Neurofeedback Utilizzo della TMS come strumento di valutazione

Il NeuroFeedback può essere descritto come una forma di Biofeedback che si basa su registrazioni dell'attività cerebrale riflesse da tecniche di imaging come fMRI in tempo reale (Johnston et al., 2010) ma che utilizzano principalmente registrazioni EEG del cuoio capelluto (Angelakis et al., 2007). Questo metodo si basa sul paradigma di apprendimento classico e operante ed è stato applicato negli ultimi 40 anni come metodo terapeutico a una serie di condizioni cliniche come l'epilessia, il disturbo da deficit di attenzione e iperattività e la sindrome locked-in (Kübler et al., 2009; Vernon, Frick, & Gruzelier, 2004) e per ottimizzare le prestazioni in soggetti sani (Egner & Gruzelier, 2003). I partecipanti possono sperimentare la loro attività cerebrale in tempo reale sotto forma di stimoli visivi o uditivi animati (il feedback) che variano in base a una proprietà specifica dell'attività registrata. Essendo rinforzati per ottenere obiettivi, i partecipanti imparano a modulare volontariamente la loro attività cerebrale. Il feedback rappresenta continuamente l'attività cerebrale con un ritardo minimo, che nelle apparecchiature moderne è dell'ordine di poche decine di millisecondi.

sLORETA è una soluzione di prossimità inversa lineare, discreta, istantanea, a volume pieno diffusa per le misurazioni elettromagnetiche cerebrali (Pascual-Marqui, Esslen, Kochi e Lehmann, 2002; Pascual-Marqui, 2002). Mentre l'EEG è una misura delle variazioni di potenziale elettrico su una superficie bidimensionale, sLORETA stima la densità di corrente in uno spazio tridimensionale che si traduce nella potenziale divergenza sul cuoio capelluto.

Il bio-feedback diretto dalla tomografia EEG correla il segnale fisiologico con un segnale di feedback continuo; tuttavia, il segnale fisiologico è definito come la densità di corrente in una specifica regione di interesse (ROI) calcolata mediante l'algoritmo sLORETA. Ciò consente al segnale di feedback continuo di diventare una funzione della densità di corrente intracranica e di covariare con essa.

Nel primo studio di neuro-feedback LORETA progettato per valutare la possibilità di utilizzare questo protocollo su soggetti sani, Condego (2004) et al hanno registrato la densità di corrente dalla corteccia cingolata anteriore (ACC) dei loro soggetti e l'hanno inviata al soggetto come dimensione di un disco presentato sullo schermo di un computer. Le dimensioni maggiori di un disco rappresentavano una maggiore densità di corrente registrata dall'ACC del soggetto. I soggetti sono stati istruiti a rendere la dimensione del cerchio il più grande possibile, quindi rinforzata per una maggiore attività ACC. I risultati di questo studio hanno supportato l'effetto del protocollo di neuro-feedback LORETA sulle prestazioni del soggetto in un compito di attenzione sostenuta.

Ciò supporta l'effetto del "neurofeedback LORETA" sulle prestazioni cognitive, ma non ci sono ancora prove dirette dell'effetto del neurofeedback LORETA sull'eccitabilità del tessuto neurale stesso. Una di queste prove dirette può essere ottenuta mediante la misurazione TMS a singolo impulso della plasticità della corteccia motoria.

Ros et al (2010) hanno dimostrato l'effetto del protocollo di neurofeedback unipolare sull'exitability della corteccia motoria. Nel loro studio, l'elettrodo di registrazione era stato posizionato in C3 (sistema 10-20) sopra la corteccia motoria ei soggetti hanno partecipato a un protocollo di neurofeedback. La plasticità della corteccia motoria è stata misurata su entrambi gli emisferi prima e dopo il treno. I risultati hanno indicato una maggiore plasticità sotto l'elettrodo di allenamento rispetto a entrambi prima dell'allenamento e rispetto alla posizione omologa sull'emisfero opposto.

Obiettivo di studio

In questo studio indagheremo l'effetto specifico dell'allenamento M1 utilizzando il neurofeedback sLORETA sull'eccitabilità della corteccia motoria su entrambi gli emisferi prima e dopo l'allenamento, rispetto all'effetto dell'allenamento del giro parietale superiore (SPG).

Design Un doppio cieco attivo controllato, design misto. L'effetto del protocollo differenziale sarà studiato sia prima che dopo l'applicazione. Inoltre, si terrà il confronto tra l'emisfero allenato e l'emisfero non allenato.

Analisi statistica Raffigurato nella figura 1, il nostro progetto sarà analizzato come un 2×2×2, con l'obiettivo per il treno (M1, SPG) come uno tra il fattore soggetto e oltre, lato della valutazione dell'eccitabilità motoria (sinistra/destra) e prima/ dopo la formazione NBF come due all'interno di fattori soggetto. L'ANOVA sarà calcolata per l'effetto della tripla interazione.

Metodo Protocollo I partecipanti verranno assegnati in modo casuale al gruppo di trattamento attivo rM1 (corteccia motoria primaria destra) o al gruppo di trattamento attivo rSPG (giro parietale superiore destro) (vedere figura 1). Lo sperimentatore programmerà separatamente il protocollo di addestramento per ogni soggetto. Il terapista del neurofeedback selezionerà il protocollo in base al numero del soggetto associato. Pertanto il partecipante e il terapeuta saranno entrambi ciechi alla condizione sperimentale.

Prima della prima sessione, ai partecipanti verranno spiegati i principi alla base del bio-feedback EEG e verrà chiesto loro di firmare la versione del consenso informato che può essere trovata sul modulo di domanda del comitato etico.

Tutte le registrazioni e le sessioni saranno effettuate in una stanza con luce soffusa e acusticamente attenuata nel Centro Psichiatrico Beer-Sheva. L'illuminazione e la temperatura saranno mantenute costanti per tutta la durata dell'esperimento. I partecipanti saranno invitati al laboratorio per una sessione per il completamento di tutto il protocollo di ricerca.

La sequenza temporale della sessione rappresentata nella figura 2. Inizialmente, prima dell'allenamento del neurofeedback (T0), i soggetti completeranno l'attività MRT (Shepard & Metzler, 1971), successivamente testeremo l'eccitabilità della corteccia motoria (MEP) di entrambi gli emisferi utilizzando la TMS a impulso singolo paradigma (descritto di seguito). Dopo MEP, verranno registrate linee di base EEG di tre minuti ad occhi aperti e di tre minuti ad occhi chiusi. Successivamente, il soggetto parteciperà a un protocollo sLORETA-neurofeedback (descritto di seguito). Immediatamente (T1) dopo la sessione di neurofeedback, ripeteremo le valutazioni condotte a T0 secondo la sequenza temporale invertita.

Acquisizione dati elettrofisiologici Le registrazioni EEG avverranno sia all'inizio che alla fine del protocollo di ricerca. Metteremo un cappello EEG a 19 elettrodi sulla scultura dei partecipanti collegata a un amplificatore EEG. Tutte le attrezzature e i materiali che verranno utilizzati sono approvati per uso clinico e di ricerca e sono stati abitualmente utilizzati in ospedale in protocolli di trattamento variabili e pertanto possono essere considerati sicuri.

I partecipanti saranno preparati per la registrazione EEG utilizzando una misura della distanza tra il nasion e l'inion per determinare la dimensione del cappuccio appropriata per la registrazione (Electrocap, Inc; Blom & Anneveldt, 1982). La testa verrà misurata e contrassegnata prima di ogni sessione per mantenere la coerenza. Le orecchie e la fronte verranno pulite per la registrazione con un gel abrasivo delicato per rimuovere l'olio e lo sporco dalla pelle. Dopo aver applicato i cappucci, ogni sito dell'elettrodo verrà iniettato con elettrogel e preparato in modo che le impedenze tra i singoli elettrodi e ciascun orecchio siano inferiori a 5 KΩ. La formazione sarà condotta utilizzando il sistema internazionale standard 10/20 a 19 derivazioni. Il processo di preparazione non dovrebbe richiedere più di 20 minuti e non causerà disagio al partecipante.

TMS, valutazione della plasticità della corteccia motoria Tutte le misure saranno effettuate con lo stimolatore magnetico monofasico Magstim 2000 (Magstim, Whitland, UK).

Valuteremo i parametri TMS di entrambi gli emisferi, prima destro (addestrato) e poi sinistro (non addestrato), per studiare gli effetti emisferici dell'NFB.

L'intensità della soglia motoria a riposo (RMT) sarà definita come l'intensità di uscita dello stimolatore più bassa in grado di indurre MEP di almeno 50 µV di ampiezza picco-picco nel muscolo FDI in almeno la metà di 10 prove.

La soglia motoria attiva sarà definita come l'intensità necessaria per evocare un MEP di circa 200 µV durante una contrazione volontaria massima del 5-10%.

Il CSE sarà quantificato dall'ampiezza del MEP suscitato da un singolo impulso TMS di prova. L'intensità dell'impulso di test sarà impostata per fornire un'ampiezza media del MEP di 1 mV al basale (T0) e sarà mantenuta costante per tutto l'esperimento.

Protocolli di biofeedback EEG

Parametri:

Amplificatore di registrazione: Mitsar-EEG 201© Posizionamento degli elettrodi: posizionamento di 19 elettrodi secondo il sistema standard 10/20 utilizzando un cappuccio EEG con elettrodi in gel abitualmente utilizzati in ospedale per la valutazione EEG e la terapia EEG-biofeedback.

ROI: destra M1 (coordinate fisse di Talairach: 34,-18, 35) destra SPG (coordinate fisse di Talairach: 24, -55, 50) Obiettivi di frequenza: aumento della frequenza hi-alpha, la soglia verrà impostata individualmente per ogni soggetto al primo quartile della distribuzione della densità di corrente hi-alpha nei primi 120 secondi della sessione di allenamento.

Stimoli visivi: un film emotivamente neutro (scene della natura). Metodo di rinforzo: l'attuale densità della sorgente nella ROI sarà covariata con la qualità dell'immagine mediante rumore visivo bianco che verrà aggiunto all'immagine. Man mano che il partecipante si avvicinerà alla soglia predefinita (vedi sopra), la visione diventerà più chiara. Secondo l'ipotesi del neurofeedback, un'immagine più chiara in una presentazione video rafforzerà l'ultimo cambiamento nell'attività cerebrale nella regione allenata.

Tutte le procedure sono considerate sicure e sono standard e utilizzate di routine per il trattamento e la ricerca con sintomi di effetti collaterali minimi riportati negli ultimi 40 anni di applicazione di questo metodo terapeutico.