Dette eksperiment bruger en anatomisk begrænset magnetoencephalography (aMEG) metode til at undersøge hjernen oscillerende dynamics og langtrækkende funktionelle synchrony under engagement af kognitiv kontrol som en funktion af akut alkoholforgiftning.
Beslutningsprocessen er baseret på dynamiske interaktion distribuerede, primært frontal hjernen regioner. Omfattende dokumentation fra funktionel magnetisk resonans imaging (fMRI) undersøgelser indikerer, at den forreste cingulate (ACC) og de laterale præfrontal cortex (latPFC) er afgørende knudepunkter subserving Kognitiv kontrol. Men på grund af dens begrænsede tidsmæssige opløsning, fMRI kan ikke præcist afspejle timing og karakter af deres formodede samspil. Den nuværende undersøgelse kombinerer distribuerede kilde modellering af tidsligt præcise magnetoencephalography (MEG) signal med strukturelle Mr i form af “hjernen film” til: (1) skøn de kortikale områder involveret i kognitiv kontrol (“hvor”), (2) karakteriserer deres tidsmæssige rækkefølge (“Hvornår”), og (3) kvantificere oscillerende dynamikken i deres neurale interaktioner i realtid. Stroop indblanding var forbundet med større event-relaterede theta (4-7 Hz) magt i ACC under konflikten påvisning efterfulgt af vedvarende følsomhed til kognitive krav i ACC og latPFC under integration og svar forberedelse. En låsning af fase analyse afslørede co-oscillatory interaktioner mellem disse områder, der angiver deres øgede neurale synchrony i theta band under konflikten-inducerende upassende forsøg. Disse resultater bekræfter, at theta svingninger er grundlæggende for langtrækkende synkronisering behov for at integrere top-down påvirkninger under Kognitiv kontrol. MEG afspejler neurale aktivitet direkte, hvilket gør det velegnet til farmakologisk manipulationer i modsætning til fMRI, der er følsomme over for vasoaktive tilintetgør. I den foreliggende undersøgelse fik sunde sociale drikkende en moderat alkohol dosis og placebo i en inden for emnet design. Akut forgiftning svækkede theta magt til Stroop konflikt og dysregulated Co svingninger mellem ACC og latPFC, bekræfter, at Alkohol er skadeligt for neurale synchrony subserving Kognitiv kontrol. Det griber ind i målrettet adfærd, som kan resultere i manglende selvkontrol, bidrager til kompulsiv drikke. I sum, denne metode kan give indsigt i real-time interaktioner under kognitiv behandling og kan karakterisere den selektive følsomhed over for farmakologiske udfordring på tværs af relevante neurale netværk.
Det overordnede mål med denne undersøgelse er at undersøge virkningerne af akut alkoholforgiftning på spatio-temporal ændringer i hjernen oscillerende dynamics og langtrækkende funktionel integration under Kognitiv kontrol. Den erhvervsdrivende multimodale imaging tilgang kombinerer magnetoencephalography (MEG) og strukturelle magnetisk resonans imaging (MR) at give indsigt i det neurale grundlag af beslutningstagning med høj tidsmæssige præcision og på niveau med et interaktivt system.
Fleksible funktionsmåde gør det muligt at tilpasse sig til skiftende kontekstuelle krav og at skifte strategisk mellem forskellige opgaver og krav i samarbejde med hensigter og mål. Kapacitet til at undertrykke automatiske svar til fordel for mål-relevant, men ikke sit sædvanlige handlinger er et vigtigt aspekt af kognitiv kontrol. Omfattende tyder på, at det er subserved af en overvejende frontale kortikale netværk, med den forreste cingulate cortex (ACC) som en central node i denne interaktive netværk1,2,3,4. Mens den rigelige anatomiske forbindelsen mellem ACC og laterale frontale cortex er velbeskrevne5,6, de funktionelle egenskaber af kommunikationen mellem disse regioner under Kognitiv kontrol, svar udvalg og udførelse, er dårligt forstået.
Den meget indflydelsesrige konflikt overvågning teori7,8 foreslår, at Kognitiv kontrol opstår fra et dynamisk samspil mellem de mediale og laterale præfrontal cortex. Denne konto foregiver at ACC overvåger konflikt mellem konkurrerende repræsentationer og engagerer de laterale præfrontal cortex (latPFC) til at gennemføre svar kontrol og optimere ydeevnen. Denne konto er imidlertid primært baseret på funktionel MRI (fMRI) undersøgelser ved hjælp af blod iltning niveau afhængige (fed) signalet. FMRI-fed signalet er en fremragende fysisk kortlægning værktøj, men dens tidsmæssige opløsning er begrænset, fordi det afspejler regionale hæmodynamiske ændringer medieret af neurovaskulære kobling. Som et resultat, fed signal ændringer udfolde sig på en meget langsommere tidsskala (i sekunder) end den underliggende neurale begivenheder (i millisekunder)9. Desuden, den fed signal er følsomme over for alkohols vasoaktive virkninger10 og kan ikke præcist størrelsen af neurale ændringer, som gør det mindre velegnet til studier af akut alkoholforgiftning. Derfor, den formodede samspillet mellem de mediale og laterale præfrontal cortex og dens følsomhed over for alkohol forgiftning skal undersøges af metoder, der optager neurale begivenheder i et tidsligt præcis måde. MEG har en fremragende tidsmæssige opløsning, da det direkte afspejler postsynaptiske strømninger. Anatomisk begrænset MEG (aMEG) denanvendte her er en multimodal tilgang, der kombinerer fordelt kilde modellering af MEG signal med strukturelle Mr. Det giver mulighed for vurdering af hvor konflikt – og drik-relaterede hjernen oscillerende ændringer sker og til at forstå den tidsmæssige rækkefølge (“når”) af de involverede neurale komponenter.
Beslutningsprocessen er afhængig af interaktion distribuerede hjernen regioner, der er dynamisk engageret til at håndtere øgede krav på Kognitiv kontrol. Én måde at vurdere event-relaterede ændringer i langtrækkende synchrony mellem to kortikale regioner er at beregne deres fase som et indeks over deres Co svingninger11,12. Den nuværende undersøgelse anvendes en låsning af fase analyse for at teste den grundlæggende tenet af konflikten overvågning teori ved at undersøge de co-oscillatory interaktioner mellem ACC og latPFC. Neurale svingninger i theta vifte (4-7 Hz) er forbundet med kognitiv kontrol og er blevet foreslået som en grundlæggende mekanisme støtte langtrækkende synkroniseringen behov for top-down kognitiv behandling13,14, 15,16. De er genereret i præfrontale områder som en funktion af opgave vanskeligheder og er betydeligt svækket af akut alkohol forgiftning17,18,19,20.
Langsigtet overdreven alkoholindtagelse er forbundet med en vifte af kognitiv underskud med præfrontale kredsløb, der især ramte21,22. Akut alkoholforgiftning er skadelig for kognitiv kontrol i henhold til betingelserne for øget vanskelighed, uklarhed, eller dem, der inducerer svar uforenelighed17,23,24. Ved at påvirke beslutningsprocessen, alkohol kan interferere med målrettet adfærd, kan resultere i dårlig selvkontrol og øget drikkeri, og kan også bidrage til trafik – eller arbejdsrelaterede risici25,26,27 . Den nuværende undersøgelse bruger en aMEG tilgang til at måle den oscillerende aktivitet i theta band og synchrony mellem de vigtigste executive områder med fremragende tidsmæssige opløsning. Virkningerne af alkohol på theta aktivitet og co svingninger mellem ACC og latPFC behandles som en funktion af konflikten fremkaldes ved Stroop indblanding opgave. Vi hypotesen, at øget kognitive krav er forbundet med større funktionelle synchrony og at Alkohol-induceret dysregulering af synkron aktivitet i de mediale og laterale præfrontal cortex ligger til grund for funktionsnedsættelse i kognitiv kontrol.
Den multimodale billedbehandling metode, der anvendes i denne undersøgelse består af distribuerede kilde modellering af tidsligt præcise MEG signalet sammen med rumlige begrænsninger af inverse skøn stammer fra den enkelte deltagers strukturelle Mr. Metoden aMEG kombinerer styrken af disse teknikker til at give indsigt i de spatio-temporale stadier af oscillerende dynamics og langtrækkende integration subserving Kognitiv kontrol. Denne metode giver større tidsmæssige præcision end andre neuroimaging teknikker s?…
The authors have nothing to disclose.
Dette arbejde er blevet støttet af National Institutes of Health (R01-AA016624). Vi er taknemmelige for Dr. Sanja Kovacevic for hendes vigtige bidrag.
Elekta Neuromag | Elekta | Magnetoencephalography system | |
1.5 T GE EXCITE HG | General Electric | Magnetic Resonance Imaging scanner | |
Gold Cup Electrodes | OpenBCI | Electroencephalography electrodes for optional simultaneous EEG recording | |
Prep Check Impedance Meter | General Devices | Check electrode impedances | |
HPI Coils | Elekta | Head position indicator coils for co-registration | |
Alcotest | Draeger | Breathalyzer | |
Fiber Optic Response Pad | Current Designs, Inc | MEG-compatible response pad | |
Grey Goose Vodka | Bacardi | Vodka is used during the alcohol session | |
Orange Juice | Naked | Orange juice is used as the beverage during the placebo session as well as mixed with vodka during the alcohol session | |
Discover Drug Test Card | American Screening Corp | Multi-screen drug test | |
QED Saliva Alcohol Test | OraSure Technologies | Saliva alcohol test | |
Urine Hcg Test Strips | Joylive | Pregnancy test | |
Short Michigan Alcohol Screening Test | Selzer et al., 1975 | Alcoholism screening questionnaire | |
Zuckerman Sensation Seeking Scale | Zuckerman, 1971 | Questionnaire: disinhibitory, novelty-seeking, and socialization traits | |
Eysenck Impulsivity Inventory | Eysenck & Eysenck, 1978 | Questionnaire: impulsivity traits | |
Eysenck Personality Questionnaire | Eysenck & Eysenck, 1975 | Questionnaire: personality traits | |
Biphasic Alcohol Effects Scale | Martin et al., 1993 | Questionnaire: subjective experience of the effects of alcohol |