Se requiere una suscripción a JoVE para ver este contenido. Inicie sesión o comience su prueba gratuita.
Method Article
En las imágenes de resonancia magnética funcional en tiempo real (rtfMRI), la actividad cerebral se manipula experimentalmente como una variable independiente y el comportamiento se mide como una variable dependiente. El protocolo que aquí se presenta se centra en el uso práctico de la rtfMRI como herramienta terapéutica para trastornos psiquiátricos como la adicción a la nicotina.
Ha pasado más de una década desde que se implementó con éxito el primer enfoque de neurofeedback basado en imágenes de resonancia magnética funcional (fMRI). Desde entonces, varios estudios han demostrado que los participantes pueden aprender a controlar voluntariamente una región circunscrita del cerebro. En consecuencia, la resonancia magnética funcional en tiempo real (rtfMRI) proporcionó una nueva oportunidad para estudiar las modificaciones del comportamiento debidas a la manipulación de la actividad cerebral. Por lo tanto, los informes de aplicaciones de rtfMRI para entrenar la autorregulación de la actividad cerebral y las modificaciones concomitantes en condiciones conductuales y clínicas, como trastornos neurológicos y psiquiátricos [por ejemplo, esquizofrenia, trastorno obsesivo compulsivo (TOC), accidente cerebrovascular] han aumentado rápidamente.
Los estudios de neuroimagen en la investigación de la adicción han demostrado que la corteza cingulada anterior, la corteza orbitofrontal y la corteza insular se activan durante la presentación de señales asociadas a las drogas. Además, se ha demostrado que la actividad en las cortezas insulares izquierda y derecha está altamente correlacionada con los impulsos de drogas cuando los participantes están expuestos a señales que provocan ansiancia. Por lo tanto, la ínsula bilateral es de particular importancia en la investigación de los impulsos de drogas y la adicción debido a su papel en la representación de los estados corporales (interoceptivos). Este estudio explora el uso de la neurorretroalimentación rtfMRI para la reducción de la actividad dependiente del nivel de oxígeno en sangre (BOLD) en las cortezas insulares bilaterales de los participantes adictos a la nicotina. El estudio también prueba si hay modificaciones asociadas al entrenamiento de neurofeedback en las actitudes implícitas de los participantes hacia las señales de deseo de nicotina y el comportamiento de deseo explícito.
El neurofeedback es un procedimiento de condicionamiento operante a través del cual los seres humanos o los animales pueden aprender a modular la actividad neuronal en una o más regiones del cerebro. El entrenamiento generalmente conduce a modificaciones de comportamiento1. En principio, las señales cerebrales de una o más regiones cerebrales circunscritas se transforman en retroalimentación sensorial (por ejemplo, retroalimentación visual, auditiva o táctil), que se proporciona al participante para el control de la actividad cerebral mediante el condicionamiento operante u otras formas de aprendizaje. En la inversión del paradigma tradicional de neuroimagen, los estudios de neurofeedback modulan la actividad cerebral como una variable independiente y miden el comportamiento como una variable dependiente. Por lo tanto, el neurofeedback proporciona un enfoque novedoso para investigar la participación de las regiones cerebrales en diferentes funciones cognitivas y cómo la hiperactivación o hipoactivación de esas regiones cerebrales puede conducir a un comportamiento anormal.
El neurofeedback se ha utilizado con diferentes modalidades de neuroimagen, como la resonancia magnética funcional (fMRI), la electroencefalografía (EEG) y la espectroscopia funcional de infrarrojo cercano (fNIRS). Los paradigmas de neurofeedback basados en EEG y fNIRS tienen las ventajas de una mayor resolución temporal, asequibilidad y portabilidad 2,3. Sin embargo, se caracterizan por una baja resolución espacial y una incapacidad para acceder a regiones cerebrales más profundas. Además, el EEG tiene la complejidad computacional del problema inverso para determinar una fuente de activaciones neuronales a partir de señales de EEG de superficie4. Sin embargo, con los recientes desarrollos en fMRI en tiempo real (rtfMRI), es posible acceder a señales hemodinámicas de todas las partes del cerebro, con buena resolución espacial (por ejemplo, 2 mm3) y una resolución temporal de 720 ms5. De este modo, la fMRI supera las limitaciones mencionadas anteriormente que poseen las técnicas fNIRS y EEG.
La adicción a la nicotina es una de las principales causas de muerte en todo el mundo debido a una serie de enfermedades asociadas con el tabaquismo6. Los factores reconocidos que conducen a la adicción a la nicotina son los sociales, ambientales, psicológicos7 y la susceptibilidad genética8. A nivel neurobiológico, los estudios han demostrado la activación en la corteza cingulada anterior (ACC), la corteza orbitofrontal (OFC), el área tegmental ventral (VTA), el cuerpo estriado ventral, la amígdala, el hipocampo, la corteza prefrontal (PFC) y la corteza insular durante la presentación de señales asociadas a fármacos en contraste con las señales de control neutras 9,10,11,12,13,14 . La actividad en las ínsulas izquierda y derecha está altamente correlacionada con los impulsos de fumar cuando los fumadores vieron señales asociadas a la droga15,16. La ínsula desempeña un papel importante en la provocación del comportamiento de deseo 17,18,19,20,21, ya que es responsable de la percepción del estado corporal. Se ha reportado que los fumadores con lesiones en sus cortezas insulares tenían más probabilidades de dejar de fumar que los fumadores con daño cerebral que no afectaba a la ínsula18.
Uno de los mayores desafíos en los métodos existentes para dejar de fumar es la alta tasa de recaída22. Más del 80% de los fumadores recaen en los primeros meses después de dejar de fumar23. La exposición a señales previamente asociadas con el consumo de drogas es una de las principales razones de la alta tasa de recaída en la adicción a la nicotina24. Este mecanismo se denomina efecto de incubación. El protocolo actual está desarrollado para dirigirse al efecto de la incubación evaluado por una tarea de cebado afectivo. Estudios previos han demostrado que los fumadores que se abstienen tienen actitudes implícitas negativas hacia las señales relacionadas con el tabaquismo 25,26,27,28. En la tarea típica de priming afectivo, los estímulos de priming emocional modifican el procesamiento de un objetivo afectivo de modo que el tiempo de reacción y la precisión de las respuestas se modifican29. En otras palabras, si los estímulos primarios y objetivo son de la misma valencia, el tiempo de reacción en respuesta a los estímulos objetivo será más rápido, y viceversa.
En el estudio actual, se plantea la hipótesis de que la regulación a la baja de la corteza insular anterior bilateral reducirá el deseo y, por lo tanto, la valencia de las señales que inducen el deseo cambiará de negativa a neutra, ya que el sesgo atencional y asociativo se alejará de las señales relacionadas con el tabaquismo30. La tarea de comportamiento implícito es una tarea de priming afectivo originalmente adaptada de Czyzewska y Graham31. Sobre la base de la hipótesis antes mencionada, se anticipa que se observará una disminución en el tiempo de reacción en respuesta a una combinación de palabras prime (imagen que provoca el anhelo o su imagen contraparte neutra) y palabras objetivo con valencia positiva después del bloque de regulación negativa en comparación con el bloque base. La tarea de priming (Figura 2B) consiste en un número primo (es decir, una imagen que provoca antojos o su contraparte neutra, la imagen32) y una palabra objetivo con valencia positiva o negativa. La imagen principal se presenta durante 200 ms, seguida de una palabra objetivo durante 1 segundo. La asincronía de inicio de estímulos (SOA) es de 250 ms. A continuación, se indica a los participantes que juzguen la valencia de la palabra objetivo (positiva o negativa) y respondan pulsando un botón de la forma más rápida y precisa posible.
El sistema rtfMRI (Figura 1) consta de los siguientes subsistemas: (1) participante, (2) adquisición de señales, (3) análisis de señales en línea y (4) retroalimentación de señales. La adquisición de la señal se lleva a cabo con un escáner de cuerpo entero Siemens Trio 3.0T utilizando una secuencia de imágenes ecoplanas (EPI)33. Procedimientos como la reconstrucción de imágenes, la corrección de la distorsión y el promedio de la señal se realizan en la computadora del escáner. Una vez que las imágenes se reconstruyen y preprocesan, se exportan al subsistema de análisis de señales. El subsistema de análisis de señales se implementa utilizando el Turbo Brain Voyager (TBV)34. TBV recupera las imágenes reconstruidas y realiza un procesamiento de datos que incluye corrección de movimiento en 3D y análisis estadístico en tiempo real utilizando el modelo lineal general35. TBV permite al usuario dibujar regiones de interés (ROI) en múltiples vóxeles en las imágenes funcionales y extraer valores BOLD promedio del ROI después de cada tiempo de repetición (TR). A continuación, las series temporales de los ROI seleccionados se exportan al script de MATLAB que calcula y presenta los comentarios al participante.
La retroalimentación visual de la actividad cerebral se proporciona a los participantes en forma de un termómetro animado gráficamente, con sus barras que cambian en proporción a los cambios porcentuales en negrita en los ROI. Varios estudios han utilizado la retroalimentación intermitente (retroalimentación proporcionada a un participante después de una serie de TR de la secuencia EPI) para entrenar a los participantes36,37. Sin embargo, en el estudio actual, se anticipó que los participantes tendrían mayores dificultades para regular a la baja la señal BOLD en la ínsula anterior con retroalimentación continua debido al papel de la ínsula en la integración sensorial y la participación en el procesamiento de la información de retroalimentación visual38. Por lo tanto, se presumió que la retroalimentación continua resultaría en un conflicto entre dos procesos en la corteza insular, un proceso que aumenta la señal debido a la retroalimentación externa y otro que disminuye la señal debido al entrenamiento de neurofeedback. Por lo tanto, en este estudio, proporcionamos retroalimentación solo al final de cada bloque de regulación a la baja (retroalimentación retrasada). A los participantes se les muestra un texto (por ejemplo, 0,87 euros) como retroalimentación visual (Figura 2A, C) que indica la cantidad de dinero que ganaron (recompensa monetaria). Esta recompensa es proporcional al porcentaje de downregulation logrado en el bloque de regulación.
La RMfR es una neurotecnología novedosa que puede superar los problemas en los enfoques terapéuticos para el tratamiento de la adicción y puede proporcionar intervenciones más fiables y eficaces para reducir las recaídas. Los objetivos a largo plazo del estudio actual son tres: 1) probar si los adictos a la nicotina pueden aprender a regular a la baja las señales BOLD en la ínsula anterior durante la presencia de estímulos que provocan un comportamiento de deseo; 2) examinar si el entrenamiento de neurofeedback conduce a modificaciones en el comportamiento de deseo; y 3) explorar si los cambios en los niveles de deseo durante el entrenamiento de neurofeedback de la regulación negativa de la ínsula persisten después de seis meses de entrenamiento sin ninguna otra intervención. Este artículo proporciona una descripción detallada del protocolo experimental rtfMRI y sus diferentes componentes. También se presentan ejemplos de datos del estudio y una discusión de los desafíos futuros y el potencial de este método, además de la investigación. El protocolo presentado está diseñado para investigar si el entrenamiento de neurofeedback basado en fMRI se puede utilizar para estudiar las reducciones en la actividad cerebral en la corteza insular de los fumadores de cigarrillos. Además, el protocolo tiene como objetivo estudiar las relaciones entre la activación de la corteza insular y los comportamientos de deseo de los fumadores de cigarrillos.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
El Comité de Ética de la Facultad de Medicina de la Universidad de Tübingen y la Pontificia Universidad Católica de Chile aprobaron el siguiente protocolo de rtfMRI.
1. Configuración del hardware
2. Preparación de los participantes fuera del escáner
3. Posicionamiento de los participantes
NOTA: El procedimiento de posicionamiento de los participantes en la mesa del escáner es similar al experimento tradicional de resonancia magnética funcional.
4. Adquisición de datos
5. Neurofeedback FMRI
6. Grupo de control
7. Análisis offline
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Se reclutaron cuatro pacientes en función de sus puntuaciones en el test de Fagerström para la dependencia de la nicotina (FTND)45 , cuestionario para la dependencia de la nicotina de nivel medio (puntuación FTND >4) y el número de cigarrillos fumados cada día (>15). Además, se aseguró que los participantes no tuvieran ningún tatuaje o implante metálico según las medidas de seguridad de resonancia magnética de la institución. Se realizaron cinco sesiones de rtfMRI ...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Los resultados de cuatro participantes demuestran la posibilidad de que los fumadores de cigarrillos aprendan a regular a la baja la activación en la ínsula anterior bilateral en presencia de señales que provocan antojos. Los cambios en las conductas implícitas y explícitas de fumar después del entrenamiento de neurofeedback en el participante de la muestra pueden estar relacionados con la regulación negativa aprendida, ya que el participante no pasó por ninguna otra intervenció...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Los autores no tienen nada que revelar.
Este estudio contó con el apoyo de la Comisión Nacional de Investigación Científica y Tecnológica de Chile (Conicyt) a través del Fondo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico, beca Fondecyt Postdoctoral (nº 3100648), Fondecyt Regular (proyectos Nº 1171313 y Nº 1171320) y CONICYT PIA/Anillo de Investigación en Ciencia y Tecnología ACT172121.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
MATHSWORK | MATLAB version 2014a | ||
Presentation - Neurobehavioral Systems | Presentation version 18.0 | ||
Brain Innovation B.V. | Turbo Brain Voyager Version 2.6 or 3.0 |
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Solicitar permiso para reutilizar el texto o las figuras de este JoVE artículos
Solicitar permisoThis article has been published
Video Coming Soon
ACERCA DE JoVE
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. Todos los derechos reservados