Application of fMRI Brain-Computer Interface to self-regulation of the BOLD signal and neural connectivity in Schizophrenia

fMRI脑机接口在精神分裂症BOLD信号和神经连接自我调节中的应用

基本信息

项目摘要

Schizophrenia is a devastating brain disorder where patients still suffer from a poor outcome in spite of treatments. Current knowledge states that psychopathology and cognitive deficits in schizophrenia arise from circumscribed brain abnormalities but also from an abnormal connectivity between distributed brain networks. Brain-Computer Interfaces based on functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI-BCI) enable subjects to achieve volitional control of anatomically specific regions of the brain, leading to behavioral changes related to the activated areas. Preliminary results obtained in our laboratory demonstrated that fMRI-BCI can also induce an enhancement of connectivity of the brain networks. We have developed an fMRI-BCI that can provide subjects graphically animated, real-time contingent feedback of circumscribed regions of the brain to train them to volitionally self-regulate the BOLD signal. Furthermore, we can provide feedback of the effective connectivity (EC) of two or more brain regions, to train subjects to directly regulate the connectivity of these networks. Based in this technology and on our preliminary results, we propose to implement for the first time, fMRI-BCI in schizophrenia. The main aims of this study are: 1) to train schizophrenia patients to self-regulate, by fMRI-BCI training, the activity of circumscribed brain areas and the EC of relevant brain networks, and 2) to demonstrate that the enhanced activity and connectivity achieved by self-regulation leads to a modification of the behavioural response of core stable cognitive deficits of the disorder.
精神分裂症是一种破坏性的大脑疾病,尽管接受了治疗,患者仍然会遭受不良后果。目前的知识表明,精神分裂症的精神病理学和认知缺陷是由局限的大脑异常引起的,但也是由分布式大脑网络之间的异常连接引起的。基于功能性磁共振成像(fMRI-BCI)的脑机接口使受试者能够实现对大脑解剖学特定区域的意志控制,从而导致与激活区域相关的行为变化。我们实验室获得的初步结果表明,fMRI-BCI也可以诱导增强大脑网络的连接。我们开发了一种fMRI-BCI,可以为受试者提供大脑特定区域的图形动画、实时偶然反馈,以训练他们自愿自我调节BOLD信号。此外,我们可以提供两个或多个大脑区域的有效连接(EC)的反馈,以训练受试者直接调节这些网络的连接。基于这项技术和我们的初步结果,我们建议首次在精神分裂症中实施fMRI-BCI。本研究的主要目的是:1)通过fMRI-BCI训练,训练精神分裂症患者自我调节限定脑区的活动和相关脑网络的EC,以及2)证明通过自我调节实现的增强的活动和连接性导致该障碍的核心稳定认知缺陷的行为反应的改变。

项目成果

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Real-time fMRI brain computer interfaces: Self-regulation of single brain regions to networks
  • DOI:
    10.1016/j.biopsycho.2013.04.010
  • 发表时间:
    2014-01-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.6
  • 作者:
    Ruiz, Sergio;Buyukturkoglu, Korhan;Sitaram, Ranganatha
  • 通讯作者:
    Sitaram, Ranganatha
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