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Neuroscienze

Interrupção do lóbulo Frontal sincronia Neural durante controle cognitivo por intoxicação alcoólica

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

Este experimento usa um método de magnetoencefalografia anatomicamente restrita (aMEG) para examinar o cérebro oscilatório dinâmica e sincronia funcional de longo alcance durante o noivado de controle cognitivo em função da intoxicação alcoólica aguda.

Abstract

Tomada de decisão depende de interações dinâmicas de regiões distribuídas, principalmente frontal do cérebro. Extensas evidências de estudos de ressonância magnética funcional (fMRI) indicam que o cingulado anterior (ACC) e os córtices pré-frontal laterais (latPFC) são essenciais nós subserving controle cognitivo. No entanto, devido a sua limitada resolução temporal, fMRI não reflete com precisão o calendário e a natureza de sua interação presumida. O presente estudo combina modelagem fonte distribuído do sinal temporalmente precisos magnetoencefalografia (MEG) com ressonância magnética em forma de “cinema do cérebro”, para: (1) estimativa as áreas corticais envolvidas no controle cognitivo (“onde”), (2) caracterizar sua sequência temporal (“quando”) e (3) quantificar a dinâmica oscilatória de suas interações neurais em tempo real. Interferência de Stroop foi associada com maior poder de evento-relacionado theta (4-7 Hz) da CCA durante a detecção de conflitos, seguida de sensibilidade sustentada às demandas cognitivas na ACC e latPFC durante a preparação de integração e resposta. Uma análise de bloqueio de fase revelou co-oscillatory interações entre estas áreas indicando sua maior sincronia neural em banda theta durante os ensaios de incongruentes indutora de conflito. Estes resultados confirmam que as oscilações de theta são fundamentais para a sincronização de longo alcance, necessária para a integração de influências de cima para baixo durante controle cognitivo. MEG reflete a atividade neural diretamente, que o torna adequado para manipulações farmacológicas em contraste com fMRI sensível a vasoativas confunde. No presente estudo, bebedores sociais saudáveis receberam uma dose moderada de álcool e placebo em um projeto dentro de assunto. Intoxicação aguda atenuadas poder de theta de Stroop conflito e desregulação co oscilações entre a ACC e latPFC, confirmando que o álcool é prejudicial para a sincronia neural subserving controle cognitivo. Interfere com o comportamento objetivo-dirigido que pode resultar em autocontrole deficiente, contribuindo para beber compulsivo. Em suma, este método pode fornecer insights sobre interações em tempo real durante o processamento cognitivo e pode caracterizar a sensibilidade seletiva desafio farmacológico através de redes neurais pertinentes.

Introduction

O objetivo geral deste estudo é examinar os efeitos da intoxicação aguda de álcool em alterações espaço-temporais na dinâmica oscilatória de cérebro e integração funcional de longo alcance durante controle cognitivo. O trabalhador assalariado multimodal imagem abordagem combina magnetoencefalografia (MEG) e ressonância magnética estrutural (MRI) para fornecer uma visão geral sobre a base neurológica da tomada de decisão com alta precisão temporal e ao nível de um sistema interativo.

Comportamento flexível torna possível adaptar-se às novas exigências contextuais e estrategicamente alternar entre diferentes tarefas e requisitos de acordo com os propósitos e objetivos. A capacidade de suprimir respostas automáticas em favor de ações relevantes para a meta, mas não habitual é um aspecto essencial do controle cognitivo. Extensas evidências sugerem que ele é subserved por uma rede cortical predominantemente frontal do córtex cingulado anterior (ACC) como um nó central desta rede interativa1,2,3,4. Enquanto a conectividade anatômica abundante entre a ACC e córtices frontais laterais é bem descrita5,6, as características funcionais da comunicação entre estas regiões durante controle cognitivo, seleção de resposta e execução, são mal compreendido.

O conflito altamente influente teoria7,8 de monitoramento propõe que controle cognitivo surge de uma interação dinâmica entre os córtices pré-frontal medial e laterais. Esta conta propõe que o ACC monitora o conflito entre concorrentes representações e envolve o córtex pré-frontal lateral (latPFC) para implementar o controle de resposta e otimizar o desempenho. No entanto, essa conta é baseada principalmente sobre os estudos de MRI (ressonância magnética) funcionais usando o sangue oxigenação nível dependente (BOLD) sinal. O sinal BOLD fMRI é uma ferramenta de mapeamento espacial excelente, mas sua resolução temporal é limitada porque reflecte alterações hemodinâmicas regionais mediadas por acoplamento neurovascular. Como resultado, as alterações do sinal bold (realce) se desdobrar em uma muito mais lenta escala de tempo (em segundos) que o subjacente de eventos neurais (em milissegundos)9. Além disso, o sinal bold (realce) é sensível ao vasoativas efeitos10 do álcool e pode não representar fielmente a magnitude de mudanças neurais, que o torna menos adequados para estudos de intoxicação alcoólica aguda. Portanto, a interação presumida entre os córtices pré-frontal medial e laterais e sua sensibilidade à intoxicação por álcool precisa ser examinado por métodos que registram eventos neurais de forma temporalmente precisa. MEG tem uma excelente resolução temporal, desde que diretamente reflete correntes pós-sinápticas. A metodologia de MEG (aMEG) anatomicamente restrito empregada aqui é distribuída de uma abordagem multimodal que combina modelagem de origem do sinal MEG com ressonância magnética. Permite a estimativa de onde que as conflito e bebidas relacionadas ao cérebro oscilatório mudanças estão ocorrendo e para entender a sequência temporal (“quando”) dos componentes neurais envolvidos.

Tomada de decisão baseia-se na interação entre regiões do cérebro distribuídos dinamicamente envolvidos para lidar com exigências de aumentada de controle cognitivo. Uma maneira de estimar as alterações relacionadas a eventos em sincronia de longo alcance entre duas regiões corticais é para calcular a sua fase de acoplamento como um índice de suas oscilações co11,12. O presente estudo aplicado uma bloqueio de fase de análise para testar o princípio básico do conflito monitoramento teoria examinando as interações co-oscillatory entre a ACC e latPFC. Oscilações neurais na escala do theta (4-7 Hz) são associadas com o controle cognitivo e foram propostas como um mecanismo fundamental de suporte a sincronização de longo alcance necessária para o processamento cognitivo de cima para baixo13,14, 15,16. Eles são gerados em áreas pré-frontal em função da dificuldade da tarefa e são significativamente atenuados por intoxicação aguda de álcool17,18,19,de20.

A longo prazo ingestão excessiva de álcool está associado com uma variedade de déficits cognitivos pré-frontal circuitos, sendo especialmente afetada21,22. Intoxicação aguda de álcool é prejudicial para o controle cognitivo sob condições de maior dificuldade, ambiguidade ou aqueles que induzem resposta incompatibilidade17,23,24. Por que afetam a tomada de decisão, álcool pode interferir com o comportamento objetivo-dirigido, pode resultar em pobre auto-controle e beber aumentado e também pode contribuir para tráfego ou trabalho relacionadas a perigos25,26,27 . O presente estudo utiliza uma abordagem aMEG para medir a atividade oscilatória em banda theta e sincronia entre as principais áreas executivas com excelente resolução temporal. Os efeitos do álcool sobre a atividade theta e co oscilações entre a ACC e o latPFC são examinados em função do conflito eliciada a tarefa de interferência de Stroop. Nós hypothesize que aumento de demandas cognitivas estão associadas com maior sincronia funcional e deficiências no controle cognitivo subjacente a esse hipotalâmica induzida pelo álcool da atividade síncrona dos córtices pré-frontal medial e laterais.

Protocol

Este protocolo experimental foi aprovado pelo Comitê de proteção humana assuntos da Universidade da Califórnia, San Diego. 1. os humanos Recrutar voluntários saudáveis de adultos destros, obter o seu consentimento e tela-los sobre os critérios de inclusão/exclusão.Nota: Neste estudo, vinte indivíduos saudáveis jovens (± desvio padrão [SD] idade média = 25,3 ± 4,4 anos) incluindo 8 mulheres foram recrutadas que bebem com moderação, que nunca foram…

Representative Results

Resultados comportamentais indicam que a tarefa de Stroop com sucesso manipulado interferência de resposta porque a precisão foi a mais baixa e a resposta vezes mais tempo em ensaios incongruentes (Figura 6). Intoxicação por álcool diminuiu precisão mas não afetou a tempos de reação18. A sequência espaço-temporal da atividade na banda de frequência theta revelada-…

Discussion

A multimodal de imagens método utilizado neste estudo é composto por fonte distribuído modelagem do sinal MEG temporalmente preciso junto com restrições espaciais das estimativas inversas, derivadas de ressonância magnética da cada participante. A abordagem de aMEG combina os pontos fortes destas técnicas para fornecer insights sobre os estágios espácio-temporais da dinâmica oscilatória e a integração de longo alcance subserving controle cognitivo. Este método fornece maior precisão temporal do que outras…

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Este trabalho foi apoiado pelo National Institutes of Health (R01-AA016624). Nós estamos gratos ao Dr. Sanja Kovacevic por suas importantes contribuições.

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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