In tempo reale Biofeedback fMRI Targeting la corteccia orbito-frontale per l'ansia di contaminazione

L'obiettivo generale di questa procedura è addestrare le persone a controllare una regione del loro cervello coinvolta nell'ansia da contaminazione e verificare se questo addestramento modifica la funzione cerebrale e migliora il controllo sull'ansia da contaminazione. Ciò viene realizzato innanzitutto identificando una regione della corteccia orbitofrontale del soggetto coinvolta nell'ansia da contaminazione. Questa diventerà un'area bersaglio per un intervento di biofeedback.

Il passo successivo consiste nel valutare, prima dell'intervento di biofeedback, il livello di ansia che il soggetto sperimenta in risposta a immagini correlate alla contaminazione, nonché i suoi modelli di connettività cerebrale. Successivamente, il soggetto viene addestrato mediante biofeedback a controllare l'area cerebrale bersaglio. L'ultimo passaggio prevede la valutazione della capacità acquisita dai soggetti di esercitare un maggiore controllo sull'area cerebrale target e sull'ansia legata alla contaminazione in seguito al biofeedback, e se tali cambiamenti siano associati a modifiche nella connettività con l'area cerebrale bersaglio.

Questo approccio rivelerà infine se il biofeedback in tempo reale con risonanza magnetica funzionale possiede un potenziale valore clinico per i pazienti affetti da disturbo ossessivo-compulsivo e indagherà la base neuronale dell'ansia da contaminazione. Il biofeedback in tempo reale con risonanza magnetica funzionale ha un potenziale valore terapeutico per molte forme diverse di malattia mentale, poiché potrebbe consentire agli individui di controllare aspetti della loro funzione cerebrale che sono alla base dei sintomi.

In questo studio esaminiamo se tale metodo possa aiutare le persone a controllare l'ansia da contaminazione. In caso affermativo, potrebbe rivelarsi clinicamente utile per i pazienti affetti da disturbo ossessivo-compulsivo. L'approccio qui presentato, che combina il biofeedback con valutazioni preliminari e successive di variabili cliniche e della connettività cerebrale, può inoltre contribuire a rispondere a domande fondamentali nelle neuroscienze e nella psichiatria.

Il biofeedback ci permette di modificare la dinamica cerebrale, e successivamente possiamo misurare come i cambiamenti nella connettività cerebrale determinino differenze nelle variabili cliniche o cognitive. Prima di avviare questo esperimento, è necessario uno sviluppo approfondito degli stimoli. Devono innanzitutto essere raccolte immagini legate al tema della contaminazione e immagini neutre, che poi vanno testate in via preliminare per garantire che l'ansia indotta da questi stimoli sia bilanciata tra le diverse condizioni di provocazione e che l'ansia sia significativamente maggiore nelle condizioni di provocazione rispetto a quelle neutre.

Al termine degli studi pilota, devono essere reclutati e sottoposti a screening potenziali soggetti, al fine di identificare individui sani in grado di partecipare in sicurezza a esperimenti di risonanza magnetica e che riportino elevati livelli di ansia da contaminazione, nonché il desiderio di imparare a controllare tale ansia. Per questo esperimento, i soggetti vengono accolti in quattro giorni distinti, programmati a intervalli di circa metà settimana, in modo che l'intero studio richieda due settimane per essere completato. Il diagramma di flusso mostrato qui illustra il protocollo previsto per ciascun soggetto che riceverà sessioni di biofeedback effettive.

Si dovrebbe reclutare un altro soggetto, abbinato per età e sesso, a cui somministrare un falso biofeedback prima di ogni sessione di risonanza magnetica. I soggetti vengono sottoposti a screening per la presenza di metalli nel primo giorno, in cui si acquisisce un'immagine strutturale ad alta risoluzione. Successivamente vengono raccolti due acquisizioni di dati funzionali a riposo, seguite da tre acquisizioni localizzatrici di dati funzionali in cui il soggetto alterna la visione di immagini intensamente correlate alla contaminazione e immagini neutre a intervalli di 42esimi.

Queste acquisizioni di localizzazione servono a identificare la regione della corteccia orbitofrontale (OFC) attivata dall'ansia legata alla contaminazione. Al termine della sessione di imaging del primo giorno, i soggetti incontrano lo psicologo clinico specializzato nei disturbi d'ansia per una sessione di sviluppo di una strategia di ripensamento. L'obiettivo di questa sessione è sviluppare una strategia cognitiva personalizzata per il soggetto, che gli fornisca un controllo iniziale sull'attività della propria corteccia orbitofrontale.

Queste strategie per aumentare o ridurre l'attività della corteccia orbitofrontale (OFC) hanno lo scopo esclusivo di fornire una capacità iniziale e limitata di controllo sull'OFC. Durante le sessioni di biofeedback, i soggetti avranno la possibilità di sperimentare diverse strategie cognitive e ricevere un feedback diretto, consentendo loro di sviluppare un controllo sempre maggiore sull'OFC. Successivamente, i dati raccolti durante la sessione del primo giorno (localizer) vengono analizzati prima della sessione del secondo giorno.

La mappa cerebrale risultante indica quali regioni del cervello sono state più attive quando il soggetto ha osservato immagini correlate alla contaminazione rispetto a quando ha osservato immagini neutre. I 30 pixel superiori in questa mappa TM situati all'interno della corteccia orbitofrontale (OFC) o nella regione frontale polare adiacente vengono selezionati per rappresentare la regione bersaglio specifica della OFC di quel particolare soggetto per le successive scansioni di biofeedback. Questa regione viene quindi trasformata dallo spazio funzionale a quello anatomico mediante una registrazione rigida con interpolazione del vicino più prossimo.

Viene inoltre definita una regione di controllo che comprende tutta la sostanza bianca del cervello e viene traslata nello stesso spazio proveniente dal cervello MNI. Queste due regioni verranno utilizzate dal programma di analisi in tempo reale durante la sessione di biofeedback del secondo giorno. Nel secondo giorno dell'esperimento, i soggetti partecipano innanzitutto a una sessione di valutazione al di fuori del magnete.

Prima di ogni sessione di valutazione, ai soggetti viene detto verbalmente di cercare di ridurre al minimo la propria ansia durante la visualizzazione delle immagini correlate alla contaminazione. Successivamente, ricevono istruzioni dettagliate sullo schermo per indicare il livello di ansia correlata alla contaminazione che provano in risposta alle immagini. La risposta galvanica cutanea viene monitorata contemporaneamente.

I soggetti partecipano quindi a una sessione di biofeedback con risonanza magnetica funzionale (FMRI) in tempo reale della durata di 1,5 ore. La sessione inizia con l'acquisizione di immagini anatomiche assiali nelle stesse posizioni di taglio dei dati funzionali. Successivamente viene acquisita una scansione di riferimento funzionale.

Le due regioni di interesse vengono traslate nello spazio funzionale della sessione corrente attraverso la concatenazione di due registrazioni rigide. La prima registrazione mappa le regioni dallo spazio anatomico del primo giorno allo spazio anatomico del secondo giorno. La seconda registrazione mappa le regioni dallo spazio anatomico del secondo giorno allo spazio della scansione di riferimento funzionale del secondo giorno.

Mentre le regioni vengono registrate, vengono acquisite due serie di acquisizioni funzionali definite serie di compito di controllo. Queste serie non prevedono il biofeedback, ma servono per valutare la capacità dei soggetti di controllare l'attività all'interno della loro regione di interesse nell'OFC quando sono esposti a immagini correlate alla contaminazione. Durante la scansione, i soggetti osservano immagini con una freccia che punta verso l'alto o verso il basso per le immagini correlate alla contaminazione oppure in avanti per le immagini neutre.

Si chiede ai soggetti di cercare di aumentare l'attività nella loro corteccia orbitofrontale quando la freccia punta verso l'alto, di cercare di ridurre l'attività nella corteccia orbitofrontale quando punta verso il basso e di semplicemente rilassarsi quando la freccia punta a destra. La freccia e l'immagine cambiano ogni 26 secondi, alternando ciclicamente tra le tre condizioni dopo l'esecuzione del compito di controllo e dopo che la regione bersaglio e la regione di controllo sono state registrate nello spazio funzionale corrente. Vengono effettuate sei sessioni di biofeedback o sessioni di finto biofeedback, a seconda del soggetto.

Le sessioni di biofeedback vengono utilizzate per addestrare i soggetti a controllare l'attività nel loro O-F-C-R-O-I. Sono simili alle sessioni di compito di controllo, con la differenza che i soggetti ricevono un feedback nella parte inferiore dello schermo riguardo al loro successo nel controllare l'area cerebrale. La visualizzazione del biofeedback mostrata qui è stata accelerata, ma altrimenti rispecchia esattamente ciò che un soggetto ha visto durante il biofeedback.

Le sessioni di biofeedback fittizie saranno identiche alle sessioni di biofeedback, tranne per il fatto che i soggetti visualizzeranno l'andamento temporale dell'attività nell'OFC proveniente da una sessione di biofeedback di soggetti precedenti, abbinati per età e sesso, nella misura in cui il soggetto sottoposto a biofeedback è stato in grado di controllare l'attività nell'OFC. Il soggetto sottoposto al biofeedback fittizio sembrerà ugualmente riuscito durante le sessioni fittizie, generando impressioni di successo simili. Infine, vengono raccolte altre due sessioni della condizione di controllo per ciascun soggetto.

Successivamente, i soggetti devono tornare al terzo giorno per una sessione di scansione identica al secondo giorno, ma utilizzando set di stimoli abbinati separati; al quarto giorno, i soggetti devono partecipare a una sessione finale di valutazione. Quindi, una sessione finale di risonanza magnetica della durata di un'ora, durante la quale vengono raccolti dati di connettività funzionale a riposo, dopo che i dati sono stati raccolti per tutti i soggetti. I soggetti che hanno ricevuto un feedback biologico reale possono essere confrontati con quelli che hanno ricevuto un feedback biologico fittizio (sham) per determinare se abbiano sviluppato un maggiore controllo sulla propria regione bersaglio e se ciò abbia permesso loro di esercitare un maggiore controllo sull'ansia legata alla contaminazione.

Le variazioni nell'ansia da contaminazione nei soggetti sottoposti a biofeedback sono correlate ai cambiamenti nel controllo della loro regione bersaglio e ai cambiamenti nei modelli di connettività funzionale. Qui vediamo una schermata della visualizzazione di uno degli ultimi run di biofeedback di un soggetto che ha acquisito con successo il controllo sulla propria OFC. La sessione termina con la condizione neutra e quindi la freccia è bianca e punta in avanti.

Questo soggetto ha mostrato anche un maggiore controllo sull'ansia da contaminazione, come indicato da valutazioni di ansia più basse nella sessione di valutazione post intervento, e un maggiore controllo sulla propria corteccia orbitofrontale durante le prove della task di controllo. Questo metodo ha un grande potenziale in psichiatria, sia come trattamento clinico che come strumento di ricerca per lo studio dei substrati neurali che sottendono i sintomi clinici.