Entwicklung von Neuroimaging Phänotypen des Default Mode Network in PTSD: Integration der Ruhezustand, Arbeitsgedächtnis und Struktur Connectivity

Das übergeordnete Ziel des folgenden Experiments ist es, das Default-Mode-Netzwerk bei posttraumatischen Belastungsstörungen unter Verwendung der komplementären Neuroimaging-Techniken der funktionellen Konnektivität im Ruhezustand, der aufgabeninduzierten Deaktivierung und der strukturellen Konnektivität zu untersuchen. Dies wird erreicht, indem die Teilnehmer zunächst darin geschult werden, die N-Arbeitsgedächtnisaufgabe außerhalb des Scanners auszuführen, um die Teilnehmer, die möglicherweise Angst vor Studienabläufen haben, nicht zu überfordern, aber dennoch eine ausreichende Herausforderung für ihr Arbeitsgedächtnis für die Abbildung von aufgabeninduzierten Deaktivierungen zu bieten. Lassen Sie die Teilnehmer sich in einem zweiten Schritt auf die Trage eines Drei-Tesla-MRT-Scanners legen und Kissen um den Kopf legen, um die Kopfbewegung zu minimieren.

Lassen Sie die Teilnehmer bei der Aufnahme von MRT-Bildern die End-Back-Aufgabe ausführen, gefolgt von einer vierminütigen Präsentation auf einem Fixationskreuz. Dadurch werden Bilder der aufgabenbezogenen Aktivität und des Ruhezustands erfasst. Wiederholen Sie diese Schritte und sagen Sie den Teilnehmern, dass sie ihre Augen schließen sollen, während sie Diffusions-Tensor-Bilder aufnehmen.

Die erhaltenen Ergebnisse zeigen ein räumliches Muster, das mit den Hauptknoten des Default-Mode-Netzwerks für die Analyse der funktionalen Konnektivität im Ruhezustand konsistent ist, eine erhöhte Aktivierung des exekutiven Netzwerks und die Deaktivierung des Default-Mode-Netzwerks während der beiden während des DTI erhaltenen Task und der Spuren der weißen Substanz, die die Netzwerkregionen des Default-Modus verbinden. Diese Technik integriert funktionelle und strukturelle Neuroimaging-Ansätze, die eines Tages bei der Diagnose von PTBS und verwandten psychiatrischen Erkrankungen helfen könnten. Traditionelle aufgabenbezogene FMRI-Ansätze werden mit der Erfassung des Ruhezustands und der strukturellen Konnektivität kombiniert.

Die Studienverfahren werden von Louisa Carpenter Vs. demonstriert, die als wissenschaftliche Mitarbeiterin in meinem Labor tätig ist. Diese Methode kann Einblicke in das Verständnis der Funktion und Dysfunktion des Default-Mode-Netzwerks geben. Diese Methoden können auch leicht erweitert werden, um gleichzeitig mehrere Gehirnnetzwerke zu charakterisieren, um zu bewerten, wie psychiatrische Erkrankungen die Netzwerkintegration beeinflussen, bevor mit den Schritten begonnen wird, wie in diesem Protokoll beschrieben.

Holen Sie zunächst eine schriftliche und informierte Einverständniserklärung ein und stellen Sie sicher, dass Sie den Teilnehmer gründlich auf MRT-Sicherheit untersuchen. Trainieren Sie dann den Teilnehmer darin, die Aufgabe "N zurück" außerhalb des Scanners auszuführen. Beginnen Sie das erste Training und führen Sie es mit dem Zero-Back-Letter-Vigilanztest durch.

Weisen Sie den Probanden an, bei einem Zielkonsonanten wie einem Groß- oder Kleinbuchstaben H über ein Antwortfeld mit zwei Tasten Ja und bei allen anderen Konsonanten Nein anzugeben. Die neun Konsonanten sollten jeweils 500 Millisekunden lang mit einer Interstimuluszeit von 2.500 Millisekunden für insgesamt 27 Sekunden angezeigt werden. Die Zielkonsonanten werden viermal innerhalb jedes Null-Back-Blocks angezeigt.

Lassen Sie den Teilnehmer als Nächstes die beiden Rückentests üben. Weisen Sie sie an, im Antwortfeld eine Ja- oder Nein-Antwort zu geben. Nach jedem Konsonanten wird angegeben, ob er mit dem Konsonanten, der zuvor in der Reihe präsentiert wurde, identisch oder anders ist.

Zeigen Sie dem Teilnehmer eine Reihe von 15 Konsonanten für jeweils 500 Millisekunden mit einem Interra-Stimulus-Intervall von 2.500 Millisekunden für insgesamt 45 Sekunden. Der Zielreiz sollte fünfmal gezeigt werden. Fahren Sie mit dem Training des Teilnehmers fort, bis seine Leistung mindestens 75 % der korrekten Leistung auf den beiden Rückenteilen vor dem Scannen erreicht.

Lassen Sie den Teilnehmer zuerst alle Metallgegenstände ausziehen, sich in MRT-kompatible Kleidung umziehen und bringen Sie sie dann in den Raum mit drei Tesla-MRT-Scannern. Stellen Sie Ohrstöpsel für den Gehörschutz bereit und legen Sie sie auf das Scannerbett, legen Sie Kissen um den Kopf, um Kopfbewegungen zu minimieren. Stellen Sie ihnen die MRT-kompatible Antwortbox für die End-Back-Arbeitsgedächtnisaufgabe sowie eine Quetschbirne zur Verfügung, um den Scan im Notfall zu stoppen.

Platzieren Sie auch ein Pulsoximeter auf einem Finger zur physiologischen Überwachung und Aufzeichnung. Platzieren Sie dann eine 32-Kanal-Kopfspule und den Präsentationsbildschirm über den Kopf des Teilnehmers, bevor Sie ihn in den Scanner schieben. Stellen Sie sicher, dass der Teilnehmer bequem ist und den Bildschirm sehen kann.

Beginnen Sie dann mit der MRT-Scan-Sitzung. Beginnen Sie mit der Aufnahme eines hochauflösenden isotropen anatomischen Gehirnbildes von einem Millimeter. Verwenden Sie die hochauflösenden MRT-Parameter, wie hier zu sehen.

Starten Sie dann die MRT-Erfassung. Legen Sie als Nächstes die Parameter für die FMRI-Fettbildaufnahme auf der Scannerkonsole fest. Verwenden Sie die hier gezeigten Parameter, bevor Sie den Funktionsscan starten.

Projizieren Sie zunächst die Anweisungen drei Sekunden lang auf den Patienten, bevor Sie eine Null- oder Zwei-Rückwärts-Aufgabe ausführen. Mit der Stimulus-Präsentationssoftware. Erfassen Sie dann mit dem NAC-Test FMRI-Bilder auf dem Arbeitsspeicher.

Ein 32. Baseline-Fixationskreuz sollte dem Patienten vor jedem der Null-Back-Blöcke präsentiert werden. Dies dient als Grundlage für den Vergleich der anderen Null- und Zwei-Back-Blöcke. Während der Datenanalyse sind insgesamt drei Null-Rück- und drei Zwei-Rück-Abschnitte sowie zwei Basisblöcke enthalten.

Dies sollte in zwei getrennten Bildgebungsläufen in einer ausgeglichenen Reihenfolge dargestellt werden. Stellen Sie nach Abschluss der N-Rücken-Paradigmen sicher, dass der Teilnehmer sich immer noch wohl fühlt und bereit ist, den Scan fortzusetzen. Weisen Sie sie dann an, dass der Ruheblock als nächstes kommt, und sagen Sie ihnen, dass sie nicht einschlafen sollen.

Verwenden Sie die Stimulus-Präsentationssoftware, um ein Fixationskreuz auf dem Bildschirm anzuzeigen. Erfassen Sie Ruhezustandsbilder für die nächsten vier Minuten mit denselben FMRI-Einstellungen, die zum Erfassen von NAC-Bildern verwendet wurden. Wiederholen Sie dann die Erfassung für den Arbeitsspeicher erneut mit dem NAC-Test.

Als nächstes stellen Sie die DTI-Bildaufnahmeparameter in der Scannerkonsole ein, um diffusionsgewichtete Bilder mit Diffusionsgradienten in 64 nichtlinearen Richtungen, partiellen Echos und Interpolationen zu verdoppeln. Informieren Sie den Teilnehmer darüber, dass der Scanner während der nachfolgenden Sequenzen möglicherweise zittert und dass dies normal ist. Weisen Sie sie an, die Augen zu schließen und sich so gut wie möglich im Scanner zu entspannen.

Rufen Sie dann die DTI-Sequenz ab. Sobald der gesamte Scanvorgang abgeschlossen ist. Entfernen Sie den Teilnehmer vom Scanner und erkundigen Sie sich, wie die Sitzung verlaufen ist.

Beantworten Sie alle Fragen, die sie haben, und danken Sie ihnen für ihre Teilnahme. Achten Sie darauf, dass alle Daten sicher übertragen werden, oder lassen Sie den MRT-Scanner-Computer eine DBD mit Teilnehmerbildern und physiologischer Aufzeichnung für die anschließende Datenanalyse schreiben. Führen Sie abschließend eine Konnektivitätsanalyse im Ruhezustand mit der Konnektivitätsanalyse für Ursprungsregionen durch, um die Beziehung zwischen a priori definierten Regionen zu bewerten und die funktionale Konnektivität zu bewerten.

Verwenden Sie auch die FMRI-Verarbeitungssoftware, um die Arbeitsgedächtnisdaten vorzuverarbeiten, und die voxelbasierte allgemeine lineare Modellierung, um die aufgabenspezifische Aktivität in jedem Gehirnvoxel einzelner Datensätze zu quantifizieren. Die hier gezeigten Ergebnisse basieren auf Daten, die mit demselben bildgebenden Verfahren in zwei verschiedenen Stichproben von Personen mit einer Vorgeschichte von Kindheitstraumata und Misshandlungen, aber ohne PTBS-Ergebnisse aus dem Ruhezustand gesammelt wurden. Die funktionelle Konnektivitätsanalyse ergab ein räumliches Muster, das mit den Hauptknoten des Default-Mode-Netzwerks übereinstimmt, einschließlich des medialen präfrontalen Kortex, des hinteren cingulären Kortex, des Gyrus angularis, der unteren parietalen Lole und der mittleren temporalen Regionen.

Diese sagittalen Schnitte veranschaulichen Muster, die mit den beiden Rückarbeitsgedächtnisaufgaben verbunden sind. Aktivierungsmuster innerhalb des Executive-Netzwerks werden in Orange und Rot dargestellt, während die Netzwerkdeaktivierung im Standardmodus in Blau dargestellt wird. Hier sehen wir keine Rückwärtsaktivität, die typischerweise mit dem Arbeitsgedächtnis kombiniert wird, um die Aufmerksamkeit zu kontrollieren.

Die Aktivierungsmuster sind in Orange und Rot und die Deaktivierung in Blau. Hier ist eine Netzwerkdeaktivierung im Standardmodus offensichtlich, bei der zuletzt nur wenige Exekutivaktivierungen durchgeführt wurden. Die Ausdehnung des Clum-Bündels, wie sie durch probabilistische Traktographie aufgedeckt wird, wird hier dargestellt.

Die dreidimensionale Form und das Muster dieser Fasern sind mit Querschnitten des Gehirns als visuelle Referenz zu sehen. Dieses Bild zeigt, wie diese Fasern durch den medialen präfrontalen Kortex und den hinteren cingulären Kortex wandern. Und schließlich können wir hier sehen, wie diese Fasern durch die mediale zeitliche Komponente des Default-Mode-Netzwerks wandern.

Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie man multimodale Neuroimaging-Ansätze kombiniert, wie z. B. die Erfassung aufgabenbezogener Aktivitäten mit dem Ruhezustand und der strukturellen Konnektivität. Beim Versuch dieses Verfahrens ist es wichtig, daran zu denken, dass die Bewegung der Teilnehmer um jeden Preis minimiert werden sollte. Dies wird erreicht, indem Kissen am Kopf des Teilnehmers im Scanner platziert werden und der Komfort während des Scanvorgangs häufig überprüft wird.