Metoda jednoczesnego gromadzenia danych fMRI/EEG podczas sugestii skupionej uwagi w celu uzyskania zróżnicowanych odczuć termicznych

Witam, nazywam się Pamela Douglas, jestem pracownikiem naukowym na etapie postdoc w Instytucie Semi na UCLA oraz licencjonowanym hipnotyzerem. W poniższej prezentacji demonstrujemy naszą metodę równoległego gromadzenia danych E-E-G-F-M-R-I oraz kompatybilne z MR urządzenie do termometrii różnicowej. Przedstawiamy tę metodę, wykorzystując unikalny paradygmat, określany tutaj jako eksperyment z zimną rękawiczką, i rejestrujemy dane zarówno przed, jak i po indukcji hipnotycznej.

W pierwszej kolejności zbieramy jednoczesne dane E-E-G-F-M-R-I oraz pomiary temperatury dłoni, podczas gdy badani słuchają nagrania audio przez słuchawki kompatybilne z MRI, które instruują ich, aby wyobrazili sobie, że ich lewa dłoń staje się coraz zimniejsza, co jest znane jako paradygmat zimnej rękawiczki. Następnie rejestrowane są dane EEG w pojedynczej modalności podczas indukcji hipnotycznej. Jednoczesne dane E-E-G-F-M-R-I w paradygmacie zimnej rękawiczki są rejestrowane ponownie po indukcji hipnotycznej, a pomiary temperatury dłoni są prowadzone przez cały eksperyment przy użyciu naszego kompatybilnego z MR różnicowego urządzenia termometrycznego.

W ostatecznym rozrachunku nasza metoda gromadzenia danych EEG-fMRI może być użyteczna w wielu paradygmatach eksperymentalnych, zapewniając nieinwazyjny dostęp do danych multimodalnych o wysokiej rozdzielczości czasowej i przestrzennej. Co istotne, niestacjonarne aspekty przetwarzania sygnałów mózgowych sprawiają, że jednoczesne rejestracje są znacznie bardziej korzystne niż seryjne gromadzenie danych. Dzień dobry, nazywam się Mark Cohen i jestem dyrektorem technicznym w Staglin Center for Cognitive Neuroscience w UCLA, Semial Institute for Neuroscience and Human Behavior.

W tym filmie zaprezentujemy sposób jednoczesnego rejestrowania danych z elektroencefalografii (EEG), funkcjonalnych obrazów rezonansu magnetycznego (fMRI) oraz pomiarów temperatury dłoni, z których każdy ulega ilościowym zmianom pod wpływem hipnozy. Opracowaliśmy i wykorzystaliśmy wyspecjalizowane technologie do tych pomiarów, połączone z procedurą indukcji hipnotycznej zaprojektowaną specjalnie pod kątem protokołu eksperymentalnego. Jednoczesne gromadzenie danych EEG i fMRI jest szczególnie trudne, ponieważ każde z tych urządzeń generuje artefakty w zapisie drugiego.

Wpływ MRI na EEG jest szczególnie problematyczny, ponieważ część RF systemu obrazowania wykorzystuje sygnały o napięciu sięgającym kilkuset woltów, podczas gdy gradienty generują zmienne w czasie pola magnetyczne o wartościach przekraczających 45 Tesla na sekundę. Jednocześnie niewielki sygnał EEG rejestrowany ze skóry głowy wynosi zaledwie kilka mikrowoltów. Nawet pomiar temperatury w MRI wiąże się z pewnymi trudnościami.

Pasożytnicze prądy o częstotliwości radiowej przepływające przez aparaturę elektroniczną stanowią z definicji problem w zakresie bezpieczeństwa, a niskopoziomowe emisje z cyfrowych urządzeń rejestrujących temperaturę mogą powodować artefakty w obrazach MR. Wzmacniacz EEG został zaprojektowany specjalnie przez inżynierów elektryków do pracy w bardzo bliskim sąsiedztwie magnesu obrazującego. Praktycznie wszystkie komponenty ferromagnetyczne wzmacniacza zostały usunięte, a następnie zamknięto go w systemie izolacji pola lub obudowie ochronnej.

Można uzyskać wyobrażenie o wielkości obudowy urządzenia, porównując ją z rozmiarem standardowego wzmacniacza EEG tej samej firmy. Każde z wejść EEG jest filtrowane elektrycznie, aby wykluczyć sprzężenie energii częstotliwości radiowych do wzmacniacza zasilanego bateryjnie. Aby umożliwić jednoczesne zbieranie danych EEG i FMRI, synchronizacja obu urządzeń musi być ustawiona z nanosekundową precyzją.

Aby jednak zachować ekranowanie, przewodowe sygnały elektryczne nie powinny być wprowadzane do pomieszczenia skanowania ani z niego wyprowadzane. Aby to zapewnić, inżynierowie z firmy Electrical Geodesics skonstruowali nasz system jednoczesnego E-E-G-F-M-R-I w taki sposób, aby zarówno sygnały czasowe, jak i zdigitalizowane dane były przesyłane przez włókna optyczne za pośrednictwem tych portów. Indukcja hipnotyczna rozpoczyna się od krótkiego wywiadu przeprowadzonego przez hipnoterapeutę.

Do procesu indukcji hipnotycznej wykorzystywana jest sugestia idio-motoryczna znana jako technika podnoszenia ramienia. Dane EEG są rejestrowane za pomocą kompatybilnej z MRI 256-kanałowej siatki sensorów GEODESIC. Poziomy impedancji elektrod powinny być monitorowane w około 20-minutowych odstępach czasu przez cały okres trwania eksperymentu.

Podatność na hipnozę jest następnie oceniana za pomocą 12-stopniowej skali podatności na hipnozę Stanforda, formularz C. Następnie badany wchodzi do pomieszczenia z rezonansem magnetycznym w celu jednoczesnego gromadzenia danych E-E-G-F-M-R-I. Po indukcji hipnotycznej opracowaliśmy urządzenie do pomiaru różnicowej temperatury dłoni podczas jednoczesnego badania E-E-G-F-M-R-I po zastosowaniu hipnotycznej sugestii zimnej rękawiczki. Urządzenie składa się z dwóch czujników temperatury L 34 podłączonych do wzmacniacza i wyświetlacza cyfrowego.

Dwie baterie o napięciu 9 V zasilają wewnętrzną elektronikę. Wybraliśmy czujniki LN 34 ze względu na ich liniową odpowiedź temperaturową w zakresach fizjologicznych. Przeprowadziliśmy etap kalibracji, aby wyeliminować wszelkie nieścisłości w komponentach.

Bezpośrednio przed eksperymentem wyznaczyliśmy punkt zerowy urządzenia, zanurzając oba czujniki temperatury w kąpieli wodnej. W trakcie eksperymentu każda odchyłka od punktu zerowego wskazywała różnicę temperatur dłoni badanego. Odnotowana różnica temperatur pozwoliła nam ilościowo określić efekty sugestii zimnej rękawiczki: „Chciałbym, abyś zwizualizował i wyobraził sobie, że od samych opuszków palców, przez palce, dłoń, aż po nadgarstek, Twoja ręka jest całkowicie zanurzona”.

Twoja lewa dłoń jest całkowicie zanurzona w lodowatej wodzie. Kontynuując wizualizację, wyobraź sobie i wykreuj to niezwykłe odczucie, że Twoja lewa dłoń jest zupełnie zimna i zdrętwiała, zdrętwiała i zimna, że w dłoni nie ma absolutnie żadnych odczuć. Im bardziej próbujesz ją poczuć, tym mniej wrażeń będziesz doświadczać, a prawa dłoń nadal staje się cieplejsza.

W miarę jak lewa ręka staje się lodowata, wręcz lodowata, jest to prawie tak, jakby dłonie stawały się niebieskie. Można nawet odnieść wrażenie, że jest to możliwe, a dzieje się to od opuszków palców, przez palce aż do nadgarstka. Przedstawiliśmy metodę rejestracji multimodalnej w celu ujawnienia powiązań elektrofizjologicznych, motorycznych i neuronaczyniowych w przypadku w przeciwnym razie niewidocznego procesu poznawczego.

W przeciwieństwie do utrwalonych metod gromadzenia danych FMRI lub EEG i ich izolacji, metoda łączona pozwala na ujawnienie powiązań między dwoma sygnałami mózgowymi, dzięki połączeniu Quint z EEG o ultrawysokiej gęstości 256 kanałów. Możliwe jest współlokalizowanie sygnałów i wyciąganie uzasadnionych wniosków dotyczących źródeł elektrycznych, które w badaniach rezonansu magnetycznego pojawiają się jako obszary zmienionego przepływu krwi.