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

Эта работа была поддержана национальных институтов здравоохранения (R01-AA016624). Мы благодарны доктор Sanja Kovacevic за ее важный вклад.

Этот экспериментальный протокол утвержден Комитетом по защите человека предметов в университете Калифорнии, Сан-Диего.
1. человеческие субъекты
<ol><li>Набирать здоровых правша взрослых добровольцев, получать их согласие и экран их критериев включения/исключения. П...

Мультимодального imaging метод, используемый в данном исследовании включает в себя моделирование распределенного источника височно точного сигнала Мэг наряду с пространственных ограничений обратной оценок, полученных от каждого участника структурных МРТ. AMEG подход сочетает в себе силь...

Общая цель этого исследования является изучение последствий острой алкогольной интоксикации на пространственно временных изменений в мозг колебательной динамики и загрязнении функциональной интеграции во время когнитивные контроля. Занятых мультимодального imaging подход сочетает в себе Магнитоэнцефалография (Мэг) и структурных магнитно-резонансная томография (МРТ), чтобы обеспечить понимание нервной основой принятия решений с высокой точностью временной, так и на уровне интерактивной системы.
Гибкое поведение позволяет адаптироваться к изменяющимся требованиям контекстная и стратегически переключаться между различными задачами и требованиями по согласованию с намерениями и целями. Способность подавить автоматические ответы пользу цели отношение, но не привычные действия является важным аспектом когнитивные контроля. Обширные данные свидетельствуют о том, что он является subserved сетью преимущественно лобной коры головного мозга, с передней поясной коры (АКК) как центральный узел в этой интерактивной сети1,2,3,4. В то время как обильные анатомические связи между АКК и боковые фронтальные коре это хорошо описано в5,6, функциональные характеристики связи между этими регионами во время когнитивные контроля, выбор ответа и исполнения, они плохо понимают.
Весьма влиятельной конфликта мониторинга теория7,8 предлагает, что когнитивные контроля возникает от динамического взаимодействия между медиальной и латеральной префронтальной коре. Эта учетная запись подразумевает, что АКК контролирует конфликт между конкурирующими представлений и привлекает боковой префронтальной коры (latPFC) для осуществления управления ответ и оптимизировать производительность. Однако эта учетная запись основывается главным образом на функциональной МРТ (МР-томографию) исследований с использованием крови кислородом уровня зависимых (BOLD) сигнала. МР-томографию BOLD сигнал является отличным пространственного картографирования инструментом, но его временное разрешение ограничено, потому что он отражает региональные изменения гемодинамики, посредничестве нервно-сосудистого муфты. В результате смелый сигнал изменения разворачиваться на гораздо медленнее шкалы времени (в секундах) чем основной нейронных события (в миллисекундах)9. Кроме того смелый сигнал чувствительны к вазоактивных эффекты алкоголя в10 и не может точно представлять масштабы нейронных изменений, что делает его менее подходящим для исследования острой алкогольной интоксикации. Таким образом предполагается взаимодействие между медиальной и латеральной префронтальной коре и ее чувствительность к алкогольной интоксикации необходимо изучить методами, которые записывают нейронных события в височно точно. Мэг имеет отличные временное разрешение, так как он непосредственно отражает постсинаптических токов. Анатомически ограничены Мэг (aMEG) методологии здесь — что мультимодальный подход, который сочетает в себе распределенных источником моделирование Мэг сигнала с структурных МРТ. Это позволяет для оценки где , связанных с конфликтом и напитков мозга колебательные изменения происходят и понимать височной последовательности («когда») участвующих нейронных компонентов.
Принятия решений зависит от взаимодействия распределенных мозга регионов, которые динамически участвуют заниматься повышенные требования на когнитивные контроля. Один из способов оценить связанные с событиями изменения в загрязнении синхронность между 2 корковая регионами является для вычисления их фазы муфты как индекс их совместного колебаний11,12. Настоящее исследование прикладной анализ, фазовой синхронизации, чтобы проверить основной принцип мониторинга теория путем изучения co-oscillatory взаимодействия между АКК и latPFC конфликта. Нейронные колебания в диапазоне тета (4-7 Гц), связанные с когнитивной управления и были предложены в качестве основного механизма поддержки на большие расстояния синхронизации, необходимой для, сверху вниз когнитивной обработки13,14 15,16. Они генерируются в префронтальной области в зависимости от сложности задач и значительно ослаблены, острая алкогольная интоксикация17,18,19,20.
Долгосрочный чрезмерного алкоголя ассоциируется с широкий спектр познавательных дефицитов с префронтальной схемы, будучи особенно пострадавших21,22. Острая алкогольная интоксикация наносит ущерб когнитивные контроля в условиях повышенной сложности, двусмысленность или те, которые вызывают реакции несовместимости17,23,24. Влияющих на принятие решений, алкоголь могут мешать целенаправленное поведение, может привести к плохой самоконтроль и увеличение пить и может также способствовать трафика или связанных с работой рисков25,26,27 . Настоящее исследование использует подход, aMEG для измерения колебательных активности в диапазоне тета и синхронность между главным исполнительным районами с отличным временным разрешением. Воздействие алкоголя на тета активности и Сопредседатель колебания между АКК и latPFC рассматриваются как функция конфликта вызвало Штруп вмешательства задачей. Мы предполагаем, что повышение когнитивных требования связаны с большей функциональной синхронность и что алкоголя индуцированной dysregulation синхронного действия медиальной и латеральной префронтальной коре лежит в основе нарушениями когнитивных управления.

<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

Принятия решений зависит от динамического взаимодействия распределенных, в первую очередь лобной мозга. Обширные доказательства из исследований функционального магнитно-резонансная томография (МРТ) указывает, что передней поясной (АКК) и боковых префронтальной коре (latPFC), основные узлы subserving когнитивные контроля. Однако из-за его ограниченного временного разрешения, МР-томографию не может точно отражать сроки утверждения и характер их предполагаемой взаимосвязи. Настоящее исследование структурных МРТ в виде «мозг фильмы» сочетает моделирования распределенных источников сигнала височно точные Магнитоэнцефалография (Мэг) для: (1) Оценка корковых областях участвует в когнитивной управления («где»), (2) характеризуют их височной последовательности («когда») и (3) количественно колебательной динамики их Нейронные взаимодействия в режиме реального времени. Штруп вмешательства был связан с большей силой Событийный тета (4-7 Гц) в АКК во время обнаружения конфликтов последовали устойчивой чувствительности познавательных потребностей в АКК и latPFC во время подготовки интеграции и ответ. Фазовой синхронизации анализ показал co-oscillatory взаимодействия между этими областями, указанием их увеличение Нейронные синхронность в тета группы во время конфликта заставить несочетаемого испытаний. Эти результаты подтверждают, что тета колебания являются основополагающими для дальнего действия синхронизации, необходимые для интеграции сверху вниз влияний во время когнитивные контроля. Мэг отражает, что нервная деятельность непосредственно, который делает его пригодным для фармакологической манипуляции в отличие от МР-томографию, который чувствителен к вазоактивных путает. В настоящем исследовании здоровая социальная пьющих дали дозу умеренные алкоголя и плацебо в дизайне в теме. Острая интоксикация ослабленного тета власть Штруп конфликт и dysregulated совместно колебания между АКК и latPFC, подтверждающие, что алкоголя вредно для нейронных синхронности subserving когнитивные контроля. Он вмешивается целенаправленное поведение, которое может привести к несовершенным самоконтроль, способствуя компульсивное пить. Иными словами, этот метод может обеспечить понимание реального времени взаимодействия в процессе когнитивной обработки и могут характеризовать избирательная чувствительность фармакологических вызов соответствующих нейронных сетях.

Поведенческие результаты показывают, что Штруп задачи успешно манипулировать ответ вмешательства, потому что точность был самый низкий и длинный несочетаемого испытаний (рис. 6) время отклика. Алкогольная интоксикация снизил точность, но не влияет на ?...

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

Срыв лобной доли нейронных синхронности во время когнитивные контроля алкогольного опьянения

Этот эксперимент использует метод анатомически ограничены Магнитоэнцефалография (aMEG) для изучения мозга колебательной динамики и переноса функциональных синхронности во время взаимодействия когнитивные контроля как функция острой алкогольной интоксикации.

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

Принятие решений является динамичным, интерактивный процесс, который был изучен широко с функциональной магнитно-резонансной томографии, или FMRI. Нейровизуальные данные свидетельствуют о том, что передняя cingulate и боковой префронтальных кортишей являются важными узлами в этой нейронной сети. Однако из-за ограниченного временного разрешения FMRI не может точно отражать сроки и характер их взаимодействия в режиме реального времени.В настоящем исследовании используется анатомически ограниченная магнито- и электроэнцефалография или метод МЭГ, который сочетает в себе распределенное моделирование источника сигнала МЭГ со структурными МРТ, образующими мозговые фильмы. Это позволяет нам изучить, как острая алкогольная интоксикация влияет на принятие решений. Демонстрация этой процедуры будет Джо Хаппер и Берк Розен, докторанты, и Лора Вагнер, научный сотрудник.Начните с сопровождения участника в лабораторию MEG для сканирования. Поместите их в сканер и проверьте каналы на возможную намагничение. Затем, измерить их вес и их удар в электронный breathalyzer.Для оценки динамических изменений в субъективном воздействии алкоголя, сообщите субъекту, что они будут оценивать свои сиюминутные чувства и состояния в стандартизированном масштабе перед употреблением и в двух дополнительных случаях во время эксперимента, во время восходящей и нисходящей конечности бордюра концентрации алкоголя дыхания. Затем, управлять практикой запуска задачи Stroop на ноутбуке с программным обеспечением презентации стимула, чтобы гарантировать, что участники понимают задачу перед записью. Приготовьте алкогольный напиток, смешивая водку премиум-класса с охлажденным апельсиновым соком, в зависимости от пола и веса каждого участника.Подавать тот же объем апельсинового сока в очках с ободками swabbed с водкой, как напиток плацебо. Попросите участника употреблять напиток примерно за 10 минут. Далее, положение ЭЭГ крышка и электроокулограмма, EOG, электроды на голове участника.Убедитесь, что все отклонения ниже 5 килохм. Прикрепите индикатор положения головы, HPI, катушки по обе стороны лба и за каждым ухом. Поместите справочные кадры на голову участника.Эндигитизируйте позиции фидуциальных точек, включая насион и две предавикулярные точки позиций катушек HPI, электроды ЭЭГ и получить большое количество дополнительных точек, очерчивающих форму головы. Проверьте концентрацию алкоголя в дыхании участника с помощью breathalyzer, начиная с 15 минут после питья. А потом, каждые пять минут, пока они не войдут в камеру звукозаписи.Начните с удобного позиционирования участника в сканере MEG. Поскольку префронтальная деятельность представляет особый интерес, убедитесь, что участник расположен так, чтобы его или ее голова касалась верхней части шлема и выравнивалась вдоль передней части. Затем подключите катушки HPI и электрокапакет к соответствующим входным данным на сканере.Позиция ответ колодки так, что кнопки могут быть нажаты удобно. Напомните участнику свести к минимуму мигание и избежать движений, включая движение головы, вызванное разговорами. Изучите все каналы для артефактов и измерьте положение головы в сканере.Затем запустите сбор данных и начните задачу. Поскольку электронные устройства не могут быть использованы в экранной комнате, переключитесь на использование теста на алкоголь слюны, который состоит из ватного тампона, насыщенного слюной и вставленного в сосуд, который обеспечивает считывку. После выполнения задания сохраните данные и вывеверьте участника из камеры записи.После того, как участник вышел из сканера, приобрести около двух минут данных из пустой комнаты в качестве меры инструментального шума. Затем попросите участника оценить воспринимаемую сложность задачи, содержание впитываемого напитка, то, насколько он опьянен, а также их сиюминутное настроение и чувства. Наконец, получить высокое разрешение анатомического МРТ от каждого участника и реконструировать корковой поверхности каждого участника с помощью программного обеспечения для визуализации.Во время предварительной обработки данных используйте разрешительный фильтр диапазона и epuc данные в сегменты, которые включают интервалы обивки на каждом конце. Удалите шумные и плоские каналы, а также испытания, содержащие артефакты путем визуального осмотра и использования порогового отторжения. Затем используйте независимый анализ компонентов, чтобы удалить мгновение ока и сердечные артефакты.Исключите испытания с неправильными ответами. Затем нанесите больше волн для расчета сложного спектра мощности для каждого испытания одним шагом Hertz, четвертой полосой частоты theta и удалите любые дополнительные артефакты. Чтобы совместно зарегистрировать данные МЭГ с помощью МРТ-изображений, откройте лабораторный модуль МРТ.Выберите файл, импорт, данные Isotrak. Выберите raw_data. fif файл, и нажмите на Make Points.Затем выберите Windows, Ориентиры и нажмите на Adjust Fiducial Landmarks до тех пор, пока не будет приемлема коги-регистрация данных MEG и МРТ. Далее создайте групповые средние показатели мощности источника информации, связанной с событиями, путем морфинга оценок каждого участника на среднее корковое представление. Затем, чтобы визуализировать исходные оценки на завышенной средней поверхности, откройте программное обеспечение MNE.Выберите файл, загрузить поверхность и загрузить завышенные группы среднем бесплатно серфер корковой поверхности. За этим следует выбор файла, управления накладками, загрузки STC, нагрузки группы усреднечных данных и выбрать загруженный файл из доступных накладок. Отрегулируйте пороговую шкалу цвета и нажмите Show.Просмотр мозговых фильмов событий, связанных с темой власти и изучить spatiotemporal этапы обработки путем выявления областей и тайм-окна характеризуется высокой активации. Далее создайте объективные регионы, представляющие интерес, рентабельность инвестиций, на основе общих средних оценок группы. Для включения корковых локаций с наиболее заметной мощностью источника вычислите курсы времени для каждого предмета, состояния и рентабельности инвестиций.Наконец, оценка связанных с задачей изменений в синхронизации дальнего действия между основным очагом активации в АКК и боковой PFC путем вычисления значения блокировки фазы. Выразим значение блокировки фазы в процентах по отношению к базовому уровню. Поведенческие результаты показывают, что задача Stroop успешно манипулировала помехами реакции, потому что точность была самой низкой, а время отклика самым длинным на нелепых испытаниях.Алкогольная интоксикация снизила точность, но не повлияла на время реакции. Сила теты, связанная с событиями, является наибольшей на нелепых испытаниях, что согласуется с ее чувствительностью к требованиям конфликта, особенно в префронтальной коре. Однако, по сравнению с конгруэнтных испытаний, алкоголь уменьшает власть theta на нелепые испытания выборочно в АКК и боковой ПФУ.Кроме того, cooscillations между АКК и боковой PFC различаются по времени, с общим ранним увеличением cooscillations на этапе обработки стимулов. Под плацебо, это сопровождается устойчивым увеличением примерно через 400 миллисекунд на нелепые испытания во время интеграции и стадии подготовки ответа. В отличие от этого, острая интоксикация алкоголем дисрегулирует эти cooscillations, что еще больше указывает на уязвимость сверху вниз регулятивных функций к алкоголю.В этом исследовании мы оценили spatiotemporal, где и когда этапы обработки, и исследовали, как различные области мозга взаимодействуют во время принятия решений. Мы показали, как алкогольная интоксикация дисрегулирует когнитивно-контрольную сеть, что может привести к снижению способности воздерживаться от чрезмерного употребления алкоголя.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Assessment of Ultrasonic Vocalizations During Drug Self-administration in Rats

Оценка Ультразвуковые Вокализации Во наркотиками Самоуправление у крыс

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

Физиологические, морфологические и нейрохимические Характеристика нейронов модулируется движением

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

Обнаружение микрорегиональном Гипоксия в мышь коры головного мозга на два фотона изображений эндогенной флуоресценции NADH

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

Воспроизводимые мыши седалищного нерва и Давка Последующие оценки регенерации полного анализа горы мышц

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

Вымирание обучение в течение Обратное уплотнение окон невозможным восстановление страха

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

Экспериментальные методы изучения влияния Нейротрофических пептида ADNF-9, против пьянства-индуцированного апоптоза в период беременности у мышей C57BL / 6

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

В Vivo Двухфотонные изображений зависящие от опыта молекулярные изменения в корковых нейронов

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

Оценка нервно функции, используя Чрескожная стимуляция нервов Электрическая

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

Оптогенетическое манипулирование нейронными цепями во время мониторинга сна / бодрствования государств у мышей

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

Измерение нейронных механизмов, лежащих в основе консолидации сно-зависимой памяти во время naps в раннем детстве

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