Biofeedback fMRI w czasie rzeczywistym ukierunkowany na korę oczodołowo-czołową w leczeniu lęku przed zanieczyszczeniem

Ogólnym celem tej procedury jest przeszkolenie osób w kontrolowaniu obszaru mózgu zaangażowanego w lęk przed zanieczyszczeniami oraz sprawdzenie, czy szkolenie to zmienia funkcje mózgu i poprawia kontrolę nad tym lękiem. Cel ten realizuje się poprzez uprzednią identyfikację obszaru w korze oczodołowo-czołowej badanego, który bierze udział w generowaniu lęku przed zanieczyszczeniami. Obszar ten stanie się obszarem docelowym dla interwencji z wykorzystaniem biofeedbacku.

Kolejnym krokiem jest ocena poziomu lęku, którego badany doświadcza w odpowiedzi na obrazy związane z kontaminacją, a także analiza wzorców łączności mózgowej przed interwencją biofeedbacku. Następnie badany jest szkolony za pomocą biofeedbacku w zakresie kontrolowania docelowego obszaru mózgu. W ostatnim kroku oceniane jest, czy w wyniku biofeedbacku badani uzyskali większą kontrolę nad docelowym obszarem mózgu oraz nad lękiem przed kontaminacją i czy zmiany te są powiązane ze zmianami w łączności z docelowym obszarem mózgu.

Ostatecznie podejście to pozwoli ustalić, czy biofeedback z fMRI w czasie rzeczywistym posiada potencjalną wartość kliniczną dla pacjentów z zaburzeniami obsesyjno-kompulsyjnymi oraz pozwoli zbadać neurologiczne podstawy lęku przed zanieczyszczeniem. Biofeedback z fMRI w czasie rzeczywistym ma potencjalną wartość terapeutyczną w wielu różnych postaciach chorób psychicznych, ponieważ może umożliwić jednostkom kontrolowanie aspektów funkcjonowania mózgu, które wywołują objawy.

W niniejszej pracy badamy, czy może to pomóc ludziom w kontrolowaniu lęku przed zanieczyszczeniem. Jeśli tak, może to być klinicznie użyteczne dla pacjentów z zaburzeniami obsesyjno-kompulsyjnymi. Przedstawione tutaj podejście, łączące biofeedback z oceną zmiennych klinicznych i łączności mózgowej przed i po interwencji, może również odpowiedzieć na podstawowe pytania z zakresu neuronauki i psychiatrii.

Biofeedback pozwala nam na modyfikację dynamiki mózgu, co umożliwia następnie pomiar tego, w jaki sposób zmiany w łączności mózgowej prowadzą do różnic w zmiennych klinicznych lub poznawczych. Przed rozpoczęciem tego eksperymentu konieczne jest przeprowadzenie szeroko zakrojonego procesu opracowania bodźców. W pierwszej kolejności należy zebrać obrazy neutralne oraz obrazy związane z kontaminacją, a następnie przeprowadzić badania pilotażowe, aby upewnić się, że lęk wywołany przez te bodźce jest zrównoważony w różnych warunkach prowokacji oraz że lęk w warunkach prowokacji jest istotnie większy niż w warunkach neutralnych.

Po zakończeniu badań pilotażowych należy zrekrutować i przebadać potencjalnych uczestników, aby wyłonić zdrowe osoby, które mogą bezpiecznie uczestniczyć w eksperymentach MRI i u których stwierdzono wysoki poziom lęku przed zanieczyszczeniem oraz chęć nauczenia się kontrolowania tego lęku. W tym eksperymencie uczestnicy przychodzą w cztery oddzielne dni, zaplanowane w odstępach około połowy tygodnia, tak aby całe badanie trwało dwa tygodnie. Przedstawiony tutaj schemat blokowy opisuje protokół dla każdego uczestnika, który weźmie udział w rzeczywistych sesjach biofeedbacku.

Należy zrekrutować kolejnego uczestnika, dopasowanego pod względem wieku i płci, który będzie otrzymywał pozorowany biofeedback przed każdą sesją MR. W pierwszym dniu u uczestników przeprowadza się badanie przesiewowe pod kątem obecności metalu oraz wykonuje strukturalny obraz o wysokiej rozdzielczości. Następnie gromadzi się dane z dwóch serii funkcjonalnych w stanie spoczynku, po których następują trzy serie lokalizacyjne danych funkcjonalnych, podczas których uczestnik naprzemiennie ogląda intensywne obrazy związane z kontaminacją oraz obrazy neutralne w odstępach 42 s.

Te przebiegi lokalizacyjne są wykorzystywane do zlokalizowania obszaru OFC aktywowanego przez lęk przed kontaminacją. Po sesji obrazowania w pierwszym dniu badani spotykają się z psychologiem klinicznym specjalizującym się w zaburzeniach lękowych w celu opracowania strategii reappraisal (ponownej oceny poznawczej). Celem tej sesji jest opracowanie zindywidualizowanej strategii poznawczej dla badanego, która zapewni mu wstępną kontrolę nad aktywnością w korze oczodołowo-czołowej.

Strategie te, służące zwiększaniu lub zmniejszaniu aktywności OFC, mają na celu jedynie zapewnienie początkowej, ograniczonej zdolności do kontrolowania OFC. Podczas sesji biofeedbacku badani będą mieli możliwość eksperymentowania z własnymi strategiami poznawczymi i otrzymywania bezpośredniej informacji zwrotnej, co pozwoli im na stopniowe zwiększanie kontroli nad OFC. Następnie dane zebrane podczas lokalizatora w pierwszym dniu są analizowane przed sesją w drugim dniu.

Wynikowa mapa zespołu wskazuje, które obszary mózgu były bardziej aktywne, gdy badany oglądał obrazy związane z zanieczyszczeniem niż podczas oglądania obrazów neutralnych. Wybierane jest 30 pikseli o najwyższej wartości na tej mapie TM, zlokalizowanych w obrębie OFC lub przyległym obszarze polarnym płata czołowego, aby reprezentowały docelowy obszar OFC dla danego badanego w nadchodzących skanach biofeedbacku. Obszar ten jest następnie przekształcany z przestrzeni funkcjonalnej do przestrzeni anatomicznej za pomocą sztywnej rejestracji z interpolacją najbliższego sąsiada.

Zdefiniowano również obszar kontrolny obejmujący całą istotę białą mózgu, który został przeniesiony do tej samej przestrzeni z mózgu MNI. Te dwa obszary zostaną wykorzystane przez program do analizy w czasie rzeczywistym podczas sesji biofeedbacku w drugim dniu. W drugim dniu eksperymentu badani biorą najpierw udział w sesji oceny poza magnesem.

Przed każdą sesją oceny badani otrzymują ustną instrukcję, aby starać się zminimalizować lęk podczas oglądania nadchodzących obrazów związanych z kontaminacją. Następnie, zgodnie ze szczegółowymi instrukcjami wyświetlanymi na ekranie, są oni proszeni o zgłoszenie poziomu lęku związanego z kontaminacją, który odczuwają w reakcji na obrazy. Równocześnie monitorowana jest reakcja skórno-galwaniczna.

Następnie badani uczestniczą w 1,5-godzinnej sesji biofeedbacku fMRI w czasie rzeczywistym. Sesja rozpoczyna się od zgromadzenia osiowych obrazów anatomicznych w tych samych lokalizacjach przekrojów, co w przypadku danych funkcjonalnych. Następnie przeprowadza się skan referencyjny funkcjonalny.

Dwa obszary zainteresowania są przekształcane do przestrzeni funkcjonalnej bieżącej sesji poprzez konkatenację dwóch sztywnych rejestracji. Pierwsza rejestracja przenosi obszary z przestrzeni anatomicznej pierwszego dnia do przestrzeni anatomicznej drugiego dnia. Druga rejestracja przenosi obszary z przestrzeni anatomicznej drugiego dnia do przestrzeni funkcjonalnego skanu referencyjnego drugiego dnia.

Podczas rejestracji obszarów zbierane są dwa przebiegi funkcjonalne, określane jako przebiegi zadania kontrolnego. Przebiegi te nie obejmują biofeedbacku, lecz służą do oceny zdolności badanych do kontrolowania aktywności w obrębie obszaru zainteresowania OFC podczas ekspozycji na obrazy związane z kontaminacją. Podczas przebywania w skanerze badani oglądają obrazy ze strzałką skierowaną w górę lub w dół w przypadku obrazów związanych z kontaminacją lub strzałką skierowaną do przodu w przypadku obrazów neutralnych.

Badani otrzymują polecenie próby zwiększenia aktywności w swojej OFC, gdy strzałka jest skierowana w górę, próby zmniejszenia aktywności w OFC, gdy strzałka skierowana jest w dół, oraz zwykłego rozluźnienia, gdy strzałka wskazuje w prawo. Strzałka i obraz zmieniają się co 26 sekund, naprzemiennie przechodząc przez trzy warunki po zakończeniu zadania kontrolnego oraz po zarejestrowaniu regionu docelowego i regionu kontrolnego w aktualnej przestrzeni funkcjonalnej. Przeprowadzanych jest sześć serii biofeedbacku lub serii pozorowanego biofeedbacku (sham), w zależności od badanego.

Próby biofeedbacku służą do trenowania badanych w kontrolowaniu aktywności w obszarze O-F-C-R-O-I. Są one podobne do prób w zadaniu kontrolnym, z tą różnicą, że badani otrzymują na dole ekranu informację zwrotną dotyczącą sukcesu w kontrolowaniu tego obszaru mózgu. Przedstawiony tutaj obraz biofeedbacku został przyspieszony, lecz poza tym dokładnie odzwierciedla to, co badany widział podczas biofeedbacku.

Próby pozorowanego biofeedbacku będą identyczne z próbami biofeedbacku, z tą różnicą, że badani będą widzieć przebieg czasowy aktywności w OFC z próby biofeedbacku innego badanego, dopasowanego pod względem wieku i płci, w stopniu odpowiadającym temu, w jakim badany poddawany biofeedbackowi był w stanie kontrolować aktywność w OFC. Badany w grupie pozorowanej będzie sprawiał wrażenie równie skutecznego podczas prób pozorowanych, co doprowadzi do podobnego odczucia sukcesu. Na koniec, dla każdego badanego zostaną przeprowadzone dwie dodatkowe próby zadania kontrolnego.

Następnie badani powinni powrócić w trzecim dniu na sesję skanowania identyczną z tą z drugiego dnia, jednak z wykorzystaniem osobnych dopasowanych zestawów bodźców; w czwartym dniu badani powinni wziąć udział w końcowej sesji oceny. Po zebraniu danych od wszystkich uczestników przeprowadzana jest ostatnia, godzinna sesja obrazowania MR, podczas której gromadzone są dane dotyczące funkcjonalnej łączności w stanie spoczynku. Można porównać osoby, które otrzymały rzeczywisty biofeedback, z osobami, które otrzymały biofeedback pozorowany (sham), aby ustalić, czy wypracowały one większą kontrolę nad docelowym obszarem oraz czy pozwoliło im to na silniejszą kontrolę nad lękiem przed zanieczyszczeniem.

Zmiany w lęku przed kontaminacją u osób poddanych biofeedbackowi są powiązane ze zmianami w kontroli nad wybranym obszarem oraz ze zmianami w schematach łączności funkcjonalnej. Tutaj widzimy zrzut ekranu z wyświetlacza wizualnego z jednej z końcowych sesji biofeedbacku u osoby, której udało się uzyskać kontrolę nad OFC. Sesja kończy się warunkiem neutralnym, dlatego strzałka jest biała i skierowana do przodu.

U tego badanego zaobserwowano również większą kontrolę nad lękiem przed zanieczyszczeniem, o czym świadczyły niższe oceny poziomu lęku podczas sesji oceny po interwencji, a także większą kontrolę nad korą oczodołowo-czołową podczas prób w zadaniu kontrolnym. Metoda ta ma ogromny potencjał w psychiatrii, zarówno jako metoda leczenia klinicznego, jak i narzędzie badawcze służące do analizy substratów neuronalnych leżących u podstaw objawów klinicznych.