Name: disruption of frontal lobe neural synchrony during cognitive control by alcohol intoxication
Uploaded: 2019-02-06T15:00:00
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这项工作得到了国家卫生研究院的支持 (r01-aa016624)。我们感谢 sanja kovacevic 博士的重要贡献。

这一实验协议已得到加州大学圣地亚哥分校人类科目保护委员会的批准。
1. 人的主体
<ol><li>招募健康的右手成人志愿者, 征得他们的同意, 并根据包容/排除标准对他们进行筛选。 请注意:在这项研究中, 20名年轻、健康的人 (平均±标准偏差 [sd] 年龄 = 25.3±4.4 岁) 被招募, 其中包括8名妇女, 她们饮酒适度, 从未因吸毒或酗酒罪接受过治疗或逮捕, 她们没有报告与酒?...

本研究采用的多模态成像方法包括时间精确 meg 信号的分布式源建模, 以及从每个参与者的结构 mri 中得到的逆估计的空间约束。ameg 方法结合了这些技术的优势, 提供了对振荡动力学时空阶段和远程整合顺从的认知控制的洞察。与其他神经成像技术 (如 fmri-bold) 相比, 这种方法提供了更高的时间精度, fmri-bold 的时间分辨率达到了秒级, 因为它通过神经血管耦合9对神经变化的间接敏感性.<...

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和长期功能整合的影响。采用多模态成像方法, 结合了磁脑成像 (meg) 和结构磁共振成像 (mri), 以实现高时间精度和交互式系统级别的决策神经基础。
灵活的行为使人们能够适应不断变化的环境需求, 并根据自己的意图和目标在不同的任务和要求之间进行战略转换。抑制自动反应的能力有利于目标相关但非习惯性的行动是认知控制的一个重要方面。大量证据表明, 它是由一个主要的额叶皮质网络, 与前扣带回皮层 (acc) 作为一个中心节点在这个互动网络1,2,3,4。虽然 acc 和额叶侧皮质之间丰富的解剖连接描述得很好,但这些区域之间在认知控制过程中的沟通功能特征, 反应选择和执行, 是鲜为人知的。
影响很大的冲突监测理论7,8提出认知控制产生于内侧和侧向前额皮质之间的动态相互作用。此帐户声称 acc 监视竞争表示之间的冲突, 并与额叶外侧皮层 (latpfc) 进行响应控制和优化性能。然而, 这个帐户主要是基于功能 mri (fmri) 研究使用血液氧合水平相关 (bold) 信号。fmri-bold 信号是一种很好的空间映射工具, 但它的时间分辨率有限, 因为它反映了神经血管耦合介导的区域血流动力学变化。因此, bold 信号的变化在比基础神经事件 (以毫秒为单位) 9 的时间尺度 (以秒为单位)上展开。此外, bold 信号对酒精的血管活性作用 10敏感, 可能不能准确地反映神经变化的大小, 这使得它不太适合急性酒精中毒的研究。因此, 假定的前额叶皮质和它对酒精中毒的敏感性之间的假定相互作用需要通过以时间精确的方式记录神经事件的方法来检查。meg 具有出色的时间分辨率, 因为它直接反映突触后电流。这里采用的解剖约束 meg (amegg) 方法是一种多模态方法, 它将 meg 信号的分布式源建模与结构 mri 相结合。它允许估计与冲突和 bever无休止的大脑振荡变化发生的地点, 并了解所涉及的神经成分的时间序列 ("何时") 。
决策依赖于动态参与处理对认知控制的更高需求的分布式大脑区域的交互。估计两个皮质区域之间远程同步中与事件相关的变化的一种方法是计算它们的相位耦合作为其共同振荡 11、12 的指数。本研究采用相位锁定分析的方法, 通过研究 acc 和 latpfc 之间的共振荡相互作用, 检验冲突监测理论的基本原则。teta 范围 (4-7 hz) 中的神经振荡与认知控制有关, 并被认为是支持自上而下认知处理所需的远程同步的基本机制 13,14, 15,16。它们是在前额叶区域产生的任务困难, 并显著减弱的急性酒精中毒17,18,19, 20.
长期过量饮酒与一系列认知缺陷有关, 前额电路尤其受到 21,22的影响。急性酒精中毒在难度增加、模糊或引起反应不兼容的情况下, 对认知控制有害.通过影响决策, 酒精可能会干扰目标导向的行为, 可能导致自制力差和饮酒增加, 也可能导致交通或与工作有关的危害25,26, 27.本研究采用 a/meg 方法测量了具有良好时间分辨率的主要执行区域之间在 theta 波段和同步的振荡活动。酒精对 acc 和 latpfc 之间的协同振荡的影响被研究为 stroop 干扰任务引起的冲突的函数。我们假设, 认知需求的增加与更大的功能同步有关, 酒精引起的内侧和外侧前额皮质同步活动的失调是认知控制中的损伤的基础。

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:871px;" width="873">
	<tbody>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;width:222px;">Elekta Neuromag</td>
			<td style="width:125px;">Elekta</td>
			<td style="width:354px;"></td>
			<td style="width:171px;">Magnetoencephalography system</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">1.5 T GE EXCITE HG</td>
			<td>General Electric</td>
			<td></td>
			<td>Magnetic Resonance Imaging scanner</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Gold Cup Electrodes</td>
			<td>OpenBCI</td>
			<td></td>
			<td>Electroencephalography electrodes for optional simultaneous EEG recording</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Prep Check Impedance Meter</td>
			<td>General Devices</td>
			<td></td>
			<td>Check electrode impedances</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">HPI Coils</td>
			<td>Elekta</td>
			<td></td>
			<td>Head position indicator coils for co-registration</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Alcotest</td>
			<td>Draeger</td>
			<td></td>
			<td>Breathalyzer</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Fiber Optic Response Pad</td>
			<td>Current Designs, Inc</td>
			<td></td>
			<td>MEG-compatible response pad</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Grey Goose Vodka</td>
			<td>Bacardi</td>
			<td></td>
			<td>Vodka is used during the alcohol session</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Orange Juice</td>
			<td>Naked</td>
			<td></td>
			<td>Orange juice is used as the beverage during the placebo session as well as mixed with vodka during the alcohol session</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Discover Drug Test Card</td>
			<td colspan="2">American Screening Corp</td>
			<td>Multi-screen drug test</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">QED Saliva Alcohol Test</td>
			<td colspan="2">OraSure Technologies</td>
			<td>Saliva alcohol test</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Urine Hcg Test Strips</td>
			<td>Joylive</td>
			<td></td>
			<td>Pregnancy test</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Short Michigan Alcohol Screening Test</td>
			<td>Selzer et al., 1975</td>
			<td></td>
			<td>Alcoholism screening questionnaire</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Zuckerman Sensation Seeking Scale</td>
			<td>Zuckerman, 1971</td>
			<td></td>
			<td>Questionnaire: disinhibitory, novelty-seeking, and socialization traits</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Eysenck Impulsivity Inventory</td>
			<td colspan="2">Eysenck &#38; Eysenck, 1978</td>
			<td>Questionnaire: impulsivity traits</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Eysenck Personality Questionnaire</td>
			<td colspan="2">Eysenck &#38; Eysenck, 1975</td>
			<td>Questionnaire: personality traits</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Biphasic Alcohol Effects Scale&#160;</td>
			<td>Martin et al., 1993</td>
			<td></td>
			<td>Questionnaire: subjective experience of the effects of alcohol</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

disruption of frontal lobe neural synchrony during cognitive control by alcohol intoxication

决策依赖于分布的动态交互, 主要是额叶大脑区域。功能磁共振成像 (fmri) 研究的大量证据表明, 前扣带带 (acc) 和额叶外侧皮质 (ltpfc) 是辅助认知控制的重要节点。然而, 由于其有限的时间分辨率, fmri 不能准确地反映其假定的相互作用的时间和性质。本研究将时间精确磁脑电图 (meg) 信号的分布式源建模与结构 mri 结合起来, 以 "脑电影" 的形式出现: (1) 估计认知控制所涉及的皮层区域 ("在哪里"), (2) 特征他们的时间序列 ("当"), 和 (3) 量化他们的神经相互作用的振荡动力学实时。stroop 干扰与冲突检测期间 acc 中更大的事件相关的 theta (4-7 hz) 功率有关, 随后在集成和准备反应过程中对 acc 和 latpfc 的认知需求保持持续敏感。相位锁定分析显示, 在引起冲突的不协调试验中, 这些区域之间的协同振荡相互作用表明它们在 theta 波段的神经同步增加。这些结果证实, 在认知控制过程中, 这种振荡是将自上而下的影响结合起来所需的远程同步的基础。meg 直接反映神经活动, 这使得它适合于药理操作, 而 fmri 是敏感的血管活性混淆。在本研究中, 健康的社会饮酒者在主题内设计中给予适度的酒精剂量和安慰剂。急性中毒减弱了该策略的力量, 以减弱为 stroop 冲突和失调的共同振荡之间的 acc 和 latpfc, 证实酒精是有害的神经同步潜移默化的认知控制。它干扰目标导向的行为, 可能导致缺乏自制力, 导致强迫饮酒。总之, 该方法可以提供对认知处理过程中的实时交互的洞察, 并可以描述相关神经网络对药理挑战的选择性敏感性。

行为结果表明, stroop 任务成功地操纵了响应干扰, 因为在不协调的试验中, 响应精度最低, 响应时间最长 (图 6)。酒精中毒降低了准确性, 但不影响反应时间18。
用 amegg 方法揭示的 theta 频段活动的时空序列总体上与这类任务中普遍接受的认知功能模型一致。正如大脑电影 (电影 2</stro...

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Disruption of Frontal Lobe Neural Synchrony During Cognitive Control by Alcohol Intoxication

酒精中毒在认知控制过程中对前小管神经同步的破坏

本实验采用解剖约束的磁脑电图 (ameg) 方法, 在认知控制参与过程中, 作为急性酒精中毒的功能, 检查大脑振荡动力学和远程功能同步。

Decision making relies on dynamic interactions of distributed, primarily frontal brain regions. Extensive evidence from functional magnetic resonance ...

决策是一个动态的交互式过程，已通过功能磁共振成像（FMRI）进行了广泛的研究。神经成像证据表明，前结和侧前额皮质是该神经网络中必不可少的节点。然而，由于时间分辨率有限，FMRI无法实时准确反映其相互作用的时间和性质。本研究采用解剖约束的磁热和脑电图或MEG方法，将MEG信号的分布式源建模与结构MRI形成脑片相结合。它允许我们检查急性酒精中毒如何影响决策。展示这个程序的将是乔·哈珀和伯克·罗森，博士生，以及劳拉·瓦格纳，一个研究助理。首先护送学员进入 MEG 实验室运行测试扫描。将它们放入扫描仪中，并检查通道是否可能进行磁化。然后，测量它们的重量，让他们吹入电子呼吸分析器。为了评估酒精主观效应的动态变化，通知对象，他们会在饮酒前和在实验期间，在呼吸酒精浓度抑制的升降肢体期间，以标准化的尺度对他们的瞬间感觉和状态进行评价。然后，使用刺激演示软件在笔记本电脑上管理 Stroop 任务的练习运行，以确保学员在录制前了解该任务。根据每个参与者的性别和体重，将优质伏特加与冰镇橙汁混合，准备酒精饮料。在玻璃杯中供应相同量的橙汁，边缘与伏特加一起作为安慰剂饮料。请学员在大约 10 分钟内饮用饮料。接下来，将 EEG 盖和电图 EOG、电极放在参与者的头上。检查所有阻抗是否低于 5 千瓦。将头部位置指示器 HPI 连接到前额两侧和每个耳朵后面的线圈。将参考框架放在参与者的头上。内化基准点的位置，包括 HPI 线圈的鼻塞和两个前极点位置，EEG 电极，并获取大量描绘头部形状的附加点。使用呼吸分析器检查参与者的呼吸酒精浓度，从饮用后 15 分钟开始。然后，每五分钟，直到他们进入录音室。首先，在 MEG 扫描仪中舒适地定位学员。由于前额活动特别令人感兴趣，请确保学员的定位，以便其头部触摸头盔顶部并沿正面对齐。接下来，将 HPI 线圈和电盖连接到扫描仪上各自的输入。放置响应垫，以便可以舒适地按下按钮。提醒学员尽量减少眨眼，避免因说话而导致的头部运动。检查所有通道的伪影，并测量扫描仪的头部位置。然后，开始数据采集并开始任务。由于电子设备不能在屏蔽室中使用，因此切换到使用唾液酒精测试，该测试由唾液中饱和的棉签组成，并插入提供读出的容器中。任务完成后，保存数据并护送参与者离开录音室。学员离开扫描仪后，从空房间获取大约两分钟的数据，作为仪器噪声的测量。然后，请学员对感知到的任务难度、饮料内容、醉酒感以及他们瞬间的情绪和感受进行评价。最后，从每个参与者获得高分辨率解剖MRI扫描，并重建每个参与者的皮质表面与成像软件。在数据预处理期间，使用允许的带通滤波器和 epuc 数据到包含每一端填充间隔的段中。通过目视检查和基于阈值的拒绝，移除嘈杂和扁平的通道以及包含伪影的试验。然后，使用独立的组件分析去除眨眼和心脏伪影。消除反应不正确的试验。接下来，应用更多的外行小波，以一个赫兹增量计算每个试验的复杂功率频谱，第四个带，并删除任何其他伪影。要与 MRI 映像共同注册 MEG 数据，请打开 MRI 实验室模块。选择文件、导入、同位素数据。选择raw_data。fif 文件，然后单击"使点"。然后选择 Windows、地标，然后单击"调整基准"，直到 ME 数据和 MRI 共同注册是可以接受的。接下来，通过将每个参与者的估计值变形为平均皮质表示形式，创建与事件相关的 theta 源功率的组平均值。然后，要在膨胀的平均表面上可视化源估计值，请打开 MNE 软件。选择"文件"、加载曲面和加载膨胀组平均免费冲浪皮质表面。接下来选择"文件"、管理叠加、加载 STC、加载组平均数据，然后从可用叠加中选择加载的文件。调整色度阈值，然后单击"显示"。查看与活动相关的脑电影，通过识别以最高激活为特征的区域和时间窗口，检查处理的时空阶段。接下来，根据总体组平均估计，创建公正的感兴趣区域 ROI。要将具有最显著电源的皮质位置合并，请计算每个科目、条件和 ROI 的时间课程。最后，通过计算相位锁定值，估计 ACC 中主激活 foci 与横向 PFC 之间远程同步中的任务相关更改。将相位锁定值表示为相对于基线的百分比变化。行为结果表明，Stroop任务成功地操纵了响应干扰，因为精度最低，反应时间最长，在不协调的试验。酒精中毒降低了准确性，但不影响反应时间。事件相关力量在不协调的试验中最大，这与它对冲突要求的敏感性是一致的，特别是在前额皮层。然而，与一致试验相比，酒精会选择性地降低ACC和横向PFC中不协调试验的电量。此外，ACC 和横向 PFC 之间的交流因时间而异，在刺激处理阶段，库茨的整体早期增加。在安慰剂下，在整合和反应准备阶段进行约400毫秒的不协调试验后，这种试验持续增加。相比之下，急性酒精中毒不良会调节这些凝血，这进一步表明自上而下的调节功能对酒精的脆弱性。在这项研究中，我们估计了时空，处理地点和时间，并调查了不同的大脑区域在决策过程中如何相互作用。我们已经展示了酒精中毒的不控制如何调节认知控制网络，这可能会导致避免过度饮酒的能力下降。

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