Name: disruption of frontal lobe neural synchrony during cognitive control by alcohol intoxication
Uploaded: 2019-02-06T15:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Disruption of Frontal Lobe Neural Synchrony During Cognitive Control by Alcohol Intoxication at JoVE.com

Dette arbeidet har blitt støttet av National Institutes of Health (R01-AA016624). Vi er takknemlige for Dr. Sanja Kovacevic for hennes viktig bidrag.

Denne eksperimentelle protokollen er godkjent av menneskelig fag beskyttelse komiteen ved University of California, San Diego.
1. mennesker
<ol><li>Rekruttere friske høyrehendt voksne frivillige få deres samtykke og skjermen dem på inkludering/ekskludering kriterier. Merk: I denne studien, tjue unge, friske individer (± standardavvik [SD] middelalder = 25.3 ± 4.4 år) inkludert 8 kvinner ble rekruttert som drikker i moderasjon, som aldri har vært i behandling eller ...

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...

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.

<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

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.

Atferdsmessige resultatene indikerer at aktiviteten Stroop ble manipulert svar forstyrrelser fordi nøyaktigheten var den laveste og svaret ganger den lengste på urimelig forsøk (figur 6). Alkoholforgiftning senket nøyaktighet, men påvirke ikke reaksjonstid18.
Spatio-temporale sekvensen av aktivitet i theta frekvensbånd avslørt med aMEG tilnærming er samlet med allment...

Watch this Scientific Journal Video about Disruption of Frontal Lobe Neural Synchrony During Cognitive Control by Alcohol Intoxication at JoVE.com

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

Forstyrrelse av frontallappen nevrale Synchrony under Cognitive administrere av alkoholforgiftning

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.

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

Beslutningstaking er en dynamisk, interaktiv prosess som har blitt studert mye med funksjonell magnetisk resonansavbildning, eller FMRI. Neuroimaging bevis indikerer at fremre cingulate og laterale prefrontale korttices er essensielle noder i det nevrale nettverket. Men på grunn av sin begrensede temporale oppløsning, kan IKKE FMRI nøyaktig reflektere tidspunktet og arten av deres samspill i sanntid.Den nåværende studien bruker en anatomisk begrenset magneto- og elektroencefalografi eller MEG-metode, som kombinerer distribuert kildemodellering av MEG-signalet med strukturell MR som danner hjernefilmer. Det tillater oss å undersøke hvordan akutt alkoholforgiftning påvirker beslutningstaking. Viser denne prosedyren vil være Joe Happer og Burke Rosen, doktorgradsstudenter, og Laura Wagner, en forskningsmedarbeider.Begynn med å eskortere deltakeren inn i MEG-laboratoriet for å kjøre en testskanning. Sett dem i skanneren, og sjekk kanalene for mulig magnetisering. Deretter måler du vekten og få dem til å blåse inn i en elektronisk breathalyzer.For å vurdere dynamiske endringer i de subjektive effektene av alkohol, informer emnet om at de vil rangere sine kortvarige følelser og tilstander i standardisert skala før drikking og ved to ekstra anledninger under forsøket, under den stigende og synkende lemmen av Breath Alcohol Concentration curb. Deretter administrerer du en øvelseskjøring av Stroop-oppgaven på en bærbar PC med stimuluspresentasjonsprogramvare for å sikre at deltakerne forstår oppgaven før opptak. Forbered alkoholdrikken ved å blande førsteklasses vodka med kjølt appelsinjuice, basert på hver deltakers kjønn og vekt.Server det samme volumet appelsinjuice i glass med felger vattert med vodka som placebodrikk. Be deltakeren om å konsumere drikken på ca. 10 minutter. Deretter plasserer du EEG-hetten og elektrookulogrammet, EOG, elektroder på deltakerens hode.Kontroller at alle impedanser er under 5 kiloohms. Fest hodeposisjonsindikatoren HPI, spoler på hver side av pannen og bak hvert øre. Plasser referanserammene på deltakerens hode.Endigitize posisjoner av fiducial punkter, inkludert nasion og to preauricular poeng posisjoner av HPI spoler, EEG elektroder og få et stort antall ekstra poeng som delineating hodet form. Kontroller deltakerens pustealkoholkonsentrasjon med en breathalyzer, som starter 15 minutter etter å ha drukket. Og så, hvert femte minutt, til de kommer inn i innspillingskammeret.Begynn med å plassere deltakeren komfortabelt i MEG-skanneren. Siden den prefrontale aktiviteten er av spesiell interesse, sørg for at deltakeren er plassert slik at hans eller hennes hode berører toppen av hjelmen og er justert langs forsiden. Deretter kobler du HPI-spolene og elektrohetten til de respektive inngangene på skanneren.Plasser responsputene slik at knappene kan trykkes komfortabelt. Minn deltakeren på å minimere blinking og for å unngå bevegelser, inkludert hodebevegelse forårsaket av å snakke. Undersøk alle kanaler for artefakter og mål hodeposisjonen i skanneren.Deretter starter du datainnsamling og starter oppgaven. Siden elektroniske enheter ikke kan brukes i det skjermede rommet, bytt til å bruke en spyttalkoholtest som består av en bomullspinne mettet i spytt og settes inn i en beholder som gir en lesing. Når oppgaven er fullført, lagrer du dataene og eskorterer deltakeren ut av opptakskammeret.Etter at deltakeren har gått ut av skanneren, kan du skaffe omtrent to minutter med data fra det tomme rommet som et mål på instrumental støy. Be deretter deltakeren om å vurdere oppfattet oppgavevansker, innholdet i imbibe-drikken, hvor beruset de følte seg, samt deres kortvarige stemninger og følelser. Til slutt, få en høyoppløselig anatomisk MR-skanning fra hver deltaker og rekonstruere hver deltakers kortikale overflate med bildebehandlingsprogramvare.Under databehandling bruker du et tillatt båndpassfilter og epuc-data i segmenter som inkluderer utfyllingsintervaller i hver ende. Fjern støyende og flate kanaler samt forsøk som inneholder artefakter ved visuell inspeksjon og ved hjelp av terskelbasert avvisning. Deretter bruker du uavhengig komponentanalyse for å fjerne øyeblink og hjerteartefakter.Eliminer forsøk med feil svar. Deretter bruker du flere lay wavelets for å beregne komplekst kraftspekter for hver studie i en Hertz-trinn, fjerde thetafrekvensbånd og fjern eventuelle ekstra artefakter. Hvis du vil registrere MEG-dataene sammen med MR-bilder, åpner du MR-laboratoriemodulen.Velg Fil, Importer, Isotrak-data. Velg raw_data. fif-filen, og klikk på Lag poeng.Velg deretter Windows, Landemerker, og klikk på Juster fiducial landemerker til co-registrering av MEG-data og MR er akseptabelt. Deretter oppretter du gruppegjennomsnitt av hendelsesrelatert theta-kildekraft ved å morphing hver deltakers estimater til en gjennomsnittlig kortikal representasjon. Deretter, for å visualisere kildeestimatene på en oppblåst gjennomsnittlig overflate, åpne MNE-programvaren.Velg Fil, Last inn Surface og last inn oppblåst gruppe gjennomsnittlig gratis surfer kortikal overflate. Dette etterfølges av å velge Fil, Administrer overlegg, Last inn STC, Last inn gjennomsnittsdata for gruppe og velg den innlastede filen fra tilgjengelige overlegg. Juster fargeskalaterskelen, og klikk vis.Se hjernefilmer av hendelsesrelatert theta makt og undersøke spatiotemporal stadier av behandling ved å identifisere områder og tidsvinduer preget av høyeste aktivering. Deretter oppretter du objektive interesseområder, AVKASTNING, basert på gjennomsnittsestimater for samlet gruppe. Hvis du vil innlemme kortikale steder med mest bemerkelsesverdig kildekraft, beregner du tidskurs for hvert emne, tilstand og avkastning.Til slutt estimere aktivitetsrelaterte endringer i langområdet synkronisering mellom hovedaktivering foci i ACC og lateral PFC ved å beregne fase låsing verdien. Uttrykk faselåsverdien som prosentendring i forhold til opprinnelig plan. Atferdsresultater indikerer at Stroop-oppgaven vellykket manipulerte responsforstyrrelser fordi nøyaktigheten var den laveste og responstiden lengst på urimelige studier.Alkoholforgiftning senket nøyaktigheten, men påvirket ikke reaksjonstiden. Hendelsesrelatert theta-kraften er størst på urimelige studier, noe som er i samsvar med dens følsomhet for konfliktkrav, spesielt i prefrontal cortex. Men sammenlignet med kongruous studier, reduserer alkohol theta-kraften på urimelige studier selektivt i ACC og den laterale PFC.Videre varierer cooscillations mellom ACC og lateral PFC over tid, med en generell tidlig økning i cooscillations under et stimulansbehandlingsstadium. Under placebo etterfølges dette av en vedvarende økning etter ca. 400 millisekunder på urimelige studier under integrasjons- og responsforberedelsesstadiet. I motsetning, akutt alkohol forgiftning dysregulates disse cooscillations som ytterligere indikerer sårbarheten av top-down regulerende funksjoner til alkohol.I denne studien har vi estimert spatiotemporal, hvor og når stadier av behandlingen, og har undersøkt hvordan ulike hjerneområder samhandler under beslutningstaking. Vi har vist hvordan alkoholforgiftning dysregerer det kognitive kontrollnettverket som kan føre til redusert evne til å avstå fra overdreven drikking.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Assessment of Ultrasonic Vocalizations During Drug Self-administration in Rats

Drug self-administration procedures are commonly used to study behavioral and neurochemical changes associated with human drug abuse, addiction and ...

Physiological, Morphological and Neurochemical Characterization of Neurons Modulated by Movement

The role of individual neurons and their function in neuronal circuits is fundamental to understanding the neuronal mechanisms of sensory and motor ...

Detection of Microregional Hypoxia in Mouse Cerebral Cortex by Two-photon Imaging of Endogenous NADH Fluorescence

Påvisning av Microregional Hypoksi i Mus Cerebral Cortex av to-foton Imaging av endogen NADH Fluorescence

The brain's ability to function at high levels of metabolic demand depends on continuous oxygen supply through blood flow and tissue oxygen diffusion. ...

Reproducible Mouse Sciatic Nerve Crush and Subsequent Assessment of Regeneration by Whole Mount Muscle Analysis

Reproduserbar Mouse hoftenervene Crush og påfølgende vurdering av Regeneration av Whole Mount Muscle Analysis

Regeneration in the peripheral nervous system (PNS) is widely studied both for its relevance to human disease and to understand the robust regenerative ...

Extinction Training During the Reconsolidation Window Prevents Recovery of Fear

Utryddelse Training Under reconsolidation Vindu Hindrer Recovery of Fear

Fear is maladaptive when it persists long after circumstances have become safe. It is therefore crucial to develop an approach that persistently prevents ...

Experimental Methods for Testing the Effects of Neurotrophic Peptide, ADNF-9, Against Alcohol-induced Apoptosis during Pregnancy in C57BL/6 Mice

Eksperimentelle metoder for å teste effekten av neurotrophic Peptide, ADNF-9, mot alkohol-indusert apoptose under graviditet i C57BL / 6 Mus

Experimental designs for investigating the effects of prenatal alcohol exposure during early embryonic stages in fetal brain growth are challenging. This ...

In Vivo Two-photon Imaging Of Experience-dependent Molecular Changes In Cortical Neurons

In Vivo Two-photon Imaging Of Experience-dependent Molecular Changes In Cortical Neurons

I Vivo to-foton avbildning av erfaring-avhengige molekylære endringer i kortikale Neurons

The brain's ability to change in response to experience is essential for healthy brain function, and abnormalities in this process contribute to a variety ...

Assessment of Neuromuscular Function Using Percutaneous Electrical Nerve Stimulation

Vurdering av nevromuskulær funksjon Bruke Percutaneous elektrisk nervestimulering

Percutaneous electrical nerve stimulation is a non-invasive method commonly used to evaluate neuromuscular function from brain to muscle (supra-spinal, ...

Optogenetic Manipulation of Neural Circuits During Monitoring Sleep/wakefulness States in Mice

Optogenetic manipulasjon av Neural kretser under overvåking søvn/våkenhet States i mus

In recent years, optogenetics has been widely used in many fields of neuroscientific research. In many cases, an opsin, such as channel rhodopsin 2 ...

Measuring Neural Mechanisms Underlying Sleep-Dependent Memory Consolidation During Naps in Early Childhood

Måle nevrale mekanismer underliggende søvn-avhengige minne konsolidering under lur i tidlig barndom

Sleep is critical for daily functioning. One important function of sleep is the consolidation of memories, a process that makes them stronger and less ...