Uzavřená smyčka neurofeedbacku zaměřená na pravý dorzolaterální prefrontální kortex pro modulaci srdeční autonomie u ischemické choroby srdeční s úzkostí (HEART-SET-1)

Tato studie je randomizovaná, kontrolovaná placebem, paralelní skupinová neurofeedbacková studie navržená k testování, zda může funkční near-infrared spektroskopie - brain-computer interface (fNIRS-BCI) v reálném čase zaměřená na pravou dorzolaterální prefrontální kůru (pravá DLPFC) pomocí aktivní volní kontroly během pomalovlnného akustického auditivního paradigmatu potlačit sympatickou srdeční aktivitu a zlepšit autonomní regulaci u praváků se stabilní ischemickou chorobou srdeční a komorbidní úzkostí dle DSM-5. Kritéria způsobilosti, měřící ukazatele výsledků, ramena a intervence a statistická analýza jsou specifikovány v příslušných polích tohoto záznamu, aby se předešlo duplicitě.

Účastníci dokončí screening a třídenní adaptační fázi, následovanou dvěma formálními experimentálními sezeními ve dnech po sobě jdoucích. Ve dnech testování není poskytováno žádné verbální vedení. Během každého formálního sezení účastníci procházejí 15 blokovými cykly po 60 sekundách, zahrnujícími 20 sekund odpočinku a 40 sekund auditivní stimulace. Auditivní stimul je 1 Hz amplitudově modulovaný čistý tón o přibližně 60 dB. V rámci 40sekundového okna je náhodně vložen 10sekundový výbuch bílého šumu při vyhnutí se prvním a posledním 2 sekundám; časy začátku jsou vybírány bez náhrady z diskrétní množiny, aby se minimalizovala předvídatelnost a sekvenční efekty a prozkoumal se odpor vůči rušení.

Neurofeedback cílí na pravou DLPFC. Statistické hodnoty kortikální aktivace v reálném čase jsou mapovány na vizuální energetickou lištu, která slouží jako zpětnovazebný signál. Účastníci používají aktivní volní strategie, aby během stimulace posunuli energetickou lištu pod neoznačenou prahovou čáru. Ve skupině se skutečnou zpětnou vazbou je statistický práh nastaven na T = -3,3, což vytváří citlivé, kontingentní mapování mezi aktivitou pravé DLPFC a energetickou lištou. Ve skupině s falešnou zpětnou vazbou je práh nastaven na T = -1, čímž se oslabuje efektivní spojení mezi neuronálním stavem a zpětnou vazbou na obrazovce, zatímco rozhraní zůstává identické. Pouze operátor sezení zná přiřazení do skupiny; hodnotitelé výsledků a analytici dat jsou zaslepeni.

Signály jsou získávány synchronně. fNIRS používá systém NirSmart se 7 zdroji a 7 detektory tvořícími 19 kanálů, dvojí vlnové délky 730 nm a 850 nm, vzdálenost zdroj-detektor 3 cm a vzorkovací frekvenci 11 Hz s lavinovými fotodiodovými detektory. Optody jsou umístěny nad bilaterální prefrontální kůrou pomocí systému 10-20 s FPz jako centrálním referenčním bodem. Kanály jsou koregistrovány do MNI prostoru, s pravou DLPFC (Brodmannova oblast 46) předem určenou jako oblast zájmu; kanály 11 a 13 reprezentují pravou DLPFC pro zpětnou vazbu a kanály 17 a 18 reprezentují levou DLPFC pro referenci. EKG je zaznamenáváno pomocí 3svodové konfigurace při 1 000 Hz.

Online zpracování a zpětná vazba jsou implementovány pomocí pipeline NeuroMind-NIRS. MATLAB timer poskytuje pevný kadenční rytmus aktualizací. Streamová architektura je rozvrstvena na datové, vizualizační, řídicí a perzistenční kanály. K fNIRS signálům je aplikován klouzavě-oknový obecný lineární model s dolní propustí, lineárním odstraněním trendu a normalizací v rámci okna. Používá se boxcar task regresor konvolovaný s kanonickou hemodynamickou odpovědní funkcí; statistický výstup na konci každého okna aktualizuje energetickou lištu a prahové rozhodnutí. Statistická inference je upřednostňována před vykreslováním v rámci pevného rozpočtu reálného času pro udržení stabilního kadenčního rytmu zpětné vazby. Výpočetní čas na snímek, doba vykreslení, celková doba pipeline, latence a míra ztracených snímků jsou zaznamenávány. Akustický stimul není spouštěn nebo řízen statistickým výstupem.

Offline předzpracování fNIRS je prováděno v MATLABu pomocí toolboxu Homer2. Kroky zahrnují převod na optickou hustotu, detekci pohybových artefaktů podle kanálu, korekci spline interpolací, pásmovou propust filtrování při 0,01 až 0,08 Hz a výpočet koncentrace oxyhemoglobinu pomocí modifikovaného Beer-Lambertova zákona. Analýzy se zaměřují na HbO kvůli jeho vyššímu poměru signál-šum. Pro aktivační analýzu normalizované časové řady HbO z DLPFC kanálů vstupují do obecného lineárního modelu s task regresorem založeným na konvolované kanonické hemodynamické odpovědní funkci a jejích derivátech; předzpracované kovariáty odvozené z EKG jsou zahrnuty pro zohlednění nízkofrekvenčních fyziologických oscilací. Odhadované hodnoty task β na úrovni subjektu jsou přeneseny do lineárních modelů smíšených efektů na skupinové úrovni.

Zpracování EKG zahrnuje detekci R-vrcholů algoritmem Pan-Tompkins, korekci chybných detekcí, konstrukci řad RR intervalů, odstranění ektopických tepů pomocí robustních filtrů a převzorkování podle potřeby pro zarovnání s fNIRS. Srdeční frekvence a variabilita srdeční frekvence jsou vypočítávány v oknech zarovnaných na bloky s bazální korekcí pomocí pre-stimulačního intervalu. Pro spektrální analýzu jsou aplikovány časově-frekvenční metody ke kvantifikaci výkonu kolem 0,0167 Hz, což odpovídá 60sekundovému blokovému rytmu v rámci velmi nízkofrekvenčního pásma.

Bezpečnost je kontinuálně monitorována od začátku adaptace do konce Sezení 2. Očekávané nežádoucí účinky související se sympatickou attenuací zahrnují mírnou závrať nebo ospalost, přechodnou bradykardii nebo hypotenzi související s nepohodlím, bolest hlavy a nevolnost. Standardní operační postupy specifikují pozastavení nebo ukončení sezení a zahájení klinického hodnocení podle potřeby; závažné nežádoucí účinky spouští okamžité ukončení a následné sledování. Kontrola kvality zahrnuje neplánované dohledové kontroly, standardizované školení operátorů, kontrolované kritické kroky, záznamy v reálném čase, anonymizované zacházení s daty, vrstvenou řídicí přístup a auditovatelné přenosové záznamy. Anonymizovaná individuální data a analytické skripty budou v souladu s politikami používání dat a etiky sdíleny na uznávaném repozitáři při publikaci.