本实验采用解剖学约束的脑磁图（aMEG）方法，研究急性酒精中毒状态下认知控制参与过程中脑部振荡动态及远距离功能同步性。
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摘要
摘要
决策依赖于广泛分布的、主要是前额脑区之间的动态相互作用。大量来自功能磁共振成像（fMRI）研究的证据表明，前扣带皮层（ACC）和外侧前额叶皮层（latPFC）是支持认知控制的关键脑区节点。然而，由于fMRI的时间分辨率有限，无法准确反映这些脑区之间假定相互作用的时间进程和本质特征。本研究将时间精度高的脑磁图（MEG）信号的分布式源建模与结构磁共振成像（MRI）相结合，以 "脑部影像" 以：（1）估算参与认知控制的皮层区域"其中"），（2）表征其时间序列（"当"），以及（3）实时量化其神经相互作用的振荡动态。Stroop干扰与前扣带皮层（ACC）在冲突检测期间更高的事件相关theta频段（4–7 Hz）功率相关，随后在信息整合与反应准备阶段，ACC和外侧前额皮层（latPFC）对认知负荷表现出持续的敏感性。相位锁定分析揭示了这些脑区之间存在共振荡相互作用，表明在诱发冲突的不一致试次中，theta频段的神经同步性增强。这些结果证实，theta振荡是实现远距离神经同步的基础，而这种同步对于在认知控制过程中整合自上而下的调控信息至关重要。脑磁图（MEG）直接反映神经活动，因此相较于对血管活性混杂因素敏感的功能性磁共振成像（fMRI），更适用于药理学干预研究。在本研究中，健康的社会饮酒者在被试内设计中分别接受了中等剂量酒精与安慰剂处理。急性酒精中毒减弱了对Stroop冲突的theta功率反应，并破坏了ACC与latPFC之间的共振荡活动，证实酒精会损害支持认知控制的神经同步性。酒精干扰了目标导向行为，可能导致自我控制能力下降，从而促进强迫性饮酒行为。 总之该方法可揭示认知加工过程中的实时相互作用，并能表征相关神经网络对药物干预的选择性敏感性。
引言
本研究的总体目标是探讨急性酒精中毒对认知控制过程中大脑振荡动力学时空变化及远距离功能整合的影响。所采用的多模态成像方法结合了脑磁图（MEG）和结构磁共振成像（MRI），旨在以高时间精度并在交互系统水平上揭示决策行为的神经基础。
灵活的行为使人能够适应不断变化的情境需求，并根据个体的意图和目标，在不同任务和要求之间进行策略性切换。抑制自动化反应，转而执行与目标相关但非习惯性的行为，是认知控制的一个关键方面。大量证据表明，这一功能主要由以额叶皮层为主的神经网络支持，其中前扣带皮层（ACC）是该交互网络的核心节点1,2,3,4。尽管ACC与外侧额叶皮层之间丰富的解剖连接已得到充分描述5,6，但在认知控制、反应选择与执行过程中，这些脑区之间通信的功能特征仍知之甚少。
极具影响力的冲突监控理论7,8提出，认知控制源于内侧与外侧前额叶皮层之间的动态....
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方案
本实验方案已获得加利福尼亚大学圣地亚哥分校人类受试者保护委员会的批准。
1. 人类受试者
- 招募健康的右利手成年志愿者，获得其知情同意，并根据纳入/排除标准进行筛选。
注意：本研究招募了20名年轻健康的个体（平均年龄 ± 标准差 [SD] = 25.3 ± 4.4 岁），其中包括8名女性，均适量饮酒，从未因药物或酒精相关违法行为接受过治疗或被逮捕，短式密歇根酒精依赖筛查量表28显示无酒精依赖相关症状，不吸烟且不使用任何非法物质，无神经精神疾病史或任何当前健康问题，未服用任何药物，且体内无铁磁性物体或植入物。
2. 实验设计
- 对每位参与者进行四次扫描，包括三次脑磁图（MEG）检查（一次无饮料的入门检查，以及两次以交叉平衡方式给予酒精和安慰剂的实验性饮料检查）和一次结构磁共振成像（MRI）扫描。
注意： 在此类被试内设计中，参与者通过参加酒精和安慰剂两种实验条件，自身即作为对照。该设计通过减少大脑解剖结构、活动模式及酒精代谢个体差异的影响，降低了误差方差并提高了统计效能。
3. 采集脑磁图扫描数据
- 进行适应性训练 s....
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结果
行为结果表明，Stroop 任务成功地操控了反应干扰，因为在不一致试次中，准确性最低，反应时间最长（图6）。酒精中毒降低了准确性，但未影响反应时间18。
采用aMEG方法揭示的theta频段活动的时空序列总体上与该类型任务中认知功能的普遍接受模型一致。如脑部动态图所示（影片2），视觉皮层在刺激开始后约100毫秒被激活，随后出现从后部到前部的激活模式，在约300毫秒后的认知整合阶段主要涉及额叶皮层。前扣带皮层（ACC）对不一致（INC）、高冲突试验尤为敏感，表明其在冲突监测过程中的参与。ACC是认知控制相关任务中theta振荡的主要发生源，但在约350-600毫秒的整合阶段，外侧前额叶皮层（latPFC）也处于活跃状态。在反应准备阶段，运动皮层的激活在约600毫秒后可见（影片2B）.......
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讨论
本研究采用的多模态成像方法包括对时间精度高的脑磁图（MEG）信号进行分布式源建模，同时结合由每位受试者结构磁共振成像（MRI）得出的逆向估计空间约束。aMEG 方法结合了这两种技术的优势，有助于揭示振荡动力学的时空阶段以及支持认知控制的远距离整合机制。与其他神经影像技术（如功能磁共振成像BOLD信号）相比，该方法具有更高的时间精度；由于fMRI-BOLD通过神经血管耦合间接反映神经活动变化，其时间分辨率在秒量级9。相比之下，MEG信号具有毫秒级的时间精度，使得研究神经处理的不同阶段成为可能，本研究即展示了这一点。aMEG模型假设MEG信号来源于大脑皮层表面的分布式源，当这些源通过结构MRI图像重建时，可为活动估计提供空间约束45,53。这些空间估计不仅可用于研究局部激活，还可用于研究以相位锁定形式表现的、交互式网络水平上的远距离通信16,20。此外，由于药理.......
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披露
作者无任何利益冲突需要披露。
致谢
本工作得到了美国国立卫生研究院（R01-AA016624）的资助。我们感谢Sanja Kovacevic博士的重要贡献。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| Elekta Neuromag | Elekta | 脑磁图系统 | |
| 1.5 T GE EXCITE HG | 通用电气 | 磁共振成像扫描仪 | |
| 金杯电极 | OpenBCI | 用于可选同步脑电图记录的脑电图电极 | |
| Prep Check 阻抗计 | General Devices | 检测电极阻抗 | |
| HPI 线圈 | Elekta | 用于共定位的头部位置指示线圈 | |
| Alcotest | Draeger | 呼气酒精检测仪 | |
| 光纤反应按键板 | Current Designs, Inc | 与脑磁图兼容的反应按键装置 | |
| Grey Goose 伏特加 | Bacardi | 酒精实验阶段使用伏特加 | |
| 橙汁 | Naked | 橙汁在安慰剂实验阶段作为饮品使用，也用于在酒精实验阶段与伏特加混合 | |
| Discover 药物检测试纸卡 | American Screening Corp | 多种药物联合检测试纸 | |
| QED 唾液酒精检测试纸 | OraSure Technologies | 唾液酒精检测 | |
| 尿液 hCG 检测试纸 | Joylive | 妊娠检测 | |
| 简式密歇根酒精筛查量表 | Selzer 等，1975 | 酒精依赖筛查问卷 | |
| Zuckerman 感觉寻求量表 | Zuckerman，1971 | 问卷：去抑制性、新奇寻求及社交化特质 | |
| Eysenck 冲动性量表 | Eysenck & Eysenck，1978 | 问卷：冲动性特质 | |
| Eysenck 人格问卷 | Eysenck & Eysenck，1975 | 问卷：人格特质 | |
| Biphasic Alcohol Effects Scale | Martin 等，1993 | 问卷：饮酒后主观感受的双相效应 |
参考文献
- Ridderinkhof, K. R., van den Wildenberg, W. P., Segalowitz, S. J., Carter, C. S. Neurocognitive mechanisms of cognitive control: the role of prefrontal cortex in action selection, response inhibition, performance monitoring, and reward-based learning. Brain and Cognition. 56 (2), 129-140 (2004).
- Shenhav, A., Cohen, J. D., Botvinick, M. M.
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重印与许可
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