiske plass på Dag 2 til plassen av "funksjonelle referanse" scan of Day 2. Når disse to regionene har blitt oversatt til funksjonell plass i dagens skanning økten, kan biofeedback begynne.
   4. Mens regionene blir registrert, er det to funksjonelle løper samlet (132 volumer samlet for hvert løp, to første forkastet å la feltet for å nå en steady state) som omtales som kontroll oppgaven går. Disse går ikke involverer biofeedback, men brukes til å vurdere muligheten av personer conkontroll aktivitet innenfor sine OFC-regionen av interesse når de utsettes for forurensning-relaterte bilder. På venstre side av skjermen, fagene vise en rød pil som peker opp, en blå pil som peker ned, eller en hvit pil som peker rett frem til høyre. Til høyre for denne pilen er et stort bilde, som er forurensning-relaterte når pilen peker opp eller ned, og nøytral når den peker fremover. Emner er bedt om å prøve å øke aktiviteten i OFC sine når pilen peker opp, å prøve å redusere aktiviteten i OFC deres når den peker nedover, og å bare slappe av når pilen peker mot høyre. Pilen og bildet skifter hvert 26 sekund, veksling gjennom de tre forholdene. Gitt vår interesse i å undersøke hjerne-atferd sammenhenger på tvers av fag (som for eksempel sammenhenger mellom endringer i kontroll over hjernen og endringer i forurensning angst under Assessment økter), ønsker vi alle fag å bli utsatt for den samme blokken sekvenser. Derfor rekkefølgen påblokker er ikke motvektstruck tvers av fag i enten kontroll løper eller biofeedback går. Istedenfor to løp typer brukes i alternering for alle fag. I første løp, er blokken for resten-up-down-hvile-up-down-hvile-up-down-hvile. I andre løp, er det hvile-ned-opp-resten-ned-opp-resten-ned-opp-resten. Derfor, i ett løp, forut opp ned, og i neste, forut ned opp.
   5. Etter kontroll oppgaven går, og når målet regionen og kontroll regionen har blitt registrert til dagens funksjonelle plass, er seks biofeedback løper (eller simulert biofeedback går, avhengig av motivet) gjennomførte (132 volumer samlet for hvert løp, først to og to siste kassert).
      Biofeedback går: Disse går brukes til å trene fagene for å kontrollere aktiviteten i sine OFC ROI. De ligner på kontroll oppgaven går, bortsett fra at fagene får tilbakemeldinger nederst på skjermen om deres suksess i å kontrollere hjernen området. Mer spesifikasjonerlly, nederst på skjermen, er subjekter utstyrt med et grafisk plott av aktiviteten i sine OFC regionen som den endrer seg over tid gjennom løpe. Emner blir bedt om å prøve å øke aktiviteten i OFC når linjen er rød, og for å redusere aktiviteten i denne regionen når linjen fargen blir blå, og for å hvile når det er hvitt. Linjen Tomten er presentert under et bilde som endrer seg for hver økning / reduksjon / hvile blokk og er forurensning-relaterte under øke og minske blokker, og nøytralt under den hviler blokkene. Som i kontroll oppgaven kjører, er det også en fargekodet pilen til venstre i bildet indikerer den aktuelle oppgaven (øke / senke / hvile). Fag er instruert til å prøve ut strategier diskutert i deres strategi revurdering Development Session, men også å føle fri til å eksperimentere med andre, og å bruke biofeedback som et verktøy for å evaluere hva som fungerer best. I tillegg til å oppmuntre til eksperimentering med nye strategier, er det emphas standardisert for alle fag at deres opptreden i styre OFC ikke vil bli evaluert i løpet av biofeedback går, bare under kontroll oppgaven går der ingen biofeedback er presentert. Emner blir fortalt at det er en 6-8 sekunders forsinkelse mellom endringer i aktiviteten i sine mål hjernen området og endringer i linjen grafen, på grunn av langsom blodstrøm respons og bearbeiding forsinkelser. Det anbefales også til fag som de ikke bør endre strategier innenfor en blokk som forsinkelsen i tiden-kurset gjør evaluere suksess hver strategi vanskelig når strategier endres for raskt.
      The real-time fMRI-systemet brukes til å gi tilbakemelding i løpet av biofeedback går er illustrert i figur 2. En spesiell rekonstruksjon rutine ble skrevet som lagrer en kopi av hver skive av data, som det er samlet inn, til katalog på bildet Reconstruction System som er tilgjengelig for Image Processing Computer via det lokale nettverket tilkobling. En modul av BioImage Suite (href = "http://www.bioimagesuite.org"> www.bioimagesuite.org) som kjører på Image Processing Computer meningsmålinger at katalogen og leser i hver skive slik den vises. Når en hel volumet har kommet, er det registrert den funksjonelle referanse scan (for å justere for bevegelse) og gjennomsnittlig signalnivå i målet OFC-regionen, så vel som i kontrollgruppen hvit substans regionen, er beregnet og utgang via seriell port til Stimulus / Tilbakemelding datamaskin. Et Matlab program ( www.mathworks.com ) som kjører på Stimulus / Tilbakemelding Computer mottar dataene og normaliserer OFC aktivitetsnivået for å justere for drift og hele hjernen svingninger ved hjelp av formelen introdusert av deCharms og kolleger. ^åtte Mer spesifikt, for hvert volum av innsamlede data er prosent signal endring fra å kjøre bety beregnet for både OFC og hvit substans Rois og forskjellen på disse to tiltakene er beregnet. Denne verdien er plottet som en linje graf over tid på bottom av det visuelle skjermen.
      
      Figur 2. Skjematisk av sanntids fMRI system. Image Rekonstruksjon System behandler MR data som det er samlet inn, og skaper et bilde av hver skive som er skrevet til en fil. Disse slice bildene blir hentet av Image Processing Computer via LAN og bearbeides i sanntid ved hjelp BioImage Suite. ROI aktivitetsnivået er deretter sendt til Stimulus / Tilbakemelding Computer hvor det er mottatt av en Matlab program som skaper den visuelle markeringen, inkludert en tomt på normalisert OFC aktivitet over tid for faget.
      Sham biofeedback: Disse driver gir en kontroll tilstand som å sammenligne biofeedback. Sham biofeedback runs vil være identisk med biofeedback går, bortsett fra at fagene vil vise klokkeslettet løpet av aktivitet i OFC fra en tidligere, alder og kjønn matchet motivets biofeedback løpe. I den grad at previooss gjenstand var i stand til å kontrollere aktiviteten i OFC under biofeedback går, vil den nåværende faget synes å være like vellykket i løpet av deres humbug biofeedback går, noe som resulterer i lignende inntrykk av suksess oppleves av fagene over de to forholdene. Gitt at opplevelsen av suksess (i å kontrollere denne regionen) kan påvirke emne motivasjon, og dermed indirekte påvirke i hvilken grad de lærer kontroll over OFC, er det viktig å holde dette så konsekvent som mulig.
   6. Endelig er to mer kontroll oppgave går samlet inn.

3.3 Dag 3: Identisk til Dag 2, men med separate (matchet) sett av stimuli.

3.4 Dag 4

1. Emner delta i en avsluttende vurdering Session (som i 3.2.1).
2. Emner delta i en endelig 1 time MR session der hviletilstand funksjonelle tilkobling data samles inn.
Fire. Debrifing av Sham Emner

Ved ferdigstillelse av studien, er alle humbug deltakerne informert om at de fikk forloren tilbakemeldinger og debriefed å sikre at de ikke er opprørt om bedrag, og å undersøke om de mistenkte at tilbakemeldingene de fikk var ikke veridical.

5. Off-line data Analyser

5.1 Tre primære utfallsmålene er beregnet for hvert fag:

1. Endringen i angst oppleves når motivet utsikten forurensning relaterte bilder i det siste Assessment Session sammenlignet med første Assessment Session. Merk at bestemte bilder som vises er forskjellige på tvers av Assessment økter (for å unngå tilvenning), men er tilpasset (som bekreftes med pilot testing) i angst nivået de normalt indusere. Gjennomsnittlig selvrapportert angst poengsum fra første vurdering sesjon vil bli trukket fra gjennomsnittet selvrapportert angst poengsum fra den endelige Somutredning Session å gi et estimat av endring i angst for hvert fag. En innenfor faget t-test sammenligne selvrapportert angst score brukes til å avgjøre om et gitt emne viste en signifikant reduksjon i angst i finalen Assessment sesjon i forhold til den innledende vurderingen Session.
2. Endringen i kontroll over OFC målområdet at faget opplevde under intervensjonen. Kontroll over regionen er beregnet basert på kontroll oppgaven går ved starten og slutten av hver biofeedback økt. For hver kontroll oppgave kjøre, er en GLM analyse utført ved hjelp av to regressors: én for "økt" blokker og én for "reduksjon" blokker, som hver er beregnet ved å ta en vektor som er kodet 1 under den aktuelle oppgaven perioden og null på alle andre tidspunkter convolved med en hemodynamiske respons funksjon. Beta kart for hver av disse regressors trekkes å gi et kart som representerer forskjellen i signal i økningen versus reduksjon blokkks. Middelverdien i dette kartet er midlet over fagspesifikk OFC-regionen til å gi estimater av kontroll over målet OFC-regionen i hvert kontroll oppgave løpe. Kontroll over OFC ved starten av den første biofeedback økten vil bli trukket fra kontroll over OFC på slutten av den siste biofeedback økten å gi et mål på endring av kontrollen over regionen forårsaket av biofeedback intervensjon.
3. Endringen i hviletilstand tilkobling til OFC regionen i løpet av studien. Dette er beregnet for hvert fag ved å trekke frø regionen tilkobling kart over Dag 1 hvilende går fra frø regionen tilkobling kart over Dag 4 hviler løper.

5,2 konsernnivå analyser

På et minimum, er følgende undersøkt på konsernnivå:

1. Emner som fikk ekte biofeedback er kontrastert med pasienter som fikk sham biofeedback for å avgjøre om deutviklet seg større kontroll over sine mål regionen og om som gjorde dem til å utøve større kontroll over sine forurensning angst. Paret t-test vil bli brukt til å sammenligne estimater av endringene i kontroll og endringene i angst for de to gruppene.
2. Endringer i forurensning angst i biofeedback fag er knyttet til endringer i kontroll over sine mål regionen, og til endringer i funksjonell tilkobling mønstre. Tvers av fag som fikk ekte biofeedback, vil endringer i kontroll over målet regionen være korrelert med endringer i angst bruker Pearson produkt-moment korrelasjon. Betydning vil bli vurdert via en standard r-til-p konvertering. Kartene av endringer i tilkobling til OFC for hvert fag vil være korrelert i en pixel-messig måte med estimatene sine endring i angst.

Både offline analyser og real-time analyser som er beskrevet i dette manuskriptet er utført ved BioImage Suite ( www.bioimagesuite.org ). Denne programvarepakken er fritt tilgjengelig og åpen kildekode. The real-time analyse komponent, men ikke tilgjengelig på nettet, er tilgjengelig på forespørsel. Den er designet for å kople real-time data analyse fra displayet programmet, slik at sistnevnte kan endres uten å kreve endring av tidligere. Dette gir fleksibilitet i eksperimentell design, for eksempel kan vise programmet skrives å bruke noen av standard programvare (for eksempel E-prime, Matlab, presentasjon). I tillegg benytter sanntids analyse graphics processing unit akselerert bevegelse korreksjon, noe som gir høy kvalitet bevegelse korreksjon med nesten ingen prosessering forsinkelser. Dette systemet er beskrevet nærmere i Scheinost et al., 2011. ²⁶

Seks. Representant Resultater

En gjenstand som får kontroll over sine mål hjernen området i løpet av biofeedback bør ha enn økt kontroll over målet hjernen, som målt under kontrollen oppgaven går, og dette bør slå ut i en reduksjon i forurensning angst under Assessment Sessions. Figur 3 viser et skjermbilde av visuell visning fra en av de siste biofeedback kjøringer av et motiv som klarer fått kontroll over OFC sine. Suksessen til dette emnet i å kontrollere regionen i løpet av denne drives gjenspeiles av det faktum at linjen grafen er høyere i røde perioder enn den blå perioder, særlig etter justering for forventet 6-8 sekunders forsinkelse. Det samme motivet viste økt kontroll bedømt under hans kontroll oppgave går (fra en gjennomsnittlig beta verdi på 0,003 til en gjennomsnittlig beta verdi på 0,23) samt en betydelig reduksjon i angst i respons til forurensning bilder presentert i Assessment Sessions (p < 0,005) som vist i Figur 4. Dette var en vellykket emne. I motsetning gjorde andre fag ikke lære å kontrollere målet regionen, end viste ingen reduksjon i forurensning angst som vurderes i ligningsloven Sessions. Generelt finner vi stor variasjon på tvers av fag i deres evne til å lære å kontrollere denne regionen.


Figur 3. Skjermbilde av den visuelle markeringen ble vist under et biofeedback kjøre, tatt på slutten av løpet. Fordi kjøre slutter med nøytral tilstand, er bildet ses på den tiden av skjermdump (i dette tilfellet bildet av bøkene) nøytrale, og pilen er hvit og peker fremover. Under øke og minske blokker ble forurensning relatert bildene som vises. Pilen til venstre var en rød pil opp under økningen blokker og en blå pil ned under nedgangen blokkene. Linjen grafen nederst på skjermen representerer OFC aktivitet under løp. Fargen på linjen viser hvilken type blokk var forekommende i denne tidsperioden av scan (red for øke, blå for nedgang, og hvit for nøytral). Grafen dekker tidsrommet fra det øyeblikket den første bindet behandles (ca 3-ere etter starten av løpet) til tiden de 128 ^th volum er behandlet (ca. 257s etter starten av løpet). Y-aksen angir prosent signal endring fra driften bety i OFC minus prosent signal endring fra driften bety i hvit substans kontroll ROI (i dette løp, amplituden varierte mellom 2,1 og -3,7). Vær oppmerksom på at regnskap for en 6-8s forsinkelse (tilsvarende til 3-4 tidspunkter), aktivitet i denne regionen var større under rød enn blå perioder, som gjenspeiler suksessen dette emnet i å kontrollere regionen. Den sham underlagt matchet til dette emnet vil se identiske stimuli, men i tilfelle av humbug faget, ville linjen grafen ikke være relatert til deres sanne mønster av hjernens aktivitet.


Figur 4. Søylediagram oppsummerer selvrapportert angst karakterer i respons til forurensning bilder i (a) den første Assessment Session (før biofeedback) og (b) den endelige Assessment Session (etter biofeedback) fra motivet som biofeedback tid-kurset er vist i Figur 3. Dette temaet rapporterte signifikant lavere angst etter biofeedback som indikert av stjerne.

Discussion

Biofeedback i sanntid fMRI-data er en ny teknikk og mer arbeid er nødvendig for å optimalisere denne metoden, slik som å maksimere læring i fag. Nyere studier har undersøkt hvordan læring endringer med forskjellige antall runder eller scanning økter, ^{14, 18, ​​27} hvordan feedback paradigmet påvirker læring ^28, og hvorvidt læring indusert av en gitt biofeedback protokoll resulterer i forandringer i hjernens funksjon som vedvarer utover slutten av biofeedback trening perioden. ^{15, 18, ​​27, 29} Men det er mye mer arbeid langs disse linjene nødvendig, med tanke på at den optimale protokoll kan variere avhengig av hjernen området målrettet, studerte befolkningen, og andre variabler.

En utfordring i Neurofeedback studier er den optimale måten å kontrollere for praksis, eksponering, motivasjon og placebo effekter. Det finnes en rekke tilnærminger som har blitt beskrevet i litteraturen, som hver har sine fortrinnkurransemessige fortrinn og ulemper. I denne protokollen, er en bløff biofeedback paradigme ansatt der kontrollpersonene motta identiske stimuli som deres matchet biofeedback fag og blir ledet til å tro at de får ekte biofeedback basert på deres egen hjerne aktivitet mønstre. Denne tilnærmingen har den fordelen at de instrukser og stimuli er kontrollert for. Det hjelper også å kontrollere for motivasjon og placebo effekter. Det er, induserer Neurofeedback i mange fag et spill-lignende mentalitet der de blir personlig investert i sin forestilling. Den sham kontroll tilstand duplikater som opplever så tett som mulig, og dermed kontrollere for den høye motivasjon Neurofeedback fag. Videre, hvis en gjenstand mottar tilbakemeldinger som indikerer økende suksess, kan den resulterende følelse av prestasjon og oppfatning av selvkontroll oversette til placebo effekt på atferdsmessige tiltak. Igjen, det humbug paradigmet vi brukte kontroller for denne muligheten så effektivly som mulig. Det er imidlertid en ulempe i denne humbug biofeedback tilnærmingen at det aktivt misleads fag og kan dermed forstyrre den læringen som normalt ville oppstå i perioder med praksis uten feedback. En annen form for kontroll tilstand brukes for Neurofeedback studier er å ha fagene utføre den samme oppgaven uten Neurofeedback. Denne kontroller for praksis og eksponering effekter, og ikke har den ulempen av villedende og muligens forvirrende selvrefleksjon baserte læringsprosesser. Det kan imidlertid ikke kontroll, så vel for motivasjon og placebo effekter. En annen form for humbug biofeedback har også blitt brukt i hvilke fag motta informasjon om en annen hjerne område som ikke er tenkt å være involvert i oppgaven, selv om emner er villedet til å tro deres målområdet er relevant for oppgaven. Denne tilnærmingen innebærer en antagelse om den delen av forskerne om en region av hjernen ikke er relatert til oppgaven, og dette kan være problematisk dersom regionen tuRNS seg å være involvert i oppgaven. Videre, hvis regionen virkelig er irrelevant for oppgaven, er humbug fagene neppe ha suksess kontrollere det, og er derfor sannsynlig å føle seg skuffet og frustrert i kontrast til den sanne tilbakemeldinger fagene som er mer sannsynlig å oppleve suksess og føle seg tilfreds og i kontroll. Dermed gjør denne formen for humbug biofeedback ikke kontroll, så vel for den følelsesmessige tilstand i faget (og dermed motivasjon og placebo effekter) som type humbug beskrevet i dette manuskriptet, og har samme ulempen med muligens forstyrrer læringsprosessen ved å gi feilinformasjon. Endelig kan kontrollere forholdene der kontrollpersonene motta en alternativ form for behandling utenfor magneten (slik som kognitiv-atferdsterapi) brukes til kontrast effektiviteten av RT-fMRI biofeedback med hva er gullstandarden i form av behandlinger ved stede. Denne siste tilnærmingen prøver ikke å kontrollere nøyaktig for alleeffekter oppstår under Neurofeedback, og dermed løser ikke om det er tilbakemeldingene per se som induserer atferdsmessige forbedringer, men stiller det viktige spørsmålet: tatt alle sammen, kan sanntid fMRI biofeedback som et inngrep produsere bedre kliniske eller atferdsmessige resultater enn de nåværende alternativer? I sammendraget, valg av hvilken type kontroll til bruk i en biofeedback studien er en viktig og utfordrende delen av studien design, og begrensningene til kontroll tilstanden som brukes må tas i betraktning ved tolkning av resultatene.

Selv om fortsatt i en utviklingsstadiet, har terapeutisk bruk av biofeedback av sanntids fMRI potensielle nytten for en rekke nevropsykiatriske tilstander. Videre, når det brukes sammen med vurderinger av funksjonelle hjerne og kognitiv / kliniske variabler (samlet inn før og etter biofeedback), kan det være et kraftig forskningsverktøy. Hovedsak, biofeedback provides en lav-risiko "forstyrre og måle" tilnærming for å studere nevrale grunnlaget for menneskets mentale funksjon: biofeedback brukes til å forstyrre den funksjonelle organiseringen av hjernen og den resulterende endringer i mental funksjon er målt. Gitt både forskning og klinisk potensial, er dette en lovende ny teknologi for områdene psykiatri og kognitiv nevrovitenskap.

Protokollen er beskrevet her undersøker om biofeedback av sanntids fMRI kan hjelpe friske personer få kontroll over sine forurensning angst. Selv om det er mulig at det nevrale substrat for forurensning angst hos friske kontroller er forskjellig fra den i OCD pasienter, er det også mulig at obsessive-compulsive symptom dimensjoner kjøre gjennom både sunt og pasientgrupper, og at lignende mekanismer ligger bak forurensning angst i begge grupper. Hvis så, og hvis biofeedback i sanntid fMRI er effektiv i å hjelpe friske personer kontrollere sin angst, somimilar paradigme kan ha klinisk nytteverdi for tvangslidelser.