PTSD의 기본 모드 네트워크의 Neuroimaging에 표현형 개발 : 정지 상태, 작업 기억, 구조적 연결을 통합
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
기본 모드 네트워크 (DMN)을 검사하는 데 이용 구조적 및 기능적 뇌 영상 기술은 잠재적으로 정신 질환의 심각도의 평가를 개선하고 임상 진단 과정에 추가 유효성을 제공 할 수있다. 최근 뇌 영상 연구는 DMN 처리는 외상 후 스트레스 장애 (PTSD)와 같은 스트레스와 관련된 정신 질환의 개수에 중단 될 수 있다는 것을 시사한다.
특정 DMN 함수 조사 남아 있지만, 이것은 일반적으로 내부 검사 및 자기 처리에 관여하는 것으로 생각된다. 건강한 사람에서 그것은 예를 들어,인지 적 작업 동안 비활성화로 관찰 된 적은 활동과 휴식의 기간,,,,, 메모리 작동시 최대 활성을 나타낸다. 이 네트워크는 내측 전두엽 피질 후부 cingulate의 피질 / precuneus, 측면 정수리 피질 및 시간 영역을 내측으로 구성되어 있습니다.
여러 기능 및 구조 이마 기NG의 접근 방식은 DMN을 연구하기 위해 개발되었다. 이들은이 네트워크의 기능 부전의 이해를 증진 할 수없는 가능성이있다. 이러한 상태의 연결 및 작업에 의한 비활성화를 휴식의 평가 등의 기능적인 접근 방법은, 대상으로 신경인지 및 neuroaffective (기능) 진단 마커를 확인하고 높은 정확도 또는 특이 질환의 정도와 예후를 나타낼 수 있습니다 우수한 가능성이있다. 이러한 형태 학적 및 연결의 평가와 같은 구조적 접근 방법, 원인 및 장기 결과의 고유 마커를 제공 할 수 있습니다. 결합, 기능 및 구조 방법은 스트레스와 관련된 정신 상태에서 유효 DMN-기반 이미징의 표현형을 개발하기 위해 강력한 멀티 모달 상호 보완 및 시너지 효과를 접근 방법을 제공합니다. 이 프로토콜은 질병의 정도와 관련된 임상 요인의 연구 결과를 관련, PTSD에 DMN의 구조와 기능을 조사하기 위해 이러한 방법을 통합하는 것을 목표로하고있다.
Introduction
뇌 영상은 질병, 사전 진단 및 신경 정신과의 치료 반응의 진단 타당성, 심각도를 검토하는 전례없는 가능성이있는 도구를 나타냅니다. 상보 신경 영상 기법의 광범위한 뇌 키 시스템의 구조와 기능을 특성화하고, 정신과 집단에서 신경 영상 표현형의 식별을 돕기 위해 사용할 수있다. 이러한 시스템으로, 기본 모드 네트워크 (DMN)은 지난 10 년간의인지 및 임상 신경 과학 문헌에서 많은 관심을 받고있다.
DMN은 내측 전두엽 하부 – 측면 정수리 피질과 함께 원칙 뒤 노드로 주요 전방 노드, 후부 cingulate의 피질 / precuneus (PCC)와 같은 피질 (MPFC) 등을 포함하는 소위 "휴식 상태의 네트워크"이다 중간 시간 영역. 이 네트워크의 그들은 키 기능은 WHI 나머지 기간 동안 가장 높은 활성을 나타내는 것입니다주제는 각성하지만, 특정 작업에 참여하지 않는 상태에서 CH가 발생합니다; 이 정지 상태의 활동은 뇌의 기능 (1)의 "기본 모드"를 주장했다. DMN의 국가 활동을 쉬고 상태 기능적 연결을 휴식으로 설명되는, 또한 매우 동기화됩니다. DMN의 다른 주요 기능은 증가 외부인지 적 요구의 기간 동안 감소 된 활동을 보여줍니다 것입니다, 기능적 뇌 영상 중에 작업에 의한 불 활성화로 관찰되는 2,3 패러다임. 그것은 내부 (즉, 휴식 상태) 및 외부 (즉, 작업 관련 활동)의 요구 사이의 균형이 3-5 작동 건강한 두뇌를 유지하기 위해 필요하다고 가정한다.
기능 연결 및 작업 관련 비활성화, 구조 연결 다음 : 다음 섹션에서는 DMN을 연구하는 세 가지 방법에 대한 간략한 개요를 제공합니다. 이 세 가지 방법은 내림차순입니다외상 후 스트레스 장애와 관련된 정신 상태와 환자의 임상 샘플에서이 네트워크의 특성을 보완 방법을 ribed.
주 DMN 기능 연결 휴식
상태 기능적 연결성을 쉬고 최근 작업 요구의 부재 하에서 기준선 뇌 기능의 패턴을 평가하는 데 사용되는 일반적인 방법이되었다. 기능적인 연결은 서로 다른 뇌 영역에 걸쳐 일관성을 정량화 분석 방법, 또는 시간이 지남에 혈액 산소 수준의 종속 (BOLD) 신호의 동기 성 정도입니다. 연구 문헌의 성장 몸은 DMN 연결의 전형적인 패턴이 임상과 위험에 처한 인구에서 변경, 상당한 스트레스 나 외상에 이전 노출에 특히 할 수 있다는 것을 제안합니다. 가장 일반적인 발견은 PTSD 6과 관련 DMN 휴식 상태 기능적 연결을 감소하고있다. 이 감소 된 연결은 근래 수 있습니다전자 직접 임상 응용, DMN 연결이 감소로 급성 스트레스 7 후 PTSD를 개발할 수 있습니다 사람들의 예측 될 수있다. 감소 된 DMN 기능 연결이 가장 일반적으로는 외부의 요구에 기준 DMN 처리에서 내부 자원을 재 할당하는 무능력으로 이어질 수 있습니다 자기 처리에 관여 중요한 뇌 영역 간의 통신 불량을 반영, 여러 가지로 해석 될 수있다. 이 네트워크 중단은 PTSD 및 기타 스트레스 관련 정신 조건 8과 같은 정신 장애의 핵심 임상 증상을 설명 할 수 있습니다. 이러한 혼란의 원인으로 추가 조사는 향후 연구의 중요한 영역입니다.
보다 일반적인 관점에서, DMN의 기능적 연결성을 검사의 장점은 상대적으로 쉽게 구현 및 신뢰성 비교 9,10 수 있습니다 건강한 컨트롤에 상태 기능 연결을 휴식의 강력한 패턴을 포함 </s업>. 따라서,이 방법은 PTSD 및 기타 스트레스 관련 정신 상태를 가진 사람의 특정 작업 요구의 부재에 어떻게 뇌 기능을 알려 스트레스 관련 정신 장애의 쉽게 구현하고 강력한 뇌 영상 바이오 마커로 발전 할 가능성이있다.
작업 관련 DMN의 지연 비활성화
작업 메모리 (WM) 동안 DMN 응답을 검사하는 상태 동기 성을 쉬고 이상이 네트워크의 기능과 역기능을 조사하는 또 다른 방법을 제공합니다. 더 많은 표준 기능 자기 공명 영상 (FMRI) 메소드를 반영 이러한 접근 방식은, 임상 적 의의 (11)를있을 수 있습니다 작업의 요구에 대한 응답에 대한 다양한 정보를 제공합니다. 이전 연구는 PTSD와 함께 참가자는 아마도 증가 된인지 적 노력 12-15을 반영, WM의 기능과 WM 작업 동안 DMN의 비활성화는 더 큰 정도의 손상을 보여줍니다 것을 문서화했습니다. USIFMRI 도전으로 NG WM은 몇 가지 장점이 있습니다. 예를 들어, 안정적으로 활성 상태로 쉬고에서, 여러 주요 DMN 영역을 분리됩니다. PTSD 및 기타 스트레스 관련 정신 조건과 가장 관련, WM 작업이 안정적으로 MPFC, PTSD에 조절 곤란 중요한 경로에 관여하는 주요 전방 DMN 노드를 분리합니다. 그것은 잘 MPFC은 편도의 활동을 상승 조절하는 것이 설립 가능성이 공포 조건화 (16)에 중요한 역할을 담당하고있다. MPFC 활동의 평가는 향후 임상 치료에 유용한 메트릭 할 수있다. 예를 들어, 외상 경찰의 한 이전의 연구에서, 노출 심리는 MPFC 활동을 증가 외상 메모리를 검색하는 동안 편도의 활동을 감소. 이러한 뇌 영상의 변화는 감소 PSTD 증상 (17)와 관련이 있었다. WM-유도 MPFC의 비활성화는이 인스턴스는하지만, 하나의 뇌 영상 측정은 임상 집단에 적용 할 수있는 방법의 예를 들어, 추가 탐사입니다다른 DMN 구성 요소의 미래 연구의 결실 지역이 될 가능성이 높습니다.
이 프로토콜에서는, 언어 적 작업 기억의 n 다시 작업에 사용됩니다. N-다시 작업 널리 FMRI 연구에 사용하고, 집행 활성화 및 디폴트 모드 네트워크 비활성화 지역 18, 19의 믿을 수있는 정품 인증을 제공합니다. 이 작업은 세 가지 구성 요소, 0 – 다시 편지 경계 작업, 작업 메모리와 비교를위한 기준을 휴식의 2 백 작업을 포함한다. 0 백 경계 작업하는 동안, 참가자는 스캐너 내부에있는 동안 두 버튼 응답 상자를 사용하여 다른 자음에 대해 "아니오"자음 소정의 목표 ( "H"또는 "H")이 나타 났을 때 "예"라고 응답합니다. 9 자음의 여섯 0 – 백 제어 블록이 작업하는 동안 표시됩니다. 2 백하는 동안, 자음 시리즈는 2,500 밀리의 interstimulus 간격으로, 500 밀리 초마다 시각적으로 표시됩니다. 참가자는 "예"또는 "아니오"시키는응답하여, 각 자음 그것이 시리즈 (예., w, N, R, N, R, Q, R, Q, N, W 등의 앞부분이 제시 자음에서 동일하거나 상이 있는지 여부를 나타 내기 위해, 제시된 후에. 굵게 표시된 정확한 답변). 15 자음의 2 백 여섯 45 초 시리즈 동안 제공됩니다. 참가자가 일정 음소 버퍼링 (예. 단기 기억에 자음을 잡고), subvocal 음소 리허설 (예. 큰 소리로 분명히 말하는없이 자음 반복), 및 집행 조정을 포함하는 요구인지 설정을 유지해야 성공적으로 수행 할 수 있습니다. 모두 0 – 2 백 블록, 프레 젠 테이션의 비율은 대상의 33 %가 임의의 위치에 표시되고, 총액이 언어 인코딩을 장려하기 위해 무작위 배정되어, 동일합니다. 십자 고정 점과 30 초 휴식 기준선 전에 각 0 – 다시 블록으로 표시됩니다; 이 기준은 subsequ에 사용됩니다작업 관련 활동의 ENT의 비교는 데이터 분석시 기준으로 비교했다.
종합적으로, 현존하는 데이터는 다양한 작업 동안 작업 연관된 DMN 활성의 특성화 기능적 DMN 분석의 임상 사용에 중요한 역할을 할 수 있다는 것을 시사한다. 스트레스 관련 정신 상태에서 FMRI의 도전으로 WM을 사용하는 다른 장점이 있습니다. 상태의 연결을 휴식과 유사하게, 임상 샘플과 비교를 용이하게 건강한 개인에있는 WM 동안 DMN의 비활성화는 명확한 패턴이있다. WM은 스캔하는 동안 임상 PTSD 증상을 유발하지 않도록 할 수있는 중립적 인 외상된다. 따라서이 방법은 뇌가 스트레스 관련 정신 장애에 외부의 요구에 응답하는 방법을 반영하는 뇌 영상 바이오 마커로 발전 할 가능성이있다.
DMN 구조 연결
기능 영상은 변화를 설명 할 수 있지만스트레스 노출과 관련된 뇌의 연결 또는 활동들, 기능적인 접근이 관찰 뇌의 변화 뒤에 원인을 설명하지 않습니다. 이러한 확산 텐서 영상 (DTI) 등의 구조 이미징 방법은, 뇌 영역을 연결하는 백색질의 무결성을 측정하고 계량화 할 수 있습니다. DTI는 이방성 (그들에 걸쳐 비교) 주로 백색질 따라 물이 흘러 같은 백색질 따라 물 분자의 (즉, 방향) 흐름에 따라 흰색 물질의 무결성 가장 일반적인 구조적 뇌 영상 방법 및 조치입니다. 방향 흐름의 차이는 소수 이방성 (FA)로 표시됩니다. FA의 낮은도 스트레스에 노출 4의 결과를 포함하여 다양한 원인에서 신경 손상의 징후 일 수있다 백색질의 미세 구조 변화를 반영하는 것으로 생각된다. 네트워크 관점에서 조정 두뇌 활동 (즉, 정지 상태의 활동이나 COORdinated 작업 관련 활동) 구조 연결에 의존해야합니다. 이전 DMN 결과의 경우, 구조적 손상은 DMN 기능적 연결성을 감소로 이어지는 DMN 노드 사이의 통신을 손상시킨다. 마찬가지로, 비활성화의 증가 패턴은 작업 응답 중에 피질의 큰 분야의 채용을 필요로 미세 손상을 반영 할 수있다. PTSD와 DMN과 관련된 여러 연구는 뇌의 22의 주요 변연 구조를 연결하는 백색질입니다 cingulum 번들 20, 21, 감소 FA를 보이고있다. 그것은 tractography (즉이 직접 신경 세포 수준에서 백색질 추적)를 이용보다 정확한 측정이 흰색 물질 섬유 네트워크 중단에 참여하는 구체적으로 규명 할 수있을 것으로 예상된다. DTI 이미징 장점은 스캐너로 수행 할 필요한 작업이 없기 때문에 그것을 취득 비교적 쉽다는 점이다.
FO에서llowing 프로토콜은, 국가 기능의 연결 및 작업에 의한 비활성화가 정량 휴식의 기능적인 접근 방법 DMN의 구조와 기능을지도와 질병의 정도와 PTSD에 관련된 임상 요인으로 이러한 연구 결과를 관련하기 위해 DTI를 사용하여 구조적 연결에 대한 검사와 결합 . 우리는 이전에 외상에 노출 된 건강한 성인 18,23에서이 방법을 구현이 프로토콜은 PTSD의 연구와 정신 질환과 관련된 다른 스트레스에 적응 빌려 준다 DMN을 특성화 할 수있는 설득력있는 방법을 제공한다는 것을 발견했다.
Protocol
Representative Results
Discussion
뇌 영상 프로토콜의 성공적인 구현을위한 두 가지 가장 중요한 단계는 정확하게 휴식 상태를 캡처하고 메모리 효과를 위해 노력하고 있습니다.
개념적으로, 정지 상태 이미지의 취득은 간단합니다. 수행 할 작업이 없기 때문에, 실험자들은 종종 이러한 에포크 동안 뇌 활동을 설명하는 "나머지."그러나,이 필드는 신경 영상 (1)의 다른 영역에 비해 상대적으로 …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
대표 데이터의 생성은 NIH 그랜트 R01HL084178, 5R01MH068767-08, 그리고 브라운 MRI 연구 시설 및로드 아일랜드 재단의 보조금에 의해 지원되었다. VA CSR & D 보조금 1 IK2 CX000724-01A2 프로토콜 개발 및 추가 작업을 지원했다. 우리는 우리의 모든 참가자 감사합니다.
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 |
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