Name: disruption of frontal lobe neural synchrony during cognitive control by alcohol intoxication
Uploaded: 2019-02-06T15:00:00
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Este trabalho foi apoiado pelo National Institutes of Health (R01-AA016624). Nós estamos gratos ao Dr. Sanja Kovacevic por suas importantes contribuições.

Este protocolo experimental foi aprovado pelo Comitê de proteção humana assuntos da Universidade da Califórnia, San Diego.
1. os humanos
<ol><li>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...

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...

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.

<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

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.

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-...

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

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

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.

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

A tomada de decisão é um processo dinâmico e interativo que tem sido estudado extensivamente com ressonância magnética funcional, ou FMRI. Evidências de neuroimagem indicam que o cingulado anterior e os cortices pré-frontal laterais são nós essenciais nessa rede neural. No entanto, devido à sua resolução temporal limitada, a FMRI não pode refletir com precisão o tempo e a natureza de sua interação em tempo real.O presente estudo utiliza um método magneto-e-eletroencefalografia anatomicamente restrito ou MEG, que combina modelagem de fonte distribuída do sinal MEG com ressonância magnética estrutural formando filmes cerebrais. Permite-nos examinar como a intoxicação aguda pelo álcool afeta a tomada de decisões. Demonstrando este procedimento estarão Joe Happer e Burke Rosen, estudantes de doutorado, e Laura Wagner, uma pesquisadora associada.Comece escoltando o participante até o laboratório MEG para fazer uma varredura de teste. Coloque-os no scanner e verifique os canais para uma possível magnetização. Em seguida, meça seu peso e mande-os soprar em um bafômetro eletrônico.Para avaliar mudanças dinâmicas nos efeitos subjetivos do álcool, informe o sujeito que eles irão classificar seus sentimentos momentâneos e estados em uma escala padronizada antes do consumo e em duas ocasiões adicionais durante o experimento, durante o membro ascendente e descendente do meio-fio de Concentração de Álcool do Hálito. Em seguida, administre uma execução prática da tarefa Stroop em um laptop com software de apresentação de estímulo para garantir que os participantes entendam a tarefa antes da gravação. Prepare a bebida alcoólica misturando vodca de qualidade premium com suco de laranja resfriado, com base no sexo e peso de cada participante.Sirva o mesmo volume de suco de laranja em copos com aros esfregados com vodca como uma bebida placebo. Peça ao participante para consumir a bebida em aproximadamente 10 minutos. Em seguida, posicione a tampa EEG e o eletro-oculograma, EOG, eletrodos na cabeça do participante.Verifique se todas as impedâncias estão abaixo de 5 kiloohms. Fixar o indicador de posição da cabeça, HPI, bobinas em ambos os lados da testa e atrás de cada orelha. Coloque os quadros de referência na cabeça do participante.Endigitize posições dos pontos fiduciais, incluindo as posições de nasion e dois pontos pré-uriculares das bobinas do HPI, eletrodos EEG e obtenha um grande número de pontos adicionais delineando a forma da cabeça. Verifique a concentração de álcool no hálito do participante com o bafômetro, começando aos 15 minutos após o consumo. E então, a cada cinco minutos, até entrarem na câmara de gravação.Comece posicionando o participante confortavelmente no scanner MEG. Uma vez que a atividade pré-frontal é de particular interesse, certifique-se de que o participante esteja posicionado para que sua cabeça esteja tocando a parte superior do capacete e esteja alinhada ao longo da frente. Em seguida, conecte as bobinas HPI e a tampa eletro às respectivas entradas no scanner.Posicione as almofadas de resposta para que os botões possam ser pressionados confortavelmente. Lembre o participante para minimizar o piscar e evitar movimentos, incluindo movimento da cabeça causado pela conversa. Examine todos os canais em busca de artefatos e meça a posição da cabeça no scanner.Em seguida, inicie a aquisição de dados e inicie a tarefa. Como os dispositivos eletrônicos não podem ser usados na sala blindada, mude para o uso de um teste de álcool de saliva que consiste em um cotonete saturado de saliva e é inserido em um recipiente que fornece uma leitura. Após a conclusão da tarefa, salve os dados e acompanhe o participante para fora da câmara de gravação.Após o participante sair do scanner, adquira aproximadamente dois minutos de dados da sala vazia como medida de ruído instrumental. Em seguida, peça ao participante para avaliar a dificuldade de tarefa percebida, o conteúdo da bebida do imbibe, o quão intoxicados eles se sentiam, bem como seus humores e sentimentos momentâneos. Finalmente, obtenha uma ressonância magnética anatômica de alta resolução de cada participante e reconstrua a superfície cortical de cada participante com software de imagem.Durante o pré-processamento de dados, use um filtro permissivo de band-pass e dados epuc em segmentos que incluem intervalos de preenchimento em cada extremidade. Remova canais barulhentos e planos, bem como ensaios contendo artefatos por inspeção visual e usando rejeição baseada em limiar. Em seguida, use a análise de componentes independentes para remover os olhos piscadas e artefatos cardíacos.Elimine os ensaios com respostas incorretas. Em seguida, aplique mais ondas leigas para calcular espectro de energia complexo para cada ensaio em um incremento hertz, quarta faixa de frequência theta e remova quaisquer artefatos adicionais. Para co-registrar os dados do MEG com imagens de ressonância magnética, abra o módulo de laboratório de ressonância magnética.Selecione arquivo, importação, dados isotrak. Selecione raw_data. arquivo fif e clique em Fazer pontos.Em seguida, selecione Windows, Landmarks e clique em Ajustar marcos fiduciais até que o co-registro de dados MEG e ressonância magnética sejam aceitáveis. Em seguida, crie médias de grupos de energia de fonte de relacionadas a eventos, transformando as estimativas de cada participante em uma representação cortical média. Em seguida, para visualizar as estimativas de origem em uma superfície média inflada, abra o software MNE.Selecione Arquivo, Superfície de Carga e carga inflada superfície cortical livre do surfista livre. Isso é seguido pela seleção de Arquivo, Gerenciar sobreposições, carregar STC, Dados Médios do Grupo de Carga e selecionar o arquivo carregado das sobreposições disponíveis. Ajuste o limiar da escala de cores e clique em Mostrar.Veja filmes cerebrais de eventos relacionados ao poder de e examine estágios espíteis de processamento identificando áreas e janelas de tempo caracterizadas pela maior ativação. Em seguida, crie regiões de interesse imparcial, o ROI, com base nas estimativas médias globais do grupo. Para incorporar locais cortical com poder de fonte mais notável, calcule cursos de tempo para cada disciplina, condição e ROI.Por fim, estime mudanças relacionadas à tarefa na sincronização de longo alcance entre os principais focos de ativação no ACC e o PFC lateral, calculando o valor de bloqueio de fase. Expresse o valor de bloqueio de fase como uma mudança percentual em relação à linha de base. Os resultados comportamentais indicam que a tarefa Stroop manipulou com sucesso a interferência de resposta porque a precisão foi a mais baixa e os tempos de resposta mais longos em ensaios incongruentes.A intoxicação alcoólica reduziu a precisão, mas não afetou os tempos de reação. O poder de relacionado a eventos é maior em ensaios incongruentes, o que é consistente com sua sensibilidade às demandas de conflitos, especialmente no córtex pré-frontal. No entanto, quando comparado a ensaios congruentes, o álcool diminui o poder de em ensaios incongruentes seletivamente no ACC e no PFC lateral.Além disso, as cooscillações entre o ACC e o PFC lateral variam ao longo do tempo, com um aumento geral antecipado das cooscillações durante uma fase de processamento de estímulos. Sob placebo, isso é seguido por um aumento sustentado após cerca de 400 milissegundos em ensaios incongruentes durante a fase de integração e preparação de resposta. Em contraste, a intoxicação alcoólica aguda desregula essas cooscillações, o que indica ainda a vulnerabilidade das funções regulatórias de cima para baixo ao álcool.Neste estudo, estimamos o esposotemporal, o onde e quando estágios de processamento, e investigamos como diferentes áreas cerebrais interagem durante a tomada de decisão. Mostramos como a intoxicação alcoólica desregula a rede de controle cognitivo, o que pode resultar em redução da capacidade de abster-se do consumo excessivo de bebidas alcoólicas.

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Manipulação optogenetic de circuitos neural durante a monitoração sono/Estados do wakefulness nos ratos

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

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