Neurofeedback i klinisk høyrisiko

Identifisering av hjerneabnormiteter hos pasienter med schizofreni i første episode (SZ) har gitt bevis for at sykdomsrelaterte abnormiteter utvikler seg før psykose og har bidratt til å flytte oppmerksomheten til identifisering av en prepsykotisk, klinisk høyrisiko (CHR) for psykoseprodromal periode 11,12 En nylig Meta-analyse viste at CHR-individer har en forhøyet risiko for å utvikle psykose på 11 % etter 6 måneder, 15 % etter 12 måneder, 20 % etter 24 måneder og 23 % etter 36 måneder8. Videre viser vårt arbeid og andre at CHR-individer viser underskudd i både hjernefunksjon og kognisjon som ligner de i SZ 1,8. Disse inkluderer standard modus nettverk (DMN) hyper-tilkobling, (mellom medial prefrontal cortex (MPFC) og posterior cingulate cortex (PCC)) og redusert MPFC-dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC: del av et sentralt ledernettverk (CEN)) antirelasjon i CHR, i likhet med funn rapportert i SZ. Disse resultatene peker ikke bare på en måte som unormal hjernefunksjon bidrar til utvikling av SZ, men motiverer også søket etter tilnærminger for å endre sykdomsbanen. I R61-delen av den nåværende søknaden vil vi derfor undersøke effekten av forsterket mindfulness-meditasjon, sanntids-fMRI-neurofeedback (rt-NFB) for å redusere DMN-hypertilkobling og øke MPFC-DLPFC-antikorrelasjoner, post-NFB, i likhet med det vi observerte i kronisk SZ, og vurdere glutamat (Glu) og gammaaminosmørsyre (GABA) nivåer i MPFC, PCC og DLPFC. I R33 vil vi teste rt-NFB-effekten i et større utvalg, undersøke sammenhengen mellom rt-NFB-medierte nevrale nettverksendringer og atferdsmål (reduksjoner i symptomer og forbedring av arbeidsminne (WM)/oppmerksomhetsfunksjon). Vi vil også undersøke cellenivåendringer via magnetisk resonansspektroskopi (MRS) målinger av Glu og GABA for å komme frem til en mer omfattende forståelse av hvilke cellulære fenomener som ligger til grunn for rt-NFB. Denne applikasjonen bygger på tre beviskilder: 1. Fogarty-bevilgning (PI: Stone, co-PI: Niznikiewicz, Whitfield-Gabrieli) som viser MPFC-PCC hyperkobling og dens korrelasjoner med SIPS-score i CHR (se foreløpige data (PD)); 2. R21-resultater (PI: Niznikiewicz) som viser at rt-NFB kan redusere BOLD-aktivering i superior temporal gyrus (STG) 13, og hyperkobling i DMN 14 i SZ, som igjen var assosiert med en reduksjon i auditive hallusinasjoner (AH) ; og 3. R61/33 (mPI: Niznikiewicz, Whitfield-Gabrieli) ) som bekreftet at rt-NFB kan modulere DMN-tilkobling og STG-aktivering i SZ med AH. Basert på vår PD og den eksisterende litteraturen, i R61, foreslår vi at: 1) rt-NFB rettet mot DMN vil føre til MPFC-PCC-hyper-tilkoblingsreduksjoner og en økning i MPFC-DLPFC-antikorrelasjoner. For R33 foreslår vi 1). bekrefte disse funnene i et større uavhengig utvalg 2) viser at forbedringer i MPFCPCC-hyper-tilkobling og MPFC-DLPFC-antikorrelasjoner vil føre til forbedringer i henholdsvis kliniske symptomer og kognisjon; og 3) endringer i hviletilstand (rs)-tilkobling vil være relatert til endringer i Glu- og GABA-nivåer, post-rt-NFB, som vurderes av samlokaliserte cellulære og tilkoblingsendringer pre- vs post-rt-NFB.

R61 FASE: Oversikt: Vi vil demonstrere hjernemålengasjement, dvs. MPFC-PCC rsconnectivity reduksjon. Vi vil teste 40 CHR randomisert til 1) én økt med rt-NFB rettet mot DMN (real-rt-NFB; N=20) 2) sham-rt-NFB (N=20) (rt-NFB avledet fra den motoriske cortex aktivering). Vi vil teste 20 HC som en sammenligningsgruppe for benchmark. MFC-PCC rs-tilkoblingsreduksjonen i den virkelige rt-NFB-gruppen etter rt-NFB, vil være R61 GO-kriteriet. Vi vil også samle inn MRS-data fra MPFC, PCC og DLPFC.

Mål 1: Hjernemålengasjement ved hjelp av rt-NFB. Basert på PD spår vi DMN rs-tilkoblingsreduksjon i den virkelige rt-NFB-gruppen som mottar rt-NFB fra DMN-CEN, men ikke i den falske rt-NFB-gruppen. (R61 GO-kriterier).

Mål 2: Mål Glu og GABA (utforskende) i MPFC, PCC og DLPFC voxels of interest (VOI). R33 FASE: Oversikt: I CHR vil vi bruke en randomisert studie, med delvis cross-over design: CHR vil bli randomisert til ekte rt-NFB (N=30), eller én sham rt-NFB (N=30) økt, etterfulgt av ekte rt-NFB-økt.; 30 HC-er vil bli skannet én gang. MRS i de to VOI-ene vil bli registrert før og etter hver rt-NFB-økt (enten ekte eller sham). Vi vil replikere R61-funnene og relatere dem til kliniske og kognitive data. R33 GO-kriteriene (for fremtidige studier): replikerende R61-resultater, signifikante kliniske symptomreduksjoner relatert til MPFC-PCC-tilkoblingsreduksjon og kognitiv forbedring relatert til MPFC-DLPFC-antikorrelasjoner øker, post-rt-NFB.

Mål 1: Repliker R61 Mål 1: Vi spår at DMN-rettet rt-NFB vil resultere i MPFC-PCC rs-tilkoblingsreduksjon, og MPFC-DLPFC økt anti-korrelasjon kun i den virkelige rt-NFB-gruppen.

Mål 2: Demonstrere sammenheng mellom DMN rs-tilkobling og kliniske endringer og MPFC-DLPFC antirelasjoner og kognitive endringer, post-rtfMRI. Vi spår: assosiasjoner mellom 1) reduksjoner av MPFC-PCC-tilkobling og reduksjoner av SIPS-score, og 2) MPFC-DLPFC-antikorrelasjoner øker og WM/oppmerksomhetsforbedringer kun i den virkelige rt-NFB-gruppen (se PD).

Mål 3: Samlokalisering av MRS- og fMRI-data: Mål Glu og GABA i to utvalgte, individuelt definerte VOI-er (basert på rs-data) før og etter rt-NFB i CHR og HC ved baseline.

Mål 4: (utforskende) Korreler Glu/GABA (se mål 3 for VOIs definisjoner) med rs-connectivity og kliniske og kognitive data, post-rt-NFB. Basert på vår PD, spår vi 1) positive assosiasjoner mellom MPFC GABA-nivåer og MPFC-DLPFC anti-korrelasjoner, og WM/oppmerksomhetsforbedringer. 2) Glu/GABA-forhold assosiasjoner med MPFC-PCC-tilkoblingsreduksjoner, og SIPS-scorereduksjoner.