PTSDにデフォルトモードネットワークの神経画像の表現型を開発する：静止状態、ワーキングメモリ、構造コネクティビティの統合

Summary

This protocol describes the complementary neuroimaging techniques of resting state structural connectivity, task-induced deactivation, and structural connectivity analyses to examine the default network in post-traumatic stress disorder. The use of synergistic methods could potentially lead to improved diagnostics and assessments of severity, outcome, and other relevant clinical factors.

Abstract

デフォルトモードネットワーク（DMN）を調べるために使用、相補的構造的および機能的神経画像技術は、潜在的に精神疾患の重症度の評価を改善し、臨床診断プロセスに追加の有効性を提供することができます。最近の研究は、神経画像DMN処理は、例えば心的外傷後ストレス障害（PTSD）のようなストレス関連精神病、多数の破壊され得ることを示唆している。

特定のDMN機能が調査中のままであるが、一般的にはイントロスペクションおよび自己プロセシングに関与すると考えられている。健康な人では、ワーキングメモリ、 例えば認知課題中に非アクティブ化として観察少ない活動、、、で、残りの期間中最大の活性を示す。このネットワークは、内側前頭前皮質、後部帯状皮質/楔前部、横頭頂皮質および時間領域を外側から内側で構成されています。

複数の機能的および構造的想像力ngのアプローチは、DMNを研究するために開発されてきた。これらは、このネットワークの機能と機能障害の理解を促進するためにこれまでにない可能性を秘めている。このような状態の接続とタスクに誘導される不活性化を休んでの評価などの機能的なアプローチは、対象となる神経認知とneuroaffective（機能）の診断マーカーを同定し、高い精度や特異性の病気の重症度や予後を示している可能性があり、優れた可能性を秘めている。このような形態計測および接続性の​​評価などの構造的なアプローチは、病因および長期転帰の独特のマーカーを提供することができる。組み合わせることで、機能的および構造的な方法は、ストレス関連精神状態で有効なDMNベースのイメージングの表現型を開発するための強力なマルチモーダル、相補的かつ相乗的なアプローチを提供します。このプロトコルは、病気の重症度と関連する臨床的因子に調査結果を関連して、PTSDにDMNの構造と機能を調査するために、これらのメソッドを統合することを目指しています。

Introduction

神経画像は、神経精神医学での診断の妥当性、疾患の重症度、予後や治療反応を調査する前例のない可能性を秘めたツールを表します。相補的神経画像技術の広い範囲は、現在のキー脳システムの構造および機能を特徴づけること、および精神医学的集団における表現型の神経画像の識別を助けるために利用可能である。これらのシステムの、デフォルトモードネットワーク（DMN）は、過去10年間の認知と臨床神経科学文献に注目されている。

DMNは劣っ横頭頂皮質と一緒に、原則として、後方ノードとして主前方ノード、後部帯状皮質/楔前部（PCC）などの内側前頭前皮質（MPFC）が含まれ、いわゆる「休止状態のネットワーク」であり、内側側頭部。このネットワークのこれらの重要な特徴は、それがWHIの残りの期間中にその最も高い活性を示すことである被験者は目を覚まし、アラートが、特定のタスクに関与していないながら、CHが発生します。この休止状態の活動は、脳機能¹の「デフォルトモード」鋳造された。 DMN状態活動休止することも非常に状態の機能的結合を休んとして記載され、同期されます。 DMNの他の重要な特徴は、それが増加し、外部の認知需要の期間中に減少した活性を示すということで、 その機能的神経画像パラダイム^2,3の間にタスクに誘導される非アクティブ化として観察される。これは内部（ つまり、静止状態）と外部（ つまり、タスク関連の活動）の需要とのバランスが^3-5に機能して健康な脳を維持するために必要であると仮定される。

機能的な接続性およびタスク関連の失活、構造的な接続が続く：次のセクションでは、DMNを研究する3つの方法の概要を説明します。これらの3つの方法がお得！ですこのような心的外傷後ストレス障害と関連する精神疾患を持つ患者の臨床試料中にこのネットワークを特徴づけるような補完的な方法を、ribed。

国家DMN機能的結合休止

機能的結合状態を休止する最近のタスク要求の不在下でベースライン脳機能のパターンを評価するために使用される一般的なアプローチとなっている。機能的結合は、異なる脳領域間で一貫性を定量化し、分析する方法、または時間をかけて血中酸素レベル依存（BOLD）信号中の同期の程度、である。研究文献の成長体は、DMNの接続性の典型的なパターンは、臨床およびリスクのある集団において変化し、かつ重大なストレスやトラウマの前の露出で特にすることができることを示唆している。最も一般的な所見は、PTSD ⁶に関連したDMN静止状態の機能的結合を減少させてきた。この減少した接続がHAVありE直接臨床応用、DMNの接続性が低下したように、急性のストレッサー⁷の後にPTSDを発症することが人々を予測することがあります。減少DMN機能的結合は、最も一般的には、外部の要求にベースラインDMN処理から社内リソースを再配分することができないことにつながる可能性があり、自己処理に関わる重要な脳領域間のコミュニケーション不足を反映していると、いくつかの方法で解釈することができます。このネットワークの中断は、PTSDやその他のストレス関連精神状態⁸のような精神障害の中核臨床症状を説明することができる。これらの混乱の原因に詳しい調査の結果、将来の研究のための重要な分野である。

より一般的な観点から見ると、DMNの機能的接続性を検査することの利点は、比較的容易な実装と信頼性の高い比較^9,10を可能にし、健康な対照で休んで状態の機能的結合の強固なパターンを含む</sアップ>。したがって、この方法は、PTSDおよび他のストレス関連精神医学的状態を有する個体において特定のタスクの要求が存在しない場合にどのように脳機能に通知するストレス関連精神障害の容易に実装され、強固なニューロイメージングバイオマーカーとして開発される可能性を秘めている。

タスク付属DMNの使用停止

ワーキングメモリ（WM）の間、DMN応​​答を調べると、状態同期休止を超えて、このネットワークの機能と機能障害を調査するために別のアプローチを提供しています。より標準的な機能的磁気共鳴画像法（FMRI）メソッドを反映するこのアプローチは、臨床的意義^11を有していてもよいタスクの要求に応答に関する異なる情報を提供する。これまでの研究では、PTSDの参加者は、おそらく増加し、認知努力^{12月15日を}反映して、倉庫管理機能や倉庫管理タスク中のDMNの非アクティブ化の程度が大きい減損示すことが文書化されています。 USIFMRIチャレンジとしてNG倉庫にはいくつかの利点がある。例えば、それは確実にアクティブ状態に休止から、いくつかの主要DMN領域を解放する。 PTSDやその他のストレス関連精神疾患に最も関連、倉庫管理タスクを確実MPFC、PTSDに調節不全の重要な経路に関与する主要な前方DMNノードを外す。これはよくMPFCが昇順扁桃体の活性を調節することが確立され、そしておそらく恐怖条件¹⁶で重要な役割を果たしてきた。 MPFC活動の評価はまた、将来の臨床ケアに役立つメトリックかもしれません。例えば、心に傷を負った警察官の1以前の研究では、露光心理療法は、MPFCの活動を増加させ、外傷性メモリ検索中に扁桃体の活動を低下させた。これらの神経画像の変更は¹⁷に減少PSTDの症状と関連していた。 WM-誘起MPFCの非アクティブ化のこのインスタンスは1ニューロイメージングの測定基準は、臨床集団に適用する方法の例、およびさらなる調査ですが、他のDMNコンポーネントの今後の研究の実りあるエリアである可能性が高い。

このプロトコルでは、口頭での作業記憶のnバックタスクが使用される。 n型バック·タスクが広くFMRI研究で使用され、信頼性のある執行活性化の活性化およびデフォルトモードネットワーク失活領域^18,19を提供する。このタスクは、3つのコンポーネント、0バック手紙警戒タスク、作業記憶と比較のためのベースラインの休止の2バックタスクが含まれています。 0バック警戒タスク中に、参加者は、スキャナの内部にある間に2つボタンのレスポンスボックスを使用して、他の子音 "NO"子音所定の目標（ "H"または "H"）が登場したときに「はい」答えると。 9子音の六0バック制御ブロックは、この作業中に表示されています。 2バック時には、子音のシリーズは2500ミリ秒の刺激間間隔で、500ミリ秒ごとに視覚的に提示されています。参加者は、「yes」または「no」にする応答して、それぞれの子音は、それがシリーズ（ 例えば 、wは、N、R、N、R、Q、rは、qは 、N、W 等に予め二つ ​​提示子音と同一または異なるか否かを示すために、提示された後。 、太字で示された正解付き）。 2バックの間に、15の子音の6 45秒のシリーズが発表されています。首尾よく実行するために参加者が一定の音韻バッファリング（ すなわち 。短期記憶に子音を保持している）、心の中で言葉にした音素リハーサル（ すなわち 。大声で連接することなく、子音の繰り返し）、および執行の調整が含まれて厳しい認知セットを維持する必要があります。両方の0 – および2 – バック·ブロック、プレゼンテーションの速度は、標的の33％がランダムな位置に提示され、総額は、口頭で符号化を促進するためにランダム化され、同じである。十字固定点と30秒の休息ベースライン前各0バックブロックに提示されている。このベースラインはsubsequに使用されますデータ分析時にベースラインと比較して、タスクに関連する活動の耳鼻咽喉科の比較。

まとめると、現存するデータは、様々なタスクの間のタスクに関連するDMN活性の特徴付けは、機能DMN解析の臨床的使用において重要な役割を果たし得ることを示唆している。ストレス関連精神疾患でのFMRIの課題として、WMを使用する他の利点があります。状態の接続休止と同様に、臨床サンプルとの比較を容易にし、健康な個体のWM中のDMNの非アクティブ化の明確なパターンがある。 WMはまた、スキャン中に、臨床PTSD症状の引き金を避ける可能性がある、ニュートラル外傷ている。したがって、この方法は、脳がストレス関連精神疾患で外部要求にどのように応答するか反映ニューロイメージングバイオマーカーへと発展する可能性を秘めています。

DMN構造コネクティビティ

機能イメージングは​​、変更を記述することが可能ですが、ストレス曝露に関連する脳の接続性または活性のSは、機能的なアプローチが見られ、脳の変化の背後にある病因を説明していません。このような拡散テンソルイメージング（DTI）などの構造的イメージング法は、脳の領域を接続白質路の完全性を測定し、定量化することができる。 DTIは、異方性（それらの間で比較して）、主に白質路に沿って水が流れるように白く質路に沿って水の分子（ すなわち 、方向）の流れに基づいて白質の整合性の最も一般的な構造的ニューロイメージング手法と対策です。方向流量の差はフラクショナル異方性（FA）として表される。 FAの下度がストレス曝露⁴の結果を含む、様々な原因から、神経損傷の症状かもしれ白質路での微細構造の変化を反映するものと考えられている。ネットワークの観点から、協調脳活動（ すなわち休止状態の活動又はCOORタスク関連の活動をdinated）構造的な接続に依存している必要があります。以前DMN所見の場合には、構造上の損傷は、DMNの機能的結合の低下につながる、DMNノード間の通信を損なう。同様に、非活性の増加パターンは、タスク応答の間に皮質のより大きな領域の動員を必要とする微細構造の損傷を反映し得る。 PTSDとDMNに関連する、いくつかの研究は、脳²²の主要な大脳辺縁構造を接続する白質路である基底結節バンドル^20,21、で減少FAを示している。これは、より正確な対策がラクトを利用している可能性があり（ つまり、直接神経細胞レベルでの白質路をトレースすること）の白質繊維はネットワークの停止に関与する特異的に解明することができます。 DTIイメージングへの利点は、スキャナで実行するには、どんな必要なタスクがないように、それが取得することは比較的容易であるということである。

FO中llowingプロトコル、タスクに誘導される非アクティブ化の状態を機能的接続性と定量化を休んでの機能的なアプローチは、DMNの構造と機能をマッピングし、病気の重症度とPTSDの関連臨床的因子にこれらの調査結果を関連付けるために、DTIを用いた構造の接続性の検査と組み合わせて。我々は以前に外傷露出健康な成人^18,23は、このアプローチを実装し、このプロトコルはPTSDおよび他のストレス関連精神病の研究にするための適応向いDMNを特徴付けるための説得力のある方法を提供することを見出した。

Protocol

適格参加者は、研究プロジェクトに参加するために書かれ、インフォームドコンセントに署名する。研究は人類の福祉のために、制度的、国内および国際的なガイドラインを遵守して行われる。 1。参加者のスクリーニングおよび診断インタビューインフォームドコンセントの後、PTSDの診断や病気の重症度を確認するための診断面接を行う。注：これらの措置は?…

Representative Results

代表的な結果は、それだけPTSD 21,22なしで、子供の頃のトラウマや虐待の歴史を持つ個人の二つの異なるサンプル中の同一の撮像手法を使用して収集されたデータに基づいています。分析し、状態、機能の接続性を休んでの結果は、DMNの主要なノードと一致して空間パターンMPFC、PCC、角回/下頭頂小葉と中側頭領域を含む（ 図1）1-3,8 を明らかにした。この…

Discussion

ニューロイメージングプロトコルの実装を成功させるための二つの最も重要なステップは、正確に静止状態をキャプチャし、メモリ効果を図っています。

概念的には、静止状態の画像の取得は簡単です。実行するタスクがないので、実験者は多くの場合、これらのエポック中に脳の活動を説明し、「残り。「しかし、このフィールドは、神経画像¹の他の領域に?…

Materials

Name of Material/ Equipment	Company	Catalog Number	Comments/Description
3T TIM TRIO	Siemens		3T MRI
MRI-compatible pulse oxymeter	Siemens	model # 07389567
Analysis of Functional Neuroimaging	NIH	http://afni.nimh.nih.gov/	Data analysis software package
Eprime	Psychology Software Tools, LLC	http://www.pstnet.com/eprime.cfm	Stimulus presentation software
Slicer	Brigham and Women's Hospital	http://www.slicer.org/	Probabilistic tractography software