Inter-subject covariance -based analysis demonstrates disorder-specific synchronization in the post-traumatic stress disorder during the real-time fMRI neurofeedback

Show full item record

Permalink

http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-201901291192
Title: Inter-subject covariance -based analysis demonstrates disorder-specific synchronization in the post-traumatic stress disorder during the real-time fMRI neurofeedback
Author: Sarasjärvi, Kiira
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Arts, Department of Modern Languages
Thesis level: master's thesis
Abstract: Tavoitteet: Tutkin aivojen synkronia post-traumaattisen stressireaktiosta (PTSD: post-traumatic stress disorder engl.) kärsivillä potilailla fMRI neuroterapian aikana (rt-fMRI NF: real time fMRI neurofeedback engl.). Tutkimuksessa käytimme koehenkilöiden välistä kovarianssia (ISC: inter-subject covariance engl.) havainnollistaaksemme suoraa ärsyke-vaste suhdetta, mihin esimerkiksi GLM-analyysit eivät pysty. ISC-metodia ei ole aikaisemmin käytetty vastaavanlaisessa tutkimuksessa. Tämän lisäksi, vain kaksi julkaistua artikkelia on soveltanut vastaavanlaista metodia kliinisessä populaatiossa. Tutkimuksen avulla saavutettiin uutta tietoa aivojen synkronista, mikä voi auttaa ymmärtämään PTSD:n psykopatologiaa sekä fMRI neuroterapian vaikutuksia. Menetelmät: Tutkimuksessa käytämme aineistoa, jota on käytetty kolmeen aikaisempaan julkaisuun. Aineistossa koehenkilöt (kontrolli=24, PTSD=9) opettelevat säätelemään anteriorisen pihtipoimun (ACC: anterior cingulate cortex engl.) aktivaatiota fMRI neuroterapian avulla, käyttäen sosiaalista avatarta. Koehenkilöt kuvataan kolmena päivänä yhden viikon aikana, jotta neuroterapian vaikutusta voidaan tutkia. Tutkiaksemme koehenkilöiden välisten kovarianssi eroja ryhmien ja neuroterapian aikana, suoritimme 2x4 toistomittauksien varianssianalyysin. ROI-analyysissä (ROI:region of interest engl.) valitsimme ACC, mikä on myös neuroterapian kohdealue. Tämän lisäksi, tutkimme ISC koeryhmien välillä 3x4 toistomittaus varianssianalyysin avulla, toivoen löytävämme eroja synkroniassa ryhmien sisäisten ja välisten-ISC välillä. Tulokset: Havaitsimme kaiken kaikkiaan korkeamman ISC:n PTSD-ryhmällä kuin terveillä koehenkilöillä. ISC myös näytti laskevan lineaarisesti kokeen edetessä. 3x4 toistomittaus varianssianalyysi myös paljasti klusterin orbitofrontaali korteksilla, jossa ISC oli korkeampi ryhmien sisällä kuin ryhmien välillä. Johtopäätökset: ISC-analyysin avulla voimme havainnollistaa uudenlaisia yhteyksiä aivojen toiminnasta, mihin suosituimmat analyysimenetelmät eivät pysty. Tutkimuksemme esimerkiksi osoitti aivojen synkronian (ISC) käyttäytyvän erilaisesti kuin niiden aktivaatio (GLM) koehenkilöiden välillä. Tulokset osoittavatkin uudenlaisen tavan tehdä aivotutkimusta. Tutkimuksemme osoittaakin ISC-metodin soveltuvuuden nykyaikaisen aivokuvantamistutkimuksen osa-alueena. Lisää tutkimuksia kuitenkin tarvitaan, jotta pystymme tekemään johtopäätöksiä aivojen synkroniasta sekä ISC-metodista osana aivokuvantamista ja psykopatologiaa.Objective: In the present study we investigated neuronal synchronization in post-traumatic stress disorder (PTSD) during real-time fMRI neurofeedback (rt-fMRI NF). We a used inter-subject covariance (ISC) -based method to discover model-free stimulus-response patterns that conventional GLM-analysis is not able to detect. So far, ISC has never been implemented in block-design nor rt-fMRI NF experiments, and only two studies have applied the method in a clinical sample. However, we hoped to find some distinct patterns that could disclose some new information regarding the psychopathology of PTSD and effects of neurofeedback. Methods: The study combined three previously conducted studies that focus on teaching participants to self-regulate anterior cingulate cortex (ACC) activity (HC=24, PTSD=9). The participants lay in the fMRI scanner whilst ACC activity was controlled with the help of a social avatar. The participants were measured three times within one week to examine the effect of neurofeedback. The analyses were completed by using ISC to detect the model-free brain activity. A 2x4 repeated ANOVA was used to investigate the group and neurofeedback effects. The ACC was chosen as a region of interest to investigate synchrony in the target region. An additional 3x4 repeated ANOVA was completed to examine the within and between-group ISC differences during the task. Results: We discovered a higher ISC in the PTSD group in respect to healthy controls, along with a linear decrease of ISC in both groups throughout the experiment. The same pattern was also detected in the ROI-analysis. The additional 3x4 ANOVA revealed a cluster in the orbitofrontal cortex showing a higher ISC within the groups, in respect to between the group ISC. Conclusions: ISC-analyses demonstrate a new type of information regarding the brain mechanisms and connections in respect to the conventional brain analyses. Our results indicate a stronger ISC in PTSD-groups and during the start of the experiment. Moreover, the results are reversed with comparison to the conventional GLM-method – demonstrating a new type of information regarding the brain synchrony. These results could further solidify the importance of the individual strategy used during the experiment. Furthermore, the additional analysis argues for disorder-specific synchrony in PTSD patients that could be meaningful in the psychopathology of PTSD. The thesis proves the feasibility of the ISC-method to discover direct stimulus-response relationship patterns that conventional GLM-analysis are not capable of revealing. Furthermore, it creates new research questions that have not previously existed and therefore it can be applied to neuroimaging.
URI: URN:NBN:fi:hulib-201901291192
http://hdl.handle.net/10138/298601
Date: 2018
Subject: Inter-subject covariance
real-time fMRI neurofeedback
PTSD
anterior cingulate cortex
Subject (yso): Koehenkilöiden välinen kovarianssi, fMRI neuroterapia, post-traumaattinen stressireaktio, anteriorinen pihtipoimu
Discipline: Kognitiotiede
Cognitive science
Kognitionsvetenskap


Files in this item

Files Size Format View

There are no files associated with this item.

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record