Dette eksperimentet bruker en anatomisk begrenset magnetoencephalography (aMEG) metoden for å undersøke hjernen oscillasjon dynamikk og langtrekkende funksjonelle synkronisering under engasjement cognitive administrere som en funksjon av akutt alkoholforgiftning.
Beslutningstaking er avhengig av dynamisk interaksjoner av distribuerte, hovedsakelig frontal hjernen regioner. Omfattende bevis fra funksjonell magnetisk resonans imaging (fMRI) studier indikerer at det fremre cingulate (ACC) og de laterale prefrontal halvdelene (latPFC) er viktig noder subserving cognitive administrere. Men på grunn av sin begrensede timelige oppløsning gjenspeile fMRI ikke nøyaktig den timingen og deres antatte samspill. Studien kombinerer distribuert kilde modellering av tidsmessig presis magnetoencephalography (MEG) med strukturelle MRI i form av “hjernen filmer” å: (1) estimat kortikale områder involvert i cognitive administrere (“hvor”), (2) kjennetegner deres timelige rekkefølgen (“når”), og (3) kvantifisere oscillasjon dynamikken i deres nevrale samhandling i sanntid. Stroop forstyrrelser var forbundet med større hendelse-relaterte theta (4-7 Hz) makt i ACC under konfliktsøk etterfulgt av vedvarende følsomhet til kognitiv krav i ACC og latPFC under integrasjon og svar forberedelse. En fase-låsing analyse viste co-oscillatory vekselsvirkningene mellom disse områdene som indikerer deres økt nevrale synkronisering i theta band under konflikt-inducing uensartet prøvelser. Disse resultatene bekrefter at theta svingninger er grunnleggende for langtrekkende synkronisering nødvendig for å integrere ovenfra og ned påvirkninger under cognitive administrere. MEG gjenspeiler nevrale aktivitet direkte, som gjør den egnet for farmakologisk manipulasjoner i motsetning fMRI som er følsomme for vasoactive forundrer. Studien fikk sunn sosiale drikker en moderat alkoholforbruk dose og placebo i i-faget design. Akutt forgiftning dempes theta strøm til Stroop konflikt og dysregulated co svingninger mellom ACC og latPFC, bekrefter at alkohol er skadelig for neural synkronisering subserving cognitive administrere. Det forstyrrer målrettet atferd som kan føre til mangelfull selvkontroll, bidra til tvangsmessig drikke. I sum, denne metoden kan gi innsikt i sanntids interaksjon under kognitive behandlingen og kan beskrive selektiv følsomheten farmakologiske Challenge over relevante neural nettverk.
Det overordnede målet med denne studien er å undersøke effekten av akutt alkoholforgiftning spatio-temporal endringer i hjernen oscillasjon dynamikk og langtrekkende funksjonell integrering under cognitive administrere. Den næringsdrivende intermodal imaging tilnærming kombinerer magnetoencephalography (MEG) og strukturelle magnetisk resonans imaging (MRI) å gi innsikt i nevrale grunnlag av beslutninger med høy timelige presisjon og nivået av et interaktivt system.
Fleksibel atferd gjør det mulig å tilpasse til forandre innholdsrettet krav og bytte strategisk mellom ulike oppgaver og krav med sine hensikter og mål. Kapasitet til å undertrykke automatiske svar for målet-relevant men ikke-vanlige handlinger er en vesentlig del av cognitive administrere. Omfattende bevis antyder at det er subserved av et overveiende frontal kortikale nettverk, med anterior cingulate cortex (ACC) som en sentral node i denne interaktive nettverk1,2,3,4. Mens rikelig anatomiske tilkobling mellom ACC og lateral frontal halvdelene er godt beskrevet5,6, funksjonelle egenskaper for kommunikasjon mellom disse regionene under cognitive administrere, svar utvalg og gjennomføring, er dårlig forstått.
Svært innflytelsesrike konflikten overvåking teori7,8 foreslår at cognitive administrere oppstår fra et dynamisk samspill mellom de mediale og laterale prefrontal halvdelene. Denne kontoen hensikt at ACC overvåker konflikt mellom konkurrerende fremstillinger og engasjerer lateral prefrontal cortex (latPFC) å implementere control-svar og optimalisere ytelse. Denne kontoen er imidlertid primært basert på funksjonell MRI (fMRI) studiene med blod oksygenering nivå avhengige (fet) signalet. FMRI-fet signalet er en utmerket romlige kartlegging verktøy, men timelige oppløsningen er begrenset fordi det gjenspeiler regionale hemodynamic endringer formidlet av nevrovaskulære kopling. Resultatet endres fet signal utfolder seg på en mye langsommere tidsskala (i sekunder) enn den underliggende nevrale hendelser (i millisekunder)9. Videre fet signalet er følsom for alkohols vasoactive effekter10 og kan ikke nøyaktig representere omfanget av nevrale forandringer, som gjør det mindre egnet for studier av akutt alkoholforgiftning. Derfor antatt samspillet mellom de mediale og laterale prefrontal halvdelene og sin følsomhet til alkohol forgiftning må undersøkes av metoder som vanlig nevrale hendelser på en tidsmessig presis måte. MEG har en utmerket midlertidig løsning fordi den gjenspeiler direkte postsynaptic strøm. Anatomisk begrenset MEG (aMEG) metodikken ansatt her er en flere tilnærming som kombinerer distribuert kilde modellering av MEG med strukturelle MRI. Det tillater for estimering av hvor konflikt – og drikke-relaterte hjernen oscillasjon endringene oppstår og å forstå den timelige rekkefølgen (“når”) involvert nevrale komponenter.
Beslutningstaking er avhengig av samhandling distribuert hjernen regioner som er dynamisk engasjert å håndtere økte krav til cognitive administrere. En måte å beregne begivenhet-relaterte endringer i langtrekkende synkronisering mellom to kortikale områder er å beregne deres fase kopling som en indeks av deres co svingninger11,12. Studien brukte en fase-låsing analyse for å teste grunnleggende prinsipp for konflikten overvåking teori ved å undersøke co-oscillatory samspillet mellom ACC og latPFC. Nevrale svingninger i theta området (4-7 Hz) er forbundet med cognitive administrere og foreslått som en grunnleggende mekanisme støtte langtrekkende synkroniseringen nødvendig for topp-ned kognitive behandling13,14, 15,16. De er generert i prefrontal områder som en funksjon av oppgaven problemer og er betydelig dempes av akutt alkohol forgiftning17,18,19,20.
Langsiktig overdreven alkoholinntak er forbundet med en rekke kognitiv underskudd prefrontal kretser blir spesielt berørte21,22. Akutt alkoholforgiftning er skadelig for cognitive administrere under forhold med økt vanskelighetsgrad, tvetydighet, eller de som induserer svar uforlikelighet17,23,24. Ved å påvirke beslutninger, alkohol kan forstyrre målrettet atferd, kan føre til dårlig selvkontroll og økt drikking og kan også bidra til trafikk – eller arbeidsrelaterte farer25,26,27 . Studien bruker en aMEG tilnærming til å måle oscillasjon aktiviteten i theta band og synkronisering mellom de viktigste executive områdene med utmerket midlertidig løsning. Effekter av alkohol på theta aktivitet og co svingninger mellom ACC og latPFC undersøkt som en funksjon av konflikten brakt frem av aktiviteten Stroop forstyrrelser. Vi hypothesize at økt kognitive krav er forbundet med større funksjonelle synkronisering og at alkohol-indusert feilregulering synkron aktivitet av de mediale og laterale prefrontal halvdelene ligger under impairments i cognitive administrere.
Multimodal imaging metode brukt i denne studien omfatter distribuert kilde modellering av tidsmessig presis MEG sammen med romlig begrensninger av inverse avledet fra hver deltakers strukturelle MRI. AMEG tilnærmingen syndikatene styrken av disse teknikkene å spatio-temporale stadier av oscillasjon dynamics og langtrekkende integrering subserving cognitive administrere. Denne metoden gir større timelige presisjon enn andre neuroimaging teknikker som fMRI-fet timelige oppløsningen er på omfanget av sekunder på grunn…
The authors have nothing to disclose.
Dette arbeidet har blitt støttet av National Institutes of Health (R01-AA016624). Vi er takknemlige for Dr. Sanja Kovacevic for hennes viktig 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 |