Neurofeedback med hjälp av TMS som ett utvärderingsverktyg

NeuroFeedback kan beskrivas som en form av Biofeedback som är baserad på inspelningar av hjärnaktivitet som återspeglas av bildtekniker såsom fMRI i realtid (Johnston et al, 2010) men främst med användning av EEG-inspelningar i hårbotten (Angelakis et al., 2007). Denna metod baserad på klassiskt och operant inlärningsparadigm och har använts under de senaste 40 åren som en terapeutisk metod för en rad kliniska tillstånd som epilepsi, uppmärksamhetsstörning och hyperaktivitetsstörning och det låsta syndromet (Kübler et al., 2009; Vernon, Frick och Gruzelier, 2004), och för att optimera prestanda hos friska försökspersoner (Egner & Gruzelier, 2003). Deltagarna kan uppleva sin hjärnaktivitet i realtid i form av animerade visuella eller auditiva stimuli (återkopplingen) samvarierar med en specifik egenskap hos den registrerade aktiviteten. Genom att förstärkas för att uppnå mål lär sig deltagarna att frivilligt modulera sin hjärnaktivitet. Återkopplingen representerar kontinuerligt hjärnaktivitet med en minimal fördröjning, som i modern utrustning är i storleksordningen några tiotals millisekunder.

sLORETA är en utbredd linjär, diskret, momentan, fullvolym omvänd lösningsnärhet för elektromagnetiska mätningar i hjärnan (Pascual-Marqui, Esslen, Kochi, & Lehmann, 2002; Pascual-Marqui, 2002). Medan EEG är ett mått på elektriska potentialvariationer på en tvådimensionell yta, uppskattar sLORETA strömtätheten i ett tredimensionellt utrymme som resulterar i den potentiella divergensen i hårbotten.

EEG Tomografi riktad bio-feedback korrelerar den fysiologiska signalen med en kontinuerlig återkopplingssignal; den fysiologiska signalen definieras dock som strömtätheten i en specificerad region av intresse (ROI) beräknad med hjälp av sLORETA-algoritmen. Detta tillåter den kontinuerliga återkopplingssignalen att bli en funktion av den intrakraniella strömtätheten och att samvariera med den.

I den första LORETA neurofeedback-studien utformad för att bedöma möjligheten att använda detta protokoll på friska försökspersoner, registrerade Condego (2004) et al strömtäthet från sina försökspersoners främre cingulate cortex (ACC) och återkopplade den till försökspersonen som storleken av en disk som visas på en datorskärm. Större storlek på en skiva representerade högre strömtäthet inspelad från motivets ACC. Försökspersonerna instruerades att göra cirkelstorleken så större de kan, därför förstärkt för högre ACC-aktivitet. Resultaten av denna studie stödde effekten av LORETAs neurofeedback-protokoll på försökspersonens prestation på en ihållande uppmärksamhetsuppgift.

Detta stöder "LORETA neurofeedback"-effekten på kognitiv prestation men det finns fortfarande inga direkta bevis för effekten av LORETA neurofeedback på nervvävnadens excitabilitet. Ett sådant direkt bevis kan uppnås genom enkelpuls TMS-mätning av den motoriska cortex-plasticiteten.

Ros et al (2010) visade effekten av unipolärt neurofeedback-protokoll på exitabiliteten av den motoriska cortex. I sin studie hade inspelningselektroden placerats i C3 (10-20-system) ovanför den motoriska cortex och försökspersonerna deltog i ett neurofeedback-protokoll. Motorisk cortex-plasticitet mättes på båda hemisfärerna före och efter tåget. Resultaten indikerade högre plasticitet under träningselektroden jämfört med både före tåg och jämfört med homologplatsen på den motsatta halvklotet.

Studiemål

I denna studie kommer vi att undersöka den specifika effekten av M1-träning med sLORETA neurofeedback på excitabiliteten av den motoriska cortexen på båda hemisfärerna före och efter träning, jämfört med effekten av superior parietal gyrus (SPG) träning.

Design En dubbelgardin aktivt kontrollerad, blandad design. Effekten av differentialprotokollet kommer att undersökas både före och efter applicering. Dessutom kommer en jämförelse att göras mellan den tränade halvklotet och den otränade halvklotet.

Statistisk analys Avbildad i figur 1 kommer vår design att analyseras som en 2×2×2, med mål för tåg (M1, SPG) som ett mellan ämnesfaktor och vidare, sidan av motorisk excitabilitetsbedömning (vänster / höger) och före/ efter NBF-utbildning som två inom ämnesfaktorer. ANOVA kommer att beräknas för trippelinteraktionseffekten.

Metodprotokoll-deltagare kommer att slumpmässigt tilldelas antingen rM1 (höger primär motorisk cortex) aktiv behandlingsgrupp eller rSPG (höger överlägsen parietal gyrus) aktiv behandlingsgrupp (se figur 1). Försöksledaren kommer att programmera tågprotokoll för varje ämne separat. Neurofeedback-terapeuten kommer att välja protokollet efter dess associerade ämnesnummer. Därför kommer både deltagaren och terapeuten att vara blinda för det experimentella tillståndet.

Innan den första sessionen kommer de underliggande principerna för EEG-biofeedback att förklaras för deltagarna och de kommer att uppmanas att underteckna en version för informerat samtycke som finns på ansökningsformuläret för etikkommittén.

Alla inspelningar och sessioner kommer att utföras i ett bekvämt dämpat ljus, ljuddämpat rum i Beer-Sheva psykiatriska centrum. Belysning och temperatur kommer att hållas konstant under experimentets varaktighet. Deltagarna kommer att bjudas in till labbet för en session för slutförandet av alla forskningsprotokoll.

Tidslinjen för sessionen som avbildas i figur 2. Inledningsvis, innan neurofeedback-träning (T0) kommer försökspersonerna att slutföra MRT-uppgiften (Shepard & Metzler, 1971), därefter kommer vi att testa för båda hemisfärernas motorisk cortex-excitabilitet (MEP) med enkelpuls TMS paradigm (beskrivs nedan). Efter MEP kommer tre minuters ögonöppnade och tre minuter långa ögonslutna EEG-baslinjer att registreras. Därefter kommer försökspersonen att delta i ett sLORETA-neurofeedback-protokoll (beskrivs nedan). Omedelbart (T1) efter neurofeedback-session kommer vi att upprepa bedömningarna som utfördes vid T0 enligt omvänd tidslinje.

Elektrofysiologisk datainsamling EEG-inspelningar kommer att ske vid både initieringen och i slutet av forskningsprotokollet. Vi kommer att placera en EEG-hatt med 19 elektroder på deltagarnas skulptör fäst på en EEG-förstärkare. All utrustning och material som kommer att användas är godkända för klinisk och forskningsanvändning och används rutinmässigt på sjukhuset i varierande behandlingsprotokoll och kan därför anses vara säkra.

Deltagarna kommer att förberedas för EEG-inspelning med hjälp av ett mått på avståndet mellan nasionen och injonen för att bestämma den lämpliga lockstorleken för inspelning (Electrocap, Inc; Blom & Anneveldt, 1982). Huvudet kommer att mätas och markeras före varje session för att bibehålla konsistensen. Öronen och pannan kommer att rengöras för inspelning med en mild slipande gel för att ta bort eventuell olja och smuts från huden. Efter att locken har monterats kommer varje elektrodplats att injiceras med elektrogel och förberedas så att impedanserna mellan individuella elektroder och varje öra blir mindre än 5KΩ. Utbildningen kommer att genomföras med hjälp av det internationella standardsystemet 10/20 med 19 avledningar. Förberedelseprocessen bör inte ta mer än 20 minuter och kommer inte att orsaka någon ångest för deltagaren.

TMS, motorisk cortex plasticitetsbedömning Alla mätningar kommer att utföras med monofasisk Magstim 2000 magnetisk stimulator (Magstim, Whitland, Storbritannien).

Vi kommer att utvärdera TMS-parametrarna för båda hemisfärerna, först höger (tränad) och sedan vänster (otränad) hemisfär, för att undersöka hemisfäriska effekter av NFB.

Intensiteten för vilomotortröskel (RMT) kommer att definieras som den lägsta stimulatorns utgångsintensitet som kan inducera parlamentsledamöter på minst 50 µV topp-till-topp-amplitud i FDI-muskeln i minst hälften av 10 försök.

Aktiv motor tröskel kommer att definieras som den intensitet som behövs för att framkalla en MEP på cirka 200 µV under en 5-10 % maximal frivillig kontraktion.

CSE kommer att kvantifieras av amplituden hos MEP som framkallas av en enda test TMS-puls. Testpulsintensiteten kommer att ställas in för att ge en genomsnittlig MEP-amplitud på 1 mV vid baslinjen (T0), och kommer att hållas konstant under hela experimentet.

EEG Biofeedback-protokoll

Parametrar:

Inspelningsförstärkare: Mitsar-EEG 201© Elektrodpositionering: 19 elektrodpositionering enligt standard 10/20-systemet med EEG-lock med gelelektroder som rutinmässigt används på sjukhuset för EEG-utvärdering och EEG-biofeedback-terapi.

ROI: höger M1 (fasta Talairach-koordinater: 34,-18, 35) höger SPG (fasta Talairach-koordinater: 24, -55, 50) Frekvensmål: Att höja hi-alfa-frekvensen, tröskeln kommer att ställas in för varje ämne individuellt till den första kvartil av hi-alfa-strömtäthetsfördelning under de första 120 sekunderna av träningspasset.

Visuella stimuli: En känslomässigt neutral film (naturscener). Förstärkningsmetod: Den aktuella källdensiteten i ROI kommer att samvarieras med bildkvaliteten med hjälp av vitt visuellt brus som kommer att läggas till bilden. När deltagaren kommer närmare den fördefinierade tröskeln (se ovan), blir synen tydligare. Enligt neurofeedback-hypotesen kommer en tydligare bild i en videopresentation att förstärka den sista förändringen i hjärnaktiviteten i den tränade regionen.

Alla procedurer anses vara säkra och är standard och används rutinmässigt för behandling och forskning med minimala biverkningssymtom rapporterade under de senaste 40 åren av tillämpning av denna terapeutiska metod.