Neurofeedback utilizando TMS como herramienta de evaluación

NeuroFeedback se puede describir como una forma de biorretroalimentación que se basa en registros de la actividad cerebral reflejada por técnicas de imagen como fMRI en tiempo real (Johnston et al., 2010), pero principalmente mediante registros de EEG del cuero cabelludo (Angelakis et al., 2007). Este método se basa en el paradigma del aprendizaje clásico y operante y se ha aplicado durante los últimos 40 años como método terapéutico a una variedad de condiciones clínicas como la epilepsia, el trastorno por déficit de atención con hiperactividad y el síndrome de enclaustramiento (Kübler et al., 2009; Vernon, Frick y Gruzelier, 2004), y para optimizar el rendimiento en sujetos sanos (Egner y Gruzelier, 2003). Los participantes pueden experimentar su actividad cerebral en tiempo real en forma de estímulos visuales o auditivos animados (la retroalimentación) que varían con una propiedad específica de la actividad registrada. Al ser reforzados para la consecución de objetivos, los participantes aprenden a modular voluntariamente su actividad cerebral. La retroalimentación representa continuamente la actividad cerebral con un retraso mínimo, que en los equipos modernos es del orden de unas pocas decenas de milisegundos.

sLORETA es una solución de proximidad inversa lineal, discreta, instantánea y de volumen completo generalizada para mediciones electromagnéticas cerebrales (Pascual-Marqui, Esslen, Kochi y Lehmann, 2002; Pascual-Marqui, 2002). Mientras que EEG es una medida de las variaciones de potencial eléctrico en una superficie bidimensional, sLORETA estima la densidad de corriente en un espacio tridimensional que da como resultado la divergencia potencial en el cuero cabelludo.

La biorretroalimentación dirigida por tomografía EEG correlaciona la señal fisiológica con una señal de retroalimentación continua; sin embargo, la señal fisiológica se define como la densidad de corriente en una región de interés (ROI) específica calculada mediante el algoritmo sLORETA. Esto permite que la señal de retroalimentación continua se convierta en una función de la densidad de corriente intracraneal y covaríe con ella.

En el primer estudio de neuro-retroalimentación de LORETA diseñado para evaluar la posibilidad de usar este protocolo en sujetos sanos, Condego (2004) et al registraron la densidad de corriente de la corteza cingulada anterior (ACC) de sus sujetos y la retroalimentaron al sujeto como el tamaño de un disco presentado en una pantalla de computadora. El tamaño más grande de un disco representaba una mayor densidad de corriente registrada desde el ACC del sujeto. Se instruyó a los sujetos para que hicieran el tamaño del círculo lo más grande posible, por lo tanto, reforzado para una mayor actividad de ACC. Los resultados de este estudio respaldaron el efecto del protocolo de neurorretroalimentación LORETA en el desempeño del sujeto en una tarea de atención sostenida.

Esto respalda el efecto de 'LORETA neurofeedback' sobre el rendimiento cognitivo, aunque todavía no hay pruebas directas del efecto de LORETA neurofeedback sobre la excitabilidad del propio tejido neural. Una de esas pruebas directas se puede lograr mediante la medición de TMS de pulso único de la plasticidad de la corteza motora.

Ros et al (2010) demostraron el efecto del protocolo de neurofeedback unipolar sobre la excitabilidad de la corteza motora. En su estudio, el electrodo de registro se colocó en C3 (sistema 10-20) por encima de la corteza motora y los sujetos participaron en un protocolo de neurorretroalimentación. La plasticidad de la corteza motora se midió en ambos hemisferios antes y después del tren. Los resultados indicaron una mayor plasticidad debajo del electrodo de entrenamiento en comparación con antes del entrenamiento y en comparación con la ubicación del homólogo en el hemisferio opuesto.

objetivo del estudio

En este estudio investigaremos el efecto específico del entrenamiento M1 usando neurofeedback sLORETA sobre la excitabilidad de la corteza motora en ambos hemisferios antes y después del entrenamiento, en comparación con el efecto del entrenamiento del giro parietal superior (SPG).

Diseño Un diseño mixto de doble ciego con control activo. El efecto diferencial del protocolo se investigará tanto antes como después de la aplicación. Además, se realizará una Comparación entre el hemisferio entrenado y el hemisferio no entrenado.

Análisis estadístico Representado en la figura 1, nuestro diseño se analizará como un 2 × 2 × 2, con el objetivo para el tren (M1, SPG) como uno entre el factor del sujeto y más, lado de la evaluación de la excitabilidad motora (Izquierda / Derecha) y antes/ después del entrenamiento NBF como dos factores dentro del sujeto. Se calculará ANOVA para el efecto de interacción triple.

Método Protocolo Los participantes serán asignados al azar al grupo de tratamiento activo rM1 (corteza motora primaria derecha) o al grupo de tratamiento activo rSPG (circunvolución parietal superior derecha) (ver figura 1). El experimentador programará el protocolo de entrenamiento para cada sujeto por separado. El terapeuta de neurofeedback seleccionará el protocolo por su número de sujeto asociado. Por lo tanto, tanto el participante como el terapeuta estarán ciegos a la condición experimental.

Antes de la primera sesión, se explicarán a los participantes los principios subyacentes de la biorretroalimentación EEG y se les pedirá amablemente que firmen la versión de consentimiento informado que se puede encontrar en el formulario de solicitud del comité de ética.

Todas las grabaciones y sesiones se llevarán a cabo en una habitación con luz tenue y atenuación del sonido en el Centro Psiquiátrico Beer-Sheva. La iluminación y la temperatura se mantendrán constantes durante la duración del experimento. Se invitará a los participantes al laboratorio para una sesión para completar todo el protocolo de investigación.

La línea de tiempo de la sesión se muestra en la figura 2. Inicialmente, antes del entrenamiento con neurorretroalimentación (T0), los sujetos completarán la tarea de MRT (Shepard y Metzler, 1971). A partir de entonces, evaluaremos la excitabilidad de la corteza motora (MEP) de ambos hemisferios utilizando TMS de pulso único. paradigma (descrito a continuación). Después de MEP, se registrarán las líneas de base de EEG de tres minutos con los ojos abiertos y tres minutos con los ojos cerrados. A continuación, el sujeto participará en un protocolo de sLORETA-neurofeedback (descrito a continuación). Inmediatamente (T1) después de la sesión de neurofeedback, repetiremos las evaluaciones realizadas en T0 según la línea de tiempo invertida.

Los registros EEG de adquisición de datos electrofisiológicos se realizarán tanto al inicio como al final del protocolo de investigación. Colocaremos un sombrero de EEG de 19 electrodos en la escultura de los participantes conectado a un amplificador de EEG. Todos los equipos y materiales que se utilizarán están aprobados para uso clínico y de investigación y se utilizan de forma rutinaria en el hospital en protocolos de tratamientos variables y, por lo tanto, pueden considerarse seguros.

Se preparará a los participantes para el registro de EEG usando una medida de la distancia entre el nasion y el inion para determinar el tamaño de gorra apropiado para el registro (Electrocap, Inc; Blom & Anneveldt, 1982). La cabeza se medirá y marcará antes de cada sesión para mantener la consistencia. Las orejas y la frente se limpiarán para grabar con un gel abrasivo suave para eliminar la grasa y la suciedad de la piel. Después de colocar las tapas, cada sitio de electrodo se inyectará con electrogel y se preparará para que las impedancias entre los electrodos individuales y cada oído sean inferiores a 5 KΩ. La capacitación se llevará a cabo utilizando el sistema internacional 10/20 estándar de 19 derivaciones. El proceso de preparación no debe tomar más de 20 minutos y no causará angustia al participante.

TMS, evaluación de la plasticidad de la corteza motora Todas las mediciones se realizarán con un estimulador magnético monofásico Magstim 2000 (Magstim, Whitland, Reino Unido).

Evaluaremos los parámetros TMS de ambos hemisferios, primero el hemisferio derecho (entrenado) y luego el izquierdo (no entrenado), para investigar los efectos hemisféricos de NFB.

La intensidad del umbral motor en reposo (RMT) se definirá como la intensidad de salida del estimulador más baja capaz de inducir MEP de al menos 50 µV de amplitud pico a pico en el músculo FDI en al menos la mitad de 10 ensayos.

El umbral motor activo se definirá como la intensidad necesaria para provocar un MEP de aproximadamente 200 µV durante una contracción voluntaria máxima del 5-10%.

El CSE se cuantificará por la amplitud del MEP provocado por un solo pulso TMS de prueba. La intensidad del pulso de prueba se establecerá para producir una amplitud MEP promedio de 1 mV en la línea de base (T0) y se mantendrá constante durante todo el experimento.

Protocolos de biorretroalimentación EEG

Parámetros:

Amplificador de registro: Mitsar-EEG 201© Posicionamiento de electrodos: posicionamiento de 19 electrodos de acuerdo con el sistema estándar 10/20 utilizando un gorro EEG con electrodos de gel que se utilizan de forma rutinaria en el hospital para la evaluación de EEG y la terapia de biorretroalimentación de EEG.

ROI: M1 derecha (coordenadas de Talairach fijas: 34,-18, 35) SPG derecha (coordenadas de Talairach fijas: 24, -55, 50) Objetivos de frecuencia: elevando la frecuencia de alta alfa, el umbral se establecerá para cada sujeto individualmente al primero cuartil de distribución de densidad de corriente hi-alfa durante los primeros 120 segundos de la sesión de entrenamiento.

Estímulos visuales: Una película emocionalmente neutra (escenas de naturaleza). Método de refuerzo: la densidad de fuente actual en el ROI se covariará con la calidad de la imagen por medio de ruido visual blanco que se agregará a la imagen. A medida que el participante se acerque al umbral predefinido (ver arriba), la visión se volverá más clara. De acuerdo con la hipótesis del neurofeedback, una imagen más clara en una presentación de video reforzará el último cambio en la actividad cerebral en la región entrenada.

Todos los procedimientos se consideran seguros y son estándar y se usan de forma rutinaria para el tratamiento y la investigación con síntomas de efectos secundarios mínimos informados durante los últimos 40 años de aplicación de este método terapéutico.