Le biofeedback IRMf en temps réel ciblage du cortex orbitofrontal contamination pour l'anxiété

L'objectif général de cette procédure est de former des personnes à contrôler une région de leur cerveau impliquée dans l'anxiété liée à la contamination, et d'évaluer si cet entraînement modifie le fonctionnement cérébral et améliore le contrôle de l'anxiété liée à la contamination. Cela est réalisé en identifiant d'abord une région du cortex orbitofrontal du sujet impliquée dans l'anxiété liée à la contamination. Cette région constituera une zone cible pour une intervention par rétroaction biologique.

L'étape suivante consiste à évaluer, avant l'intervention de biofeedback, le niveau d'anxiété que le sujet éprouve en réponse à des images liées à la contamination, ainsi que ses schémas de connectivité cérébrale. Le sujet est ensuite entraîné, au moyen du biofeedback, à contrôler la région cérébrale ciblée. La dernière étape consiste à évaluer si les sujets ont acquis un meilleur contrôle sur leur zone cérébrale cible et sur leur anxiété liée à la contamination suite au biofeedback, et si ces modifications sont associées à des changements dans la connectivité vers la région cérébrale ciblée.

En définitive, cette approche permettra de déterminer si la rétroaction biofeedback par IRMf en temps réel présente une valeur clinique potentielle pour les patients souffrant de troubles obsessionnels compulsifs, et explorera la base neuronale de l’anxiété liée à la contamination. L’IRMf en temps réel avec rétroaction biofeedback possède une valeur thérapeutique potentielle pour de nombreuses formes différentes de maladies mentales, car elle pourrait permettre aux individus de contrôler certains aspects de leur fonction cérébrale à l’origine des symptômes.

Ici, nous étudions s'il peut aider les personnes à contrôler leur anxiété liée à la contamination. Dans l'affirmative, il pourrait être cliniquement utile pour les patients souffrant de trouble obsessionnel-compulsif. L'approche présentée ici, combinant un retour d'information biologique à des évaluations préalables et postérieures des variables cliniques et de la connectivité cérébrale, peut également répondre à des questions fondamentales en neurosciences et en psychiatrie.

La rétroaction biologique nous permet de modifier la dynamique cérébrale, et nous pouvons ensuite mesurer comment les changements dans la connectivité cérébrale entraînent des différences dans les variables cliniques ou cognitives. Avant de commencer cette expérience, un développement approfondi des stimuli est nécessaire. Des images liées à la contamination et des images neutres doivent d'abord être recueillies, puis testées afin de s'assurer que l'anxiété provoquée par ces stimuli est équilibrée entre les conditions de provocation et que l'anxiété est significativement plus élevée dans les conditions de provocation que dans les conditions neutres.

Lorsque les études pilotes sont terminées, les sujets potentiels doivent être recrutés et dépistés afin d'identifier des individus en bonne santé capables de participer en toute sécurité à des expériences d'IRM et qui présentent des niveaux élevés d'anxiété liée à la contamination, ainsi qu'un désir d'apprendre à contrôler cette anxiété. Pour cette expérience, les sujets viennent sur quatre journées distinctes programmées à des intervalles d'environ une demi-semaine, de sorte que l'ensemble de l'étude dure deux semaines. Le diagramme présenté ici décrit le protocole, en plus de chaque sujet devant recevoir des séances de rétroaction biologique réelles.

Un autre sujet, apparié selon l'âge et le sexe, doit être recruté afin de recevoir un biofeedback factice avant chaque séance d'IRM. Les sujets sont dépistés pour la présence de métaux le premier jour, lors d'une acquisition d'image structurelle à haute résolution. Ensuite, deux séries de données fonctionnelles au repos sont recueillies, suivies de trois séries de localisation fonctionnelle au cours desquelles le sujet alterne entre l'observation d'images fortement liées à la contamination et des images neutres, à des intervalles de 42e secondes.

Ces séries de localisation servent à localiser la région du cortex orbitofrontal (COF) activée par l'anxiété liée à la contamination. À la suite de la séance d'imagerie du jour un, les sujets rencontrent un psychologue clinicien spécialisé dans les troubles anxieux, afin de participer à une séance d'élaboration d'une stratégie de réévaluation. L'objectif de cette séance est d'élaborer une stratégie cognitive personnalisée permettant au sujet d'obtenir un contrôle initial sur l'activité de son cortex orbitofrontal.

Ces stratégies visant à augmenter ou à diminuer l'activité du cortex orbitofrontal ont pour seul objectif de fournir une capacité initiale et limitée de contrôle du cortex orbitofrontal. Pendant les séances de rétroaction biologique, les sujets auront l'occasion d'expérimenter différentes stratégies cognitives et de recevoir une rétroaction directe, ce qui leur permettra de développer un contrôle de plus en plus précis du cortex orbitofrontal. Ensuite, les données recueillies lors de la localisation du jour un sont analysées avant la séance du jour deux.

La carte d'équipe obtenue indique quelles régions du cerveau étaient plus actives lorsque le sujet voyait des images liées à la contamination par rapport à des images neutres. Les 30 pixels situés en haut de cette carte TM et localisés dans le cortex orbitofrontal (OFC) ou dans la région frontopolaire adjacente sont sélectionnés pour représenter la région cible spécifique de l'OFC chez ce sujet, destinée à ses prochains examens de biofeedback. Cette région est ensuite transformée de l'espace fonctionnel vers l'espace anatomique par une registration rigide utilisant une interpolation au plus proche voisin.

Une région de contrôle est également définie afin d'inclure toute la matière blanche du cerveau et est transformée dans le même espace que celui du cerveau MNI. Ces deux régions seront utilisées par le programme d'analyse en temps réel durant la séance de rétroaction biologique du deuxième jour. Le deuxième jour de l'expérience, les sujets participent d'abord à une séance d'évaluation en dehors du champ magnétique.

Avant chaque séance d'évaluation, les sujets reçoivent des instructions verbales leur demandant de tenter de minimiser leur anxiété pendant la visualisation des images liées à la contamination. Ensuite, des instructions détaillées à l'écran les guident pour indiquer le niveau d'anxiété lié à la contamination qu'ils ressentent en réponse aux images. La réponse cutanée galvanique est surveillée simultanément.

Les sujets participent ensuite à une session d'entraînement neurofeedback en IRMf en temps réel d'une durée de 1,5 heure. La session commence par l'acquisition d'images anatomiques axiales aux mêmes positions de coupe que les données fonctionnelles. Ensuite, une numérisation fonctionnelle de référence est effectuée.

Les deux régions d'intérêt sont transposées dans l'espace fonctionnel de la session courante au moyen d'une concaténation de deux registrations rigides. La première registration associe les régions de l'espace anatomique du jour un à l'espace anatomique du jour deux. La seconde registration associe les régions de l'espace anatomique du jour deux à l'espace de la numérisation de référence fonctionnelle du jour deux.

Pendant que les régions sont en cours d'inscription, deux séries fonctionnelles sont enregistrées, appelées séries de tâche de contrôle. Ces séries n'impliquent pas de rétroaction biologique, mais servent à évaluer la capacité des sujets à contrôler l'activité dans leur région d'intérêt du cortex orbitofrontal (OFC) lorsqu'ils sont exposés à des images liées à la contamination. Pendant l'exploration, les sujets visualisent des images accompagnées d'une flèche orientée vers le haut ou vers le bas pour les images liées à la contamination, ou vers l'avant pour les images neutres.

Les sujets doivent essayer d'augmenter l'activité de leur cortex orbitofrontal (OFC) lorsque la flèche pointe vers le haut, de diminuer l'activité de leur OFC lorsque celle-ci pointe vers le bas, et de simplement se détendre lorsque la flèche pointe vers la droite. La flèche et l'image changent toutes les 26 secondes, en alternant entre les trois conditions après l'exécution de la tâche de contrôle, et une fois que la région cible et la région de contrôle ont été enregistrées dans l'espace fonctionnel actuel. Six séries d'entraînement neurofeedback ou de faux neurofeedback, selon le sujet, sont réalisées.

Les séquences de rétroaction biologique servent à entraîner les sujets à contrôler l'activité de leur O-F-C-R-O-I. Elles sont semblables aux séquences de tâche de contrôle, sauf que les sujets reçoivent un retour d'information en bas de l'écran concernant leur réussite à contrôler la zone cérébrale. L'affichage de rétroaction biologique illustré ici a été accéléré, mais reflète sinon exactement ce qu'un sujet voyait pendant la rétroaction biologique.

Les séances de rétroaction simulée seront identiques aux séances de rétroaction, sauf que les sujets visualiseront l'évolution temporelle de l'activité dans le cortex orbitofrontal (OFC) provenant d'une séance de rétroaction antérieure effectuée par un sujet apparié selon l'âge et le sexe, dans la mesure où le sujet soumis à la rétroaction a réussi à contrôler l'activité dans l'OFC. Le sujet soumis à la simulation semblera avoir obtenu un succès comparable pendant les séances simulées, produisant ainsi une impression de réussite similaire. Enfin, deux autres séries de tâches de contrôle sont enregistrées pour chaque sujet.

Ensuite, les sujets doivent revenir le troisième jour pour une session d'exploration identique à celle du deuxième jour, mais en utilisant des jeux de stimuli appariés distincts. Le quatrième jour, les sujets doivent participer à une session d'évaluation finale. Puis une session finale d'imagerie par résonance magnétique d'une heure au cours de laquelle des données de connectivité fonctionnelle en état de repos sont collectées, une fois que les données ont été obtenues pour tous les sujets. Les sujets ayant reçu une rétroaction biologique réelle peuvent être comparés à ceux ayant reçu une rétroaction biologique factice afin de déterminer s'ils ont développé un meilleur contrôle sur leur région cible et si cela leur a permis d'exercer un meilleur contrôle sur leur anxiété liée à la contamination.

Les variations de l’anxiété liée à la contamination chez les sujets soumis à la biofeedback sont liées aux changements de contrôle exercé sur leur région cible ainsi qu’aux modifications des schémas de connectivité fonctionnelle. Ici, nous observons une capture d’écran de l’affichage visuel provenant d’un des derniers essais de biofeedback d’un sujet ayant réussi à acquérir le contrôle de son cortex orbitofrontal (OFC). L’essai se termine par la condition neutre, l’indicateur fléché est donc blanc et pointe vers l’avant.

Ce sujet a également montré un meilleur contrôle de son anxiété liée à la contamination, comme en témoignent des cotes d'anxiété plus faibles lors de la session d'évaluation post-intervention, et un meilleur contrôle de son cortex orbitofrontal pendant les séries de tâches de contrôle. Cette méthode présente un grand potentiel en psychiatrie, tant comme traitement clinique que comme outil de recherche pour l'étude des substrats neuronaux sous-jacents aux symptômes cliniques.