Realtid fMRI Biofeedback Inriktning på orbitofrontal cortex för kontaminering Ångest

Summary

Här presenterar vi en metod för att utbilda personer för att kontrollera en hjärna berörda området förorenas ångest och för sondering sambandet mellan föroreningen ångest och hjärnan mönster anslutning.

Abstract

Vi presenterar en metod för utbildning motiv för att styra verksamheten i en region av deras orbitofrontal cortex är förknippade med föroreningar ångest med hjälp av biofeedback i realtid funktionell magnetisk resonanstomografi (RT-fMRI) data. Ökad aktivitet i denna region ses i relation med föroreningar ångest både med kontrollgruppen ¹ och hos personer med tvångssyndrom (OCD), ² ett relativt vanligt och ofta handikappande psykisk störning som innebär föroreningar ångest. Även om många delar av hjärnan har varit inblandade i OCD, abnormitet i orbitofrontal cortex (OFC) är en av de mest konsekventa resultaten. ^{3, 4} Vidare hyperaktivitet i OFC har visat sig korrelera med tvångssyndrom symtomens svårighetsgrad ⁵ och minskningar av hyperaktivitet hos denna region har rapporterats att korrelera med minskad symtomens svårighetsgrad. ⁶ Därför kan förmågan att kontrollera detta hjärnan område översätta till clinical förbättringar i tvångsmässiga symtom inklusive förorening ångest. Biofeedback av RT-fMRI-data är en ny teknik där den temporala mönster av aktivitet i en viss region (eller i samband med en distribuerad visst mönster av hjärnaktivitet) i ett ämne hjärna tillhandahålls som en återkopplingssignal till ämnet. Färska rapporter visar att människor kan utveckla kontroll över verksamheten i specifika områden i hjärnan när den förses med rt-fMRI biofeedback. ^7-12 i synnerhet flera studier med denna teknik för att rikta områden i hjärnan inblandade i känslor bearbetning har rapporterat framgång i utbildningen ämnen att kontrollera dessa regioner. ^13-18 I flera fall har RT-fMRI biofeedback träning har rapporterats att framkalla kognitiva, emotionella eller kliniska förändringar hos patienter. ^{8, 9, 13, 19} Här illustrerar vi denna teknik som användes vid behandling av kontamination ångest hos friska försökspersoner. Detta biofeedback ingripande blir en värdefull basIC forskningsverktyg: det tillåter forskare att störa hjärnans funktion, mäta den resulterande förändringar i hjärnans dynamik och relatera dessa förändringar till kontaminering ångest eller andra beteendemässiga åtgärder. Dessutom fungerar inrättandet av denna metod som ett första steg mot undersökning av fMRI-baserade biofeedback som en terapeutisk intervention för tvångssyndrom. Med tanke på att ungefär en fjärdedel av patienter med tvångssyndrom får inte mycket nytta av den nu tillgängliga former av behandling, ^20-22 och att de som gör nytta sällan helt återställda, är nya metoder för behandling av denna patientgrupp trängande behov.

Protocol

1. Stimulus utveckling

Omfattande stimulanspaket utveckling behövs. Föroreningar-relaterade och neutrala bilder måste samlas in och lotsade för att säkerställa den ångest som framkallas av dessa stimuli är balanserad provokation villkor och betydligt större i den provokationen villkor än i den neutrala förhållanden Mer specifikt är de följande fyra stimulans uppsättningar behövs.:

1. Localizer stimuli: 300 förorening-relaterade bilder och 300 neutrala bilder används för att lokalisera region orbitofrontal cortex (OFC) involverade i kontamination ångest. Dessa måste lotsas att säkerställa att förorening-relaterade bilder provocera betydligt mer föroreningar ångest än de neutrala bilderna (baserat på själv-rapport). Det är viktigt att detta är sant för varje pilot ämne, inte bara över gruppen som helhet, som mål regionen i OFC ska vara lokaliserad i varje ämne använda dessa stimuli.
2. Biofeedback stimuli: två matchande uppsättningar av stimuli måste utvecklas, var och en med 3 typer av stimuli. I varje uppsättning 18 provokativa stimuli behövs för att öka block är 18 provocerande stimuli som behövs för att minska block och 24 neutrala stimuli behövs för neutrala block. En uppsättning är för första biofeedback session och den andra uppsättningen är för det andra biofeedback session. Pilot skall insamlas på självrapporterade ångest ämnen upplevelse när du tittar på dessa stimuli att säkerställa att det är en viktig effekt av typ (relateras till skillnaden mellan den provocerande och den neutrala stimuli) men ingen huvudsakliga effekten av set eller typ-för- som interaktion.
3. Kontroll uppgift stimuli: fyra matchande stimulansen uppsättningar måste utvecklas, var och inklusive 6 provocerande stimuli för ökningen av block, 6 provocerande stimuli till minskningen block, och 8 neutrala stimuli. Dessa fyra uppsättningar för kör kontroll uppgift som genomförs i början och slutet av de två biofeedback sessioner. Pilot skall insamlas på självrapporterade ångest ämnen upplevelse när du tittar på dessa stimuli för att säkerställa att det finns en viktig effekt av typ (relateras till skillnaden mellan den provocerande och den neutrala stimuli) men ingen huvudsakliga effekten av set eller typ av -set interaktion.
4. Bedömning session stimuli: 3 passande stimulansen set måste utvecklas, var och inklusive 25 förorening bilder. Pilot data måste samlas in för att se till att det finns någon effekt av inställt på ångest upplevs som svar på dessa bilder.

De stimuli som används av vår grupp ingår bilder från Maudsley tvångssyndrom Symtom Ställ ²³ och Internationella Affektiva Bild System ^24, samt fotografier vi tog oss själva, förvärvades från Google bilder, och köps in från Bigstockphoto.com , gettyimages.com , Flickr. com , ochhoto.com "> iStockphoto.com.

2. Rekrytering

Ämnen är avskärmade för att identifiera friska personer som kan delta i magnetisk resonanstomografi och som rapporterar höga nivåer av föroreningar ångest och en vilja att lära sig att kontrollera att ångest. I synnerhet som en del av urvalsförfarandet, ämnen fylla i Padua Inventory-Washington kritiserar universitetet Versionen (PI-WSUR) ²⁵ och endast de med en summa på 8 eller högre på tvångstankar och tvätt Tvångshandlingar delskala ingår i studien. För varje ämne som tar emot sant biofeedback, är en annan fråga matchade i ålder och kön rekryteras för att ta emot bluff biofeedback. Före deltagande, måste alla ämnen ge sitt informerade samtycke i enlighet med ett protokoll som godkänts av det institutionella mänskliga skydd programmet (vid Yale University, är detta den mänskliga forskningspotentialen Protection Program).

3. Protokoll

<p class = "jove_content"> Syftet med biofeedback-protokollet är att utbilda personer för att utveckla större kontroll över de neurala aktivitetsnivån i en region i deras orbitofrontal cortex (OFC) relaterade till föroreningar ångest, så att när de utsätts för föroreningar -relaterade stimuli, kan de öka eller minska neural aktivitet i den här regionen som de vill. Vår hypotes är att större kontroll över detta hjärnan område kommer att ge individer större kontroll över sin smitta i samband med ångest. Denna förmåga, att medvetet styra neural aktivitet nivån i OFC, bedöms utifrån om ämnen kan öka och minska signal mätt från denna hjärna område när de cued att öka och minska denna verksamhet under en funktionell avbildning session.

Ämnen komma in på fyra olika dagar, schemalagda vid ca halv veckas mellanrum, så att hela studien tar två veckor att slutföra. Flödesschemat för protokollet visas i Fi-Gure 1.

Figur 1. Flödesschema av protokoll. Dag 1 visas blå, dag 2 i rött, Dag 3 i grönt och Dag 4 i orange. Även om det inte uttryckligen anges, omfattar varje MR session även insamling av anatomiska data på samma skiva platser som de funktionella data och biofeedback MR sessioner omfatta insamling av en "funktionell referens scan" används för att registrera målregion till den funktionella utrymme den sessionen.

3,1 Dag 1

1. Ämnen delta i en 1 timme magnetresonans (MR) avbildning session i en 1,5 T Seimens Sonata scanner. I varje skanning session innan du skannar börjar, är den visuella displayen kontrolleras så att den faller helt inom området för syn på ämnet och verkar väl fokuserad till dem.
   Dag 1 är följande data samlas in:
   1. En högupplöst strukturella imålder med hjälp av en magnetisering beredd snabb gradient eko (MPRAGE) sekvens
   2. T1-viktade anatomiska bilder på samma 31 bit platser som funktionella data
   3. Två serier av vilotillstånd funktionella uppgifter, var och med insamling av 152 volymer (två första kasserats). En T2 *- känslig gradient-erinrade enda skott eko-planar pulssekvens används för alla funktionella datainsamling (TE = 30 ms, FA = 80, TR = 2000ms, Bandbredd = 2604, 200mm synfältet för 3,1 * 3,1 * 3.1mm ³ isotropiska voxlar, 31 axial-sned, AC-PC anpassade skivor som täcker alla OFC och de flesta av hjärnan ovan). Denna sekvens är optimerad för signal i orbitofrontal cortex genom att minska den optimala TE från 45ms till 30ms och minska slice tjocklek på 3.1mm som båda minskar intravoxel dephasing med endast en liten minskning av FET känslighet. En högre bandbredd används även för att minska geometrisk distorsion längs fasen koda riktning.
   4. Tre lokalaIzer serier av funktionella uppgifter, var och en som innebär insamling av 202 volymer (två första kasserats) där motivet växlar mellan att visa intensiv förorening-relaterade bilder och visa neutrala bilder med 40s intervall. Dessa localizer springer används för att lokalisera region av aktiverade OFC av föroreningar ångest
2. Efter Dag 1 MR session, ämnen träffa en psykolog som har expertis i ångest för omvärderingen Strategiutveckling session. Syftet med denna session är att utveckla en individuell kognitiv strategi för det ämne som ger dem vissa inledande kontroll över verksamheten i sin orbitofrontal cortex. Scenarier som kan framkalla kontaminering ångest diskuteras och psykologen hjälper ämnet utveckla metoder för att minska deras ångest i sådana situationer. Detta kan innebära att omvärdera den upplevda risken för kontaminering, eller, om de är predisponerade för religiOU tankar eller meditativa strategier, en tro baserad metod eller ett där de "släppa" sin ångest kan diskuteras. Syftet med denna session är att identifiera en eller flera omprövning strategier att ämnet känns sannolikt är effektivt för att minska sina föroreningar ångest över en mängd olika situationer. När de känner sig säkra på att effektiva omvärdering strategier har identifierats, kommer de att instrueras att prova dessa strategier för att sänka aktiviteten i deras OFC under biofeedback session. Omvänt, för att öka aktiviteten i OFC, kommer de att instrueras att försöka tänka på de eventuella konsekvenserna av att komma i kontakt med förorenade föremål och att tillåta sig att känna oro för detta utan att engagera någon omvärdering strategier. Vi bör understryka att dessa strategier för höjning / sänkning OFC aktivitet är endast avsedda att ge några inledande, begränsad förmåga att kontrollera OFC. Under biofeedback sessioner, med förbehållS kommer att få chansen att experimentera med sina kognitiva strategier och få direkt återkoppling om vad som är mer effektiv, vilket gör det möjligt för dem att utveckla ökad kontroll över OFC. Under denna session, bedömer klinisk psykolog även om ämnet har subklinisk föroreningar ångest som påverkar dem i vardagen, om inte, tas de bort från studien.
3. De data som samlas i Localizer springer analyseras efter dag 1 skanning session men före Dag 2 sessionen med en GLM analys med en uppgift Regressor beräknats genom en vektor som är ett under perioder då ämnet var visning kontamination bilder och noll under resterande tidsperioder convolved med en kanonisk hemodynamiska svaret funktion. Den t-statistik i samband med regressionskoefficienten vid varje Voxel beräknas och den resulterande TMap slätas med en 6mm full bredd vid halv maximal Gaussisk kärna. Den resulterande T-karta visars som regioner i hjärnan var mer aktiva när motivet ses förorening-relaterade bilder än när de såg neutrala bilder. Den översta 30 pixlarna i denna t-kartan finns inom OFC eller angränsande främre polarområdet (närmare bestämt i Brodmann är områden 10,11 eller 47) är valda för att representera det ämnet mål region i OFC för deras kommande biofeedback genomsökningar. Därmed kommer Laterality av målet regionen varierar beroende på motivets aktivering mönster. Denna region är då översatt från funktionellt till den anatomiska rymden via stelt registrering hos närmaste granne interpolation. En kontroll region definieras också att inkludera alla den vita substansen i hjärnan och är översatt till samma utrymme från MNI hjärnan. Dessa två regioner kommer att användas av analys i realtid programmet under dagen 2 biofeedback session.

3,2 Dag 2

1. Ämnen delta först i en out-of-magnet Assessment session.
2. Ämnen delta sedan i en 1,5 timme i realtid fMRI biofeedback session.
   1. Sessionen inleds med insamling av axiella anatomiska (T1-viktade) bilder på samma skiva platser som funktionella data.
   2. Därefter är en funktionell referens skanna in. Denna korta funktionella springa av tolv volymer samlas, den femte som hålls och resten kasseras.
   3. De två regioner av intresse, Region av motivets OFC aktiveras när du tittar på kontamination bilder som identifieras utifrån från Localizer körningar av Dag 1 (se 3.1.3) och den vita substansen kontrollområdet, omräknas till den funktionella utrymmet från den aktuella sessionen genom en sammansättning av två styva registreringar . Den första registreringen kartorna regionerna från anatomiska utrymme Dag 1 till anatomiska loppet av dag 2. Den andra registreringen kartor regionerna från anatomiska utrymme Dag 2 till det utrymme för "funktionella referens" scanna av dag 2. När dessa två regioner har översatts till den funktionella lokaler som den nuvarande skanning session kan biofeedback börja.
   4. Medan de regioner som registreras, det finns två funktionella körningar samlas (132 volymer samlas in för varje körning, de två första kasseras så att fältet för att nå en steady state) som kallas kontroll uppgift körs. Dessa går inte innebär biofeedback, utan används för att bedöma förmågan hos individer att konkontroll aktivitet inom sina OFC regionen av intresse när de utsätts för smitta-relaterade bilder. På vänster sida av displayen, ämnena visa en röd pil som pekar uppåt, en blå pil som pekar nedåt, eller en vit pil som pekar rakt fram till höger. Till höger om den här pilen är en stor bild, som förorening i samband med när pilen pekar uppåt eller nedåt, och neutral när den pekar framåt. Ämnen är tillsagda att försöka öka aktiviteten i deras OFC när pilen pekar uppåt, för att försöka minska på sitt OFC när den pekar neråt, och att bara koppla av när pilen pekar åt höger. Pilen och bild ändra varje 26 sekunder, omväxlande genom de tre villkoren. Med tanke på vårt intresse för att undersöka hjärnan beteende korrelationer över frågor (t.ex. korrelationer mellan förändringar i kontrollen över hjärnan området och förändringar i föroreningar ångest under bedömningen sessioner), vill vi alla frågor som ska utsättas för samma kvarter sekvenser. Därför ordningblocken är inte uppvägs över patienter i vare kontrollen körs eller biofeedback körs. Istället två kör typer används i växlingen för alla ämnen. I det första loppet är det block för resten upp-ner-vila-upp-ner-vila-upp-ned-vila. I det andra loppet är det vila och ner-upp-resten-och-ned-upp-resten-down-up-vila. Således, i ett kör, upp före ner, och i nästa, föregår ner upp.
   5. Efter kontroll uppgiften körs och när målet regionen och kontroll regionen har registrerats till dagens funktionella utrymme, finns sex biofeedback kör (eller bluff biofeedback körningar, beroende på ämne) genomfört (132 volymer samlas in för varje körning, de två första och senaste två kasseras).
      Biofeedback går: Dessa körningar används för att träna personer för att styra verksamheten i sin OFC ROI. De liknar kontroll uppgiften körs, förutom att patienter får feedback längst ner på skärmen om deras framgång i att kontrollera hjärnan området. Mer specifikationerlly, längst ner på skärmen är ämnena försedda med en grafisk tomt på aktivitet i deras OFC regionen som den förändras över tiden under hela loppet. Ämnen instrueras att försöka öka aktiviteten i OFC när linjen färg är röd, och minska aktiviteten i området när linjens färg blir blå och vila när det är vitt. Linjen tomten Nedan presenteras en bild som ändras för varje öka / minska / vila block och inte riskerar att kontamineras-relaterade under öka och blocken minskar, och neutral under vila block. Som i kontrollen uppgiften körs, finns det också en färgkodade pilen till vänster om bilden som visar den aktuella uppgiften (öka / minska / vila). Ämnen instrueras att prova de strategier som diskuterats i deras strategi Omprövning utveckling sessionen men också känna sig fria att experimentera med andra, och att använda biofeedback som ett verktyg för att utvärdera vad som fungerar bäst. Förutom att uppmuntra experimenterande med nya strategier är det emphas ized för alla ämnen att deras prestation i att kontrollera OFC kommer inte att utvärderas under biofeedback körs endast under kontroll uppgiften går där ingen biofeedback presenteras. Ämnen får höra att det finns en 6-8 sekunders fördröjning mellan förändringar i aktiviteten i sitt mål hjärnan område och förändringar i linjediagram, på grund av den långsamma blodflödet svar och förseningar bearbetning. Det rekommenderas också att ämnen som de inte bör ändra strategier inom ett block som väntetiderna-kursen gör att utvärdera framgång varje strategi svårt när strategierna förändras för snabbt.
      I realtid fMRI-system som används för att ge feedback under biofeedback går illustreras i figur 2. En särskild rekonstruktion rutin skrevs som sparar en kopia av varje bit av data, som samlas in, till katalog på bildrekonstruktion System som är tillgänglig för Bildbehandling datorn via det lokala nätverket. En modul för BioImage Suite (href = "http://www.bioimagesuite.org"> www.bioimagesuite.org) som körs på datorn Bildbehandling enkäter som katalogen och läser i varje skiva som det verkar. När ett helt volym har kommit, är det registrerat den funktionella hänvisningen skanning (för att justera för rörelse) och den genomsnittliga signalnivå i målet OFC regionen, liksom i kontrollgruppen vita substansen regionen, beräknas och ut via serieport till Stimulus / Feedback dator. Ett Matlab-programmet ( www.mathworks.com ) som körs på den stimulans / Feedback Computer emot att data och normaliserar OFC aktivitetsnivå för att justera för avdrift och hela svängningar hjärnan med hjälp av formeln som införs genom deCharms och kollegor. ⁸ Mer specifikt för varje volym av insamlade data, är den procent signalen ändras från den löpande medelvärde beräknas för både OFC och vita substansen ROI och skillnaden i dessa två åtgärder beräknas. Detta värde är inritad som ett linjediagram över tid på Bottom av den visuella displayen.
      
      Figur 2. Schematisk i realtid fMRI-system. Bilden återuppbyggnad Systemprocesser MR data som samlas in, och skapar en bild av varje skiva som skrivs till en fil. Dessa skiva bilder hämtas från Bildbehandling datorn via LAN och bearbetas i realtid med hjälp BioImage Suite. ROI aktivitetsnivå skickas sedan till den stimulans / Feedback dator där den tas emot av en Matlab-program som skapar den visuella displayen, inklusive en tomt av normaliserade OFC aktivitet över tid för ämnet.
      Sham biofeedback: Dessa kör ger en kontroll tillstånd som man kan jämföra biofeedback. Sham biofeedback körs kommer vara identisk med biofeedback går, förutom att patienter kommer att se tiden under aktivitet i OFC från tidigare, ålder och kön matchade motivet biofeedback springa. Till den grad att previooss föremål kunde kontrollera aktiviteten i OFC under sin biofeedback körs kommer den nuvarande ämnet verkar vara lika framgångsrika under sin bluff biofeedback körningar, vilket resulterar i liknande intryck av framgång upplevs av individer över två villkor. Med tanke på att upplevelsen av framgång (för att kontrollera denna region) kan påverka ämnet motivation, och därmed indirekt påverka i vilken grad de lär sig kontroll över OFC, är det viktigt att hålla detta så konsekvent som möjligt.
   6. Slutligen är två mer kontroll uppgift körs in.

3,3 Dag 3: Identiskt till dag 2 men med separat (matchade) grupper av stimuli.

3,4 Dag 4

1. Ämnen delta i en slutlig bedömning session (som i 3.2.1).
2. Ämnen delta i en slutlig 1 timme MR-session där vilande tillstånd funktionell uppkoppling data samlas in.
4. Debriefing av Sham Ämnen

Efter avslutad studie är alla falska deltagare informeras om att de fått falska feedback och informerades så att de inte är upprörda om bedrägeri, och att kontrollera om de misstänkte att den feedback de fick var inte veridical.

5. Off-line Data Analyser

5,1 Tre primära effektmåtten beräknas för varje ämne:

1. Förändringen i ångesten upplevs när motivet visningar föroreningar relaterade bilder i den senaste bedömningen Session jämfört med den första bedömningen sessionen. Observera att de specifika bilderna är olika över Assessment sessioner (för att undvika tillvänjning), men matchas (vilket bekräftas med pilottestet) i ångest nivå de normalt framkalla. Den genomsnittliga självrapporterade ångest poäng från den första bedömningen session kommer att dras av från den genomsnittliga självrapporterade ångest poäng från den slutliga Somsessment Session ge en uppskattning av förändringen i ångest för varje ämne. En inom ämnet t-test jämför självrapporterad ångest poäng används för att avgöra om ett visst ämne visade en signifikant minskning av ångest i den slutliga bedömningen sessionen i förhållande till den inledande bedömning sessionen.
2. Förändringen i kontroll över OFC målregion det ämnet upplevt under insatsen. Kontroll över regionen beräknas baserat på kontroll uppgiften körs i början och slutet av varje biofeedback session. För varje kontroll uppgift sikt är en GLM analys med hjälp av två regressorerna: en för "öka" block och en för "minska" block, som vart och beräknas genom att ta en vektor som är kodad 1 under en lämplig uppgift perioden och noll vid alla andra tidpunkter convolved med en hemodynamiska svaret funktion. Beta kartor för varje av dessa regressorerna dras av för att ge en karta som representerar skillnaden i signalen i ökning jämfört med minskningen blocketks. Medelvärdet i denna karta är i genomsnitt över ämnesspecifika OFC regionen att ge uppskattningar av kontroll över det aktuella OFC-regionen i varje kontroll uppgift köra. Kontroll över OFC i början av den första biofeedback session kommer att dras från kontroll över OFC i slutet av förra biofeedback session för att ge ett mått på förändring av kontrollen över regionen orsakas av biofeedback intervention.
3. Förändringen i vilande tillstånd anslutning till OFC regionen under loppet av studien. Detta beräknas för varje ämne genom att subtrahera utsäde kartregion anslutning av Dag 1 vila går från frö regionen anslutning karta över Dag 4 vila körningar.

5,2 koncernnivå analyserar

Åtminstone följande granskas på gruppnivå:

1. Försökspersoner som fick riktiga biofeedback kontrasteras med försökspersoner som fick falskt biofeedback att avgöra om deutvecklat större kontroll över sitt mål region och om det möjligt för dem att utöva större kontroll över sin smitta ångest. Parade t-test kommer att användas för att jämföra beräkningar av förändringar i kontroll och förändringar i ångest för de två grupperna.
2. Förändringar i kontamination ångest i biofeedback ämnen som är relaterade till förändringar i kontroll över sina mål regionen och att förändringar i funktionella anslutningar mönster. Tvärs försökspersoner som fick sanna biofeedback, kommer förändringar i kontroll över det aktuella området vara korrelerade med förändringar i ångest med hjälp av Pearsons produkt-moment korrelation. Betydelse kommer att utvärderas via en vanlig r-till-p konvertering. Kartorna över förändringar i anslutning till OFC för varje ämne ska läsas i en pixel-wise sätt med uppskattningar av deras förändring i ångest.

Både offline analyser och i realtid analyser som beskrivs i detta manuskript utförs med BioImaGE Suite ( www.bioimagesuite.org ). Denna programvara paket är fritt tillgänglig och öppen källkod. Den analys i realtid komponent, men inte tillgängliga on-line, finns på begäran. Den är utformad för att frikoppla i realtid dataanalys från displayen programmet, så de senare kan ändras utan kräver en ändring av tidigare. Detta möjliggör flexibilitet i experimentell design, till exempel kan visa programmet skrivas med någon av de vanliga programvara (t ex E-prime, Matlab, presentation). Dessutom sysselsätter analys i realtid Graphics Processing Unit accelererad rörelse rättelse, vilket möjliggör hög korrektion kvalitet rörelse med nästan ingen bearbetning förseningar. Detta system beskrivs närmare i Scheinost et al.. 2011 ²⁶

6. Representativa resultat

Ett ämne som får kontroll över sina mål hjärnan området under biofeedback bör ha enn ökad kontroll över det aktuella hjärnan området, som utvärderats under körningar kontroll uppgift, och detta bör leda till en minskning av föroreningar ångest under bedömningen Sessions. Figur 3 visar en skärmbild av den visuella displayen från en av de sista biofeedback körningar av ett ämne som framgångsrikt fick kontroll över sina OFC. Framgången för detta ämne att kontrollera regionen under denna körning återspeglas av det faktum att linjen grafen är högre under den röda perioder än den blå perioder, särskilt efter justering för den förväntade 6-8 sekunders fördröjning. Samma ämne visade ökad kontroll som utvärderas under hans kontroll uppgift körs (från ett genomsnitt betavärde på 0,003 till ett genomsnittligt betavärde på 0,23) samt en signifikant minskning av ångest som svar på kontamination bilder presenteras i Assessment Sessions (p < 0,005) som visas i Figur 4. Detta var en lyckad ämne. Däremot hade andra ämnen lär sig inte att kontrollera målet regionen, end visade ingen minskning av föroreningar ångest som utvärderats i bedömning Sessions. I allmänhet finner vi stora variationer mellan individer i deras förmåga att lära sig att kontrollera den här regionen.


Figur 3. Skärmdump av den visuella displayen visas under en biofeedback springa, vid slutet av loppet. Eftersom körningen avslutas med neutrala villkor, är den bild som visas vid tidpunkten för den skärmdump (i detta fall, bilden av böcker) neutral, och pilen är vit och pekar framåt. Under öka och block minskar, var föroreningar relaterade bilder visas. Pilen till vänster var en röd pil upp under ökningen block och en blå pilen under minskningen block. Linjediagrammet längst ned på displayen representerar OFC aktivitet under körningen. Färgen på raden anger vilken typ av ruta har inträffat under den tid för genomsökningen (återd för att öka, blå för minskning, och vitt för neutrala). Grafen täcker den tid från det att den första volymen behandlas (ca 3 sek efter starten av loppet) fram till tidpunkten då ^{128: e} volymen bearbetas (ca 257s efter starten av loppet). Y-axeln visar förändring procent signal från den löpande medelvärdet i OFC minus procent signalen förändring från att köra betyder i den vita substansen kontroll ROI (i det här loppet, varierade amplituder mellan 2,1 och -3,7). Observera att efter redovisning av en 6-8s fördröjning (motsvarande 3-4 tidpunkter), aktivitet i denna region var större under röd än blå perioder, vilket återspeglar framgången för denna fråga i styr regionen. Den falska föremål matchas med detta ämne skulle se identiska stimuli, men i fallet med falska ämnet skulle linjediagram inte vara relaterade till deras verkliga mönster av hjärnaktivitet.


Figur 4. Stapeldiagram sammanfattar självrapporterad ångest betyg som svar på kontamination bilder i (a) Den första bedömningen Session (innan biofeedback) och (b) den slutliga bedömningen Session (efter biofeedback) från ämnet vars biofeedback tid-kurs visas i Figur 3. Detta ämne rapporterade signifikant lägre ångest efter biofeedback som anges med asterisk.

Discussion

Biofeedback i realtid fMRI-data är en ny teknik och mer arbete krävs för att optimera denna metod för att maximera lärande i ämnen. Nyligen genomförda studier har undersökt hur lärande förändras med olika antal körningar eller skanning sessioner, ^{14, 18, ​​27} hur feedback paradigm påverkar inlärning ^28, och om det lärande som orsakas av ett visst resultat biofeedback-protokollet i förändringar i hjärnans funktion som kvarstår längre än till slutet av biofeedback praktikperiod. ^{15, 18, ​​27, 29} är dock mycket mer arbete längs dessa linjer behövs, med tanke på att den optimala protokollet kan variera beroende på de riktade hjärnan området, studerade befolkningen, och andra variabler.

En utmaning i neurofeedback studier är det optimala sättet att kontrollera för praktiken, exponering, motivation och placeboeffekter. Det finns en mängd metoder som har beskrivits i litteraturen, som alla har sina fördelarTages och nackdelar. I detta protokoll är en bluff biofeedback paradigm anställd där kontrollgruppen får samma stimuli som deras matchas biofeedback ämnen och leds att tro att de får sanna biofeedback utifrån sina egna mönster hjärnaktivitet. Detta tillvägagångssätt har fördelen att instruktionerna och stimuli är kontrollerade för. Det hjälper också att kontrollera för motivation och effekter placebo. Det är, inducerar neurofeedback i många ämnen ett spel-liknande mentalitet som de blivit personligen investerat i sina prestationer. Den bluff kontroll tillstånd dubbletter den erfarenheten så nära som möjligt, och därmed kontroll för den höga motivation neurofeedback ämnen. Dessutom, om ett ämne får feedback som visar allt större framgångar, kan den resulterande känsla av prestation och uppfattning av självbehärskning översätta till placebo effekter på beteendemässiga åtgärder. Återigen, det bluff paradigm vi använde kontroller för denna möjlighet så effektivly som möjligt. Det är dock en nackdel med denna falska biofeedback synsätt att det aktivt vilseleder ämnen och kan därmed störa det lärande som normalt skulle inträffa under perioder av praktik utan återkoppling. En annan typ av kontroll förutsättning för neurofeedback studier är att ha ämnen utföra samma uppgift utan neurofeedback. Detta reglage för praktik och effekter exponering, och har inte den nackdelen av vilseledande och eventuellt förvirrande självreflektion lärande processer. Det kan dock kontroll inte lika bra för motivation och effekter placebo. En annan form av falska biofeedback har också använts i vilka ämnen som får information om en annan hjärna område som inte tros vara inblandade i arbetet, även om ämnena är vilseledda att tro att målområdet är relevant för uppgiften. Denna metod innebär ett antagande om den del av forskarna om en region av hjärnan som saknar samband med uppgiften, och detta kan vara problematiskt om regionen tuRNS sig vara involverade i uppgiften. Dessutom, om regionen verkligen är irrelevant för uppgiften, bluff ämnen troligen inte har framgång styra den, och är därmed sannolikt att känna sig besvikna och frustrerade i kontrast till den sanna återkoppling personer som är mer benägna att uppleva framgång och känna sig nöjd och kontroll. Således omfattar denna form av falska biofeedback inte lika väl för den känslomässiga tillstånd av ämnet (och därmed motivation och effekter placebo) som typ av bluff som beskrivs i detta manuskript, och har samma nackdel eventuellt störa inlärningsprocessen genom att ge felaktig information. Slutligen kan styra förhållanden där kontrollgruppen får en alternativ form av behandling utanför magneten (till exempel kognitiv beteendeterapi) användas för att kontrastera effektiviteten av RT-fMRI biofeedback med vad är den gyllene standarden när det gäller behandlingar närvarande. Den sista metoden är inte att styra exakt för allaeffekter som uppstår under neurofeedback, och därmed tar man inte upp om det är den feedback i sig som framkallar beteendestörningar förbättringar, utan snarare ställer den viktiga frågan: har alla tillsammans, kan i realtid fMRI biofeedback som en intervention ge bättre kliniska eller beteendemässiga resultat än aktuella alternativ? Sammanfattningsvis valet av vilken typ av kontroll som ska användas i ett biofeedback studie är ett viktigt och utmanande aspekt av studiens utformning, och begränsningar av kontrollen tillståndet används måste beaktas vid tolkningen av resultaten.

Även om fortfarande i ett utvecklingsstadiet, har den terapeutiska användningen av biofeedback i realtid fMRI potentiella nyttan för olika neuropsykiatriska tillstånd. Dessutom, när den används tillsammans med bedömningar av funktionell hjärnans organisation och kognitiva / kliniska variabler (som samlas in före och efter biofeedback), kan det vara ett kraftfullt forskningsverktyg. I huvudsak biofeedback prohandahåller en låg risk "störa och mäta" inställning till att studera neurala grunden för mänskligt mental funktion: den biofeedback används för att störa den funktionella organisation av hjärnan och påföljande förändringar i mental funktion mäts. Med tanke på både forskning och kliniska potentialen är detta en lovande ny teknik för områdena psykiatri och kognitiv neurovetenskap.

Protokollet beskrivs här undersöker om biofeedback i realtid fMRI kan hjälpa friska försökspersoner ta kontroll över sina föroreningar ångest. Även om det är möjligt att de neurala substrat för kontaminering ångest hos friska kontroller skiljer sig från den i OCD patienter, är det också möjligt att tvångsmässiga symtom dimensioner går genom både friska och patientgrupper, och att liknande mekanismer som ligger bakom föroreningen ångest i både grupper. Om så är fallet, och om biofeedback i realtid fMRI är effektiva i att hjälpa friska kontrollera sin ångest, somimilar paradigm kan ha klinisk nytta för tvångssyndrom.