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Neuroscienze

アルコール中毒による認知制御期間前頭葉神経同期の中断

Published: February 06, 2019
doi:
10.3791/58839
, , , ,
1Department of Psychology,San Diego State University, 2Department of Radiology,University of California San Diego, 3Department of Neurosciences,University of California San Diego, 4San Diego State University/UC San Diego Joint Doctoral Program in Clinical Psychology

Summary

この実験では、解剖学的に制約がある脳磁図 (ひらやままどか) メソッドを使用して、急性アルコール中毒の関数として認知的コントロールの婚約中脳振動ダイナミクスと長距離の機能の同調性を調べます。

Abstract

意思は分散、主に前頭葉の脳領域の動的な相互作用に依存しています。機能磁気共鳴イメージ投射 (fMRI) の研究から広範な証拠は、前方の帯状 (ACC) と外側前頭前皮質 (latPFC) がヒトの認知制御必須ノードであることを示します。しかし、その限られた時空間解像度のため fMRI できません正確に反映タイミングとその推定の相互作用の性質。本研究に「脳映画」の形で構造 MRI で一時的に正確な脳磁図 (MEG) 信号の分散の震源のモデル化を組み合わせた: (1) 認知制御に関与する大脳皮質領域の見積もり (「場所」)、(2) の特徴彼らの一時的な順序 (「いつ」)、および (3) リアルタイムで神経の相互作用振動ダイナミクスを定量化します。ストループ干渉は統合と応答の準備中に ACC、latPFC の認知要求に持続的な感度に続く競合検出中に ACC のイベント関連シータ (4-7 Hz) の力に関連付けられていた。位相同期の解析では、紛争を誘発するちぐはぐな試験中の増加神経同期シータ バンドを示すこれらの地域の co-oscillatory の相互作用を明らかにしました。これらの結果は、シータは長距離同期認知制御中にトップダウンの影響を統合するために必要な基本的なことを確認します。メグは、それに薬理学的操作に敏感な fMRI とは対照的に適した血管作動性神経の活動を直接、混同を反映しています。本研究では、健康社会酒飲みは被験者内デザインの適度なアルコール量とプラセボを与えられました。急性中毒は、ACC とアルコールがヒトの認知制御神経同期に有害であることを確認 latPFC のストループ競合と共同振動するシータ力を減衰します。それは欠乏自制、強迫的な飲酒への貢献可能性があります目的指向行動を妨げます。合計では、このメソッドが認知処理中にリアルタイムの相互作用への洞察力を提供することができ、関連するニューラル ネットワークを介した薬理学の課題に選択的な感度を特徴付けることができます。

Introduction

本研究の全体的な目標は、急性アルコール中毒による脳振動ダイナミクスと認知制御中長距離の機能統合の時空間的変化の影響を調べることです。採用のマルチ モーダル イメージング手法を組み合わせた脳磁図 (MEG) と構造の磁気共鳴画像 (MRI) とインタラクティブ システムのレベルの時間精度の高い意思決定の神経基盤に洞察力を提供します。

柔軟な動作は、コンテキストの要求の変化に適応し、さまざまなタスクと要件の意図と目標に一致して戦略的に切り替えることが可能になります。目標に関連するが非習慣性のアクションを支持して自動応答を抑制する能力は、認知制御の重要な側面です。広範な証拠を示唆ことそれは群主に前頭皮質ネットワークは、この対話型ネットワーク1,2,3,4の中央ノードと前帯状皮質 (ACC)。ACC と外側の前頭皮質の間豊富な解剖学的接続はよく説明5,6、認知制御、反応選択の間にこれらの地域の間の通信の機能特性実行が不十分な理解します。

理論7、8を監視非常に影響力の競合は、認知制御が内側と外側前頭前皮質の動的な相互作用から起こることを提案します。このアカウントには、ACC が競合する表現の間の競合を監視し、応答制御を実装し、パフォーマンスを最適化する外側前頭前皮質 (latPFC) を行っていますが写っています。ただし、このアカウントは主に血液酸素化レベル依存 (BOLD) 信号を用いた機能的 MRI (fMRI) 研究に基づいています。FMRI 大胆な信号は優れた空間マッピング ツール、神経血管結合を介した地域の循環動態の変動を反映するため、その時間の分解能が制限されます。その結果、BOLD 信号変化は多く遅い時間の尺度 (単位は秒) 基になる (単位はミリ秒) ニューラル イベント9より展開します。また、大胆な信号はアルコールの血管作動性効果10に敏感で、急性アルコール中毒の研究に適さなくなる神経の変化の大きさを正確に表さない可能性があります。内側と外側の前頭皮質、一時的に正確な方法で神経のイベントを記録する方法によって調べられるアルコール中毒の必要性への感度のため、推定される相互作用。メグは優れた時間分解能を以来、それは直接シナプス電流を反映しています。ここ採用解剖学的に制約のあるメグ (ひらやままどか) 方法を組み合わせたマルチ モーダル アプローチ分散構造 MRI と MEG 信号の震源のモデル化です。どこの競合・飲料関連脳律動変化が発生していると理解する、時系列(」と「)かかわる神経のコンポーネントの推定が可能です。

意思決定は認知制御に関するニーズの高まりに対処するため動的に従事している分散の脳領域との相互作用に依存しています。2 つの皮質間長距離同期イベント関連の変更を推定する 1 つの方法は、その共同振動11,12のインデックスとして結合の段階を計算します。本研究では、ACC と latPFC の co-oscillatory の相互作用を調べることにより理論を監視競合の基本的な教義をテストする位相同期解析が適用されます。シータ範囲 (4-7 Hz) の神経振動認知制御に関連付けられている、基本的な機構をトップダウン認知処理13,14に必要な長距離同期をサポートとして提案されています。 15,16。彼らは、前頭前野で作業の難易度の関数として生成され、急性アルコール中毒17,18,19,20によって減衰は大きく。

長期のアルコールの過剰摂取は、特に影響を受ける21,22である前頭前野の回路と認知障害の範囲に関連付けられます。急性アルコール中毒は、増加が困難、あいまいさ、または応答の非互換性17,23,24を誘発するこれらの条件の下で認知制御に有害です。意思決定に影響を与える、アルコール目標指向行動を妨げる可能性、貧しい自制心と増加を飲んで、可能性があります、トラフィック、または仕事関連危険25,26,27 にまた貢献するかもしれない.本研究は、シータ バンドと時間分解能が優れた主エグゼクティブ エリアとの同調性の振動の活動を測定するのにひらやままどかのアプローチを使用します。シータ活動と ACC と、latPFC との間の共同の振動に及ぼすアルコールはストループ干渉課題によって誘発される競合の関数として検討しました。我々 は、認知が高まるの大きい機能同期に関連付けられ、そのアルコール性不全内側と外側前頭前皮質の同期的活動の根底にある認知的制御における障害仮説します。

Protocol

この実験的なプロトコルは、カリフォルニア大学サンディエゴ校で人間の被験者保護委員会によって承認されています。 1. 被験者 右利き成人健常者を採用、その同意を得る、包含/除外基準にそれらの画面します。注:この研究では、20 の若い、健康な個人 (平均 ± 標準偏差 [SD] 年齢 = 25.3 ± 4.4 歳) など 8 人の女性は、決して治療を受けてまたは逮?…

Representative Results

行動の結果は、精度が低かったため、応答時間最長ちぐはぐな試験 (図 6) に、ストループ課題が応答干渉を正常に操作を示します。アルコール中毒は精度を下げたが、反応時間18に影響しなかった。 ひらやままどかアプローチで明らかにシータ周波数帯における活動の時空間的シー…

Discussion

マルチ モーダル イメージング本研究で使用されるメソッドには、各参加者の構造 MRI から派生した逆推定値の空間的制約と時間的正確な提案と MEG 信号の分散ソース モデルが装備されています。ひらやままどかのアプローチは、振動ダイナミクスの時空間的段階とヒトの認知制御長距離の統合への洞察力を提供するためにこれらの手法の長所を組み合わせたものです。このメソッドなど他の…

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

この作品は、健康の国民の協会 (R01 AA016624) によってサポートされています。彼女の重要な貢献のため博士三社ジャンニコバチェビッチに感謝しております。

Materials

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
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Keywords: Decision MakingFunctional Magnetic Resonance Imaging (fMRI)Anterior CingulateLateral Prefrontal CortexMagneto- And Electroencephalography (MEG)Alcohol IntoxicationStroop TaskBreath Alcohol Concentration
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Marinkovic, K., Beaton, L. E., Rosen, B. Q., Happer, J. P., Wagner, L. C. Disruption of Frontal Lobe Neural Synchrony During Cognitive Control by Alcohol Intoxication. J. Vis. Exp. (144), e58839, doi:10.3791/58839 (2019).
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