Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Neuroscience
Click here for the English version

Neuroscience

Verstoring van de frontale kwab neurale Synchrony tijdens cognitieve controle door Alcohol Intoxication

Published: February 6, 2019 doi: 10.3791/58839
Automatic Translation
1,2, 1, 1,3, 4, 1
1Department of Psychology, San Diego State University, 2Department of Radiology, University of California San Diego, 3Department of Neurosciences, University of California San Diego, 4San Diego State University/UC San Diego Joint Doctoral Program in Clinical Psychology

Summary

Dit experiment wordt een anatomisch beperkt-Liquor (aMEG)-methode oscillerende dynamiek van de hersenen en lange-afstands functionele synchrony gedurende betrokkenheid van cognitieve controle te onderzoeken als een functie van acute alcohol gedronken.

Abstract

Besluitvorming is gebaseerd op dynamische interacties van gedistribueerde, hoofdzakelijk frontale hersengebieden. Uitgebreide bewijs van functionele magnetische resonantie imaging (fMRI) studies geeft aan dat de voorste cingularis (ACC) en de laterale prefrontale cortices (latPFC) zijn essentiële knooppunten subserving cognitieve controle. Echter, vanwege de beperkte temporele resolutie, fMRI kan niet nauwkeurig overeen met de timing en aard van hun vermoedelijke samenspel. De huidige studie combineert gedistribueerde bron modellering van het stoffelijk precieze Liquor (MEG) signaal met structurele MRI in de vorm van "hersenen films" aan: (1) raming de corticale gebieden bij cognitieve controle betrokken ("waar"), (2) karakteriseren hun temporele sequentie ("wanneer"), en (3) de oscillerende dynamiek van hun Neurale interacties in real-time te kwantificeren. Stroop interferentie werd geassocieerd met grotere gebeurtenis-gerelateerde theta (4-7 Hz) macht in de ACC tijdens conflictdetectie gevolgd door aanhoudende gevoeligheid naar cognitieve eisen in de ACC en latPFC tijdens de voorbereiding van de integratie en reactie. Een analyse van fase-vergrendeling bleek co-oscillatory interacties tussen deze gebieden met vermelding van hun toegenomen neurale synchrony in theta-band tijdens conflict-inducerende onlogisch proeven. Deze resultaten bevestigen dat theta oscillaties lange-afstands synchronisatie, die nodig zijn voor de integratie van bovenaf invloeden tijdens cognitieve controle van fundamenteel belang zijn. MEG weerspiegelt neurale activiteit direct, waardoor het geschikt is voor farmacologische manipulaties in tegenstelling tot de fMRI die gevoelig is voor vasoactieve kunstdiscours. In de huidige studie, werden gezonde sociale drinkers gegeven een matige alcohol dosis en placebo in een binnen-onderwerp-ontwerp. Acute intoxicatie verzwakt theta macht om Stroop conflict en dysregulated co oscillaties tussen de ACC en latPFC, waarin wordt bevestigd dat alcohol schadelijk is voor neurale synchrony subserving cognitieve controle. Het interfereert met doelgericht gedrag dat leiden gebrekkige zelfbeheersing tot kan, bij te dragen aan het drinken van dwangmatig. Kortom, deze methode kan inzicht geven in real-time interacties tijdens de cognitieve verwerking en de selectieve gevoeligheid voor farmacologische uitdaging over relevante neurale netwerken kunnen typeren.

Introduction

Het algemene doel van deze studie is het effect van acute alcohol gedronken op spatio-temporele veranderingen in de hersenen oscillerende dynamiek en lange-afstands functionele integratie tijdens cognitieve controle te onderzoeken. De werknemer multimodale aanpak imaging combineert Liquor (MEG) en structurele magnetische resonantie beeldvorming (MRI) inzicht te geven in de neurale basis van besluitvorming met hoge temporele precisie en op het niveau van een interactief systeem.

Flexibel gedrag maakt het mogelijk aan te passen aan de veranderende eisen van de contextuele en strategisch schakelen tussen verschillende taken en eisen in overleg met iemands oogmerken en doelstellingen. De capaciteit om te onderdrukken automatische reacties ten gunste van doel-relevante maar niet-gewone acties is een wezenlijk aspect van cognitieve controle. Uitgebreide aanwijzingen dat het subserved is door een overwegend frontale corticale netwerk, met de voorste cingularis cortex (ACC) als een centraal knooppunt in deze interactieve netwerk1,2,3,4. Terwijl de overvloedige anatomische connectiviteit tussen de ACC en laterale frontale cortices goed beschreven5,6, de functionele kenmerken van de communicatie tussen deze regio's tijdens cognitieve controle, reactie selectie is en uitvoering, zijn slecht begrepen.

Het zeer invloedrijke conflict controle theorie7,8 stelt dat cognitieve controle vloeit uit een dynamische interactie tussen de mediale en laterale prefrontale cortices voort. Deze account pretendeert dat de ACC conflict tussen de concurrerende vertegenwoordigingen controleert en houdt zich bezig de laterale prefrontale cortex (latPFC) uitvoering van de controle van de reactie te optimaliseren. Deze account is echter voornamelijk gebaseerd op de functionele MRI (fMRI) studies met behulp van het bloed oxygenatie niveau afhankelijk (BOLD) signaal. Het signaal van fMRI-vet is een uitstekende ruimtelijke mapping tool, maar de temporele resolutie is beperkt omdat het getuigt van regionale hemodynamische wijzigingen gemedieerd door neurovasculaire koppeling. Dientengevolge, ontvouwen de vet signaal wijzigingen op een veel langzamere tijdschaal (in seconden) dan de onderliggende neurale gebeurtenissen (in milliseconden)9. Bovendien, het vet signaal is gevoelig voor alcohol van vasoactieve effecten10 en kan vertegenwoordigen niet nauwkeurig de omvang van de neurale veranderingen, waardoor het minder geschikt voor studies van acute alcohol gedronken. Daarom is het vermoedelijke samenspel tussen de mediale en laterale prefrontale cortices en de gevoeligheid voor alcohol intoxication moeten worden onderzocht volgens methoden die neurale gebeurtenissen in een stoffelijk nauwkeurige manier registreren. MEG heeft een uitstekende temporele resolutie omdat hierin direct postsynaptisch stromingen. De anatomisch beperkt-MEG (aMEG) methodiek hier werkzaam is een multimodale benadering die combineert verdeeld bron modellering van het signaal van de MEG met structurele MRI. Het staat voor de schatting van waar die de conflict - en drank-gerelateerde hersenen oscillerende wijzigingen zich voordoen en om te begrijpen van de temporele sequentie ("wanneer") van de betrokken neurale componenten.

Besluitvorming is afhankelijk van de interacties van gedistribueerde hersengebieden die dynamisch om te gaan met hogere eisen op cognitieve controle betrokken zijn. Unidirectioneel om te schatten gebeurtenis-gerelateerde veranderingen in lange-afstands synchronie tussen twee corticale gebieden is het berekenen van hun fase als een index van hun co oscillaties11,12te koppelen. De huidige studie toegepast een fase-vergrendeling analyse om te testen het basisprincipe van het conflict controle theorie door het onderzoek van de co-oscillatory interactie tussen de ACC en latPFC. Neurale oscillaties in theta bereik (4-7 Hz) zijn gekoppeld aan cognitieve controle en voorgesteld als een fundamentele mechanisme ter ondersteuning van de lange-afstands synchronisatie, die nodig zijn voor de top-down cognitieve verwerking13,14, 15,16. Ze worden gegenereerd in de prefrontale gebieden als functie van de moeilijkheidsgraad van de taak en zijn aanzienlijk verzwakt door acute alcohol intoxication17,18,19,20.

Langdurig overmatig alcoholgebruik is gekoppeld aan een scala van cognitieve tekorten met prefrontale circuits wordt vooral getroffen21,22. Acute alcohol gedronken is schadelijk voor cognitieve controle onder voorwaarden van verhoogde moeilijkheidsgraad, ambiguïteit, of die reactie onverenigbaarheid17,23,24 induceren. Door het beïnvloeden van besluitvorming, alcohol kan interfereren met doelgericht gedrag, kan resulteren in slechte zelfbeheersing en meer drinken, en kan ook bijdragen aan verkeer - of werk-gerelateerde risico's25,26,27 . De huidige studie maakt gebruik van een aMEG aanpak voor het meten van de oscillerende activiteit in theta-band en synchronie tussen de belangrijkste uitvoerende gebieden met uitstekende temporele resolutie. De effecten van alcohol op theta activiteit en co oscillaties tussen de ACC en de latPFC worden onderzocht als een functie van conflict ontlokte door de Stroop interferentie taak. We veronderstellen dat hogere cognitieve eisen geassocieerd met meer functionele synchrony worden en dat alcohol-geïnduceerde disregulatie van synchrone activiteit van de mediale en laterale prefrontale cortices ten grondslag ligt aan afboekingen in cognitieve controle.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Deze experimentele protocol is goedgekeurd door het menselijke Comité voor de bescherming van onderwerpen aan de Universiteit van Californië, San Diego.

1. menselijke proefpersonen

  1. Gezonde rechtshandige volwassen vrijwilligers werven, om hun instemming te verkrijgen, en hen scherm op de opnemen/uitsluiten criteria.
    Opmerking: In deze studie, twintig jonge, gezonde personen (gemiddelde ± standaardafwijking [SD] leeftijd = 25.3 ± 4,4 jaar) waaronder 8 vrouwen aangeworven die drinken met mate, die nooit zijn in behandeling of gearresteerd voor drugs- of alcoholmisbruik gerelateerde overtredingen, die geen verslag alcoholisme-gerelateerde symptomen op de korte Michigan alcoholisme Screening Test28, die niet roken, noch het gebruik van illegale stoffen, die niet over een geschiedenis van neuropsychiatrische aandoeningen of huidige gezondheidsproblemen, en die medicatie vrij en hebben geen interne Ferromagnetische voorwerpen of implantaten.

2. de proefopzet

  1. Scan elke deelnemer vier keer, met inbegrip van drie sessies van MEG (een introductiesessie van neen-drank en twee experimentele drank sessies waarin alcohol en placebo worden toegediend in een Ophaalbare manier), en een structurele MRI-scan.
    Opmerking: In dit ontwerp binnen-onderwerp dienen deelnemers door deelname aan zowel alcohol en placebo sessies als hun eigen besturingselementen. Dit ontwerp vermindert variantie van de fout en statistisch onderscheidingsvermogen verhoogt door het minimaliseren van de invloed van individuele variabiliteit in de anatomie van de hersenen, activiteit patronen en alcohol metabolisme.

3. het verzamelen van MEG scant

  1. Vertrouwd sessie uitvoeren.
    1. Tijdens de eerste inleidende sessie beheren vragenlijsten om meer informatie over de medische geschiedenis van de deelnemers, hun drinken patronen en ernst van alcoholisme-gerelateerde symptomen28,29, familiegeschiedenis van alcoholisme30en persoonlijkheidstrekken zoals impulsiviteit31,32.
    2. Uitvoeren van een eerste opname in de MEG-scanner die na het protocol hieronder beschreven in stap 3.2, 3.3 en 3.5. Bieden niet een drank. Uitleggen van de taak en de praktijk versie waardoor deelnemers krijgen vertrouwd gemaakt met het vooraf uitvoeren.
      Opmerking: De acclimatisatie aan de experimentele situatie heeft tot doel het minimaliseren van de potentiële effecten van opwinding situatie-geïnduceerde33, daardoor gelijkstelling latere alcohol en placebo sessies op die dimensie.
  2. De alcohol/placebo experimentele sessies uit te voeren.
    Opmerking:     Volg dezelfde experimentele procedures tijdens zowel alcohol als placebo sessies met uitzondering van de door de overheid gereguleerde drank. Tegenwicht bieden aan drank volgorde door het toedienen van alcohol drinken eerst aan één helft van de deelnemers en placebo naar de andere helft in een willekeurige volgorde.
    1. Bij hun aankomst naar de MEG-lab, door een korte test scan uit te voeren door de invoering van de deelnemer in de scanner en het controleren van de kanalen voor mogelijke magnetisatie. Het meten van hun gewicht. Scherm ze met een elektronische breathalyzer. Vraag hen over de naleving van de voorschriften te onthouden van alcohol voor 48 h en van voedsel voor 3U vóór het experiment.
    2. Verzamelen van urine monsters voor een multi drug test panel van alle deelnemers en uitsluiten die positief voor drugs testen. Controleer bovendien vrouwelijke deelnemers voor de zwangerschap met een urine test en uitsluiten die test positief of als zij vermoeden dat zij zwanger zou kunnen zijn.
    3. Dynamische veranderingen in de subjectieve effecten van alcohol door gevraagd deelnemers aan de stem van hun kortstondige gevoelens en valt bestuurlijk gezien onder op een gestandaardiseerde schaal34 voorafgaand aan drinken en extra tweemaal tijdens het experiment - op de oplopende ledemaat (~ 15 beoordelen min na het nuttigen van drank) en aflopende ledemaat van de adem alcohol concentratie curve (BrAC), na de MEG opnemen.
    4. Het beheren van het uitvoeren van een praktijk van de Stroop-taak voort te laptop van presentatiesoftware stimulans om ervoor te zorgen dat de deelnemers de taak voordat u gaat opnemen begrijpen.
      Opmerking: Deze versie van de Stroop-taak combineert lezing en kleur naamgeving (Figuur 1). Congruent voorwaarde bestaat uit kleur woorden (bijvoorbeeld rood, groen, blauw, geel) die worden afgedrukt in de bijpassende tekstkleur (dat wil zeggen, het woord "groen" wordt afgedrukt in het groen). In de onlogisch voorwaarde worden kleur woorden afgedrukt in kleur niet overeenkomt met hun betekenis (dat wil zeggen, het woord "groen" wordt afgedrukt in het geel). Vragen van de deelnemers aan de druk op een van de vier knoppen die overeenkomt met de kleur van het lettertype wanneer een woord is geschreven in kleur, of, als een woord wordt geschreven in grijs, op een knop die overeenkomt met de zin van het woord18,23.
  3. De opname van MEG/EEG voor te bereiden.
    Opmerking:     Details van MEG data-acquisitie zijn beschreven in eerdere publicaties35,-36,37.
    1. Plaats de EEG GLB of individuele EEG elektroden op het hoofd van de deelnemer en controleer of alle impedances hieronder 5 kΩ zijn.
    2. Bevestig de hoofd indicator (HPI) spoelen aan weerszijden van het voorhoofd en achter elk oor.
      Opmerking: Deze stap is specifiek voor de Neuromag systemen.
    3. Digitaliseren van de standpunten van de fiducial punten met inbegrip van de nasion en twee preauriculaire punten, posities van HPI opgerold, EEG elektroden, en het verkrijgen van een groot aantal extra punten (~ 200) uitgezet van de vorm van de kop. Deze informatie gebruiken voor de co registratie met anatomische MRI beelden (Figuur 2).
  4. Beheren van drank.
    1. Alcohol drank bereid door het mengen van premium kwaliteit wodka met de gekoelde jus d'orange (25% v/v), gebaseerd op elke deelnemer geslacht en gewicht (0.60 g/kg alcohol voor mannen, 0.55 g/kg alcohol voor vrouwen), gericht op een BrAC van 0,06%38. Serveer de dezelfde hoeveelheid sinaasappelsap in glazen met velgen afgestreken met wodka als een placebo-drank. Vraag de deelnemer om te consumeren van de drank in ongeveer 10 minuten.
    2. Controleer de deelnemers BrAC met de breathalyzer basisgewicht ~ 15 min na het drinken en daarna elke 5 minuten totdat ze de zaal opname invoert. Aangezien elektronische apparaten kunnen niet worden gebruikt in de afgeschermde kamer, gebruik een alcoholtest speeksel, die bestaat uit een wattenstaafje die in het speeksel is verzadigd en is ingevoegd in een recipiënt waarmee een uitlezing.
  5. MEG/EEG gegevens te verwerven.
    1. Plaats de deelnemer comfortabel in de scanner. Aangezien de prefrontale activiteit van bijzonder belang zijn is, er voor zorgen dat de deelnemer zo geplaatst is dat zijn/haar hoofd de bovenkant van de helm raakt en wordt uitgelijnd aan de voorkant.
      Opmerking: Hoofd positie kan invloed hebben op de schattingen van de activiteit in belangrijke manieren, omdat het magnetisch veld verlopen met de kubus van de afstand tussen de sensoren en de hersenen bronnen39 afnemen.
    2. HPI spoelen en alle van de elektroden verbinden met hun respectieve ingangen op de scanner. Plaats reactie pads zodat de comfortabel kan worden ingedrukt. Constateren dat het lettertype dat duidelijk leesbaar op het projectiescherm voor de deelnemer.
    3. Terug in de kamer van de console, controleren dat de intercom naar behoren functioneert. Herinneren de deelnemer minimaliseren knipperen en het vermijden van bewegingen met inbegrip van hoofd beweging veroorzaakt door te praten. Instrueer de deelnemer om vragen te beantwoorden door in plaats daarvan op reactie knoppen te drukken.
    4. Controleer dat alle respons en stimulans triggers correct worden vastgelegd. Onderzoeken van alle kanalen voor artefacten en meten van de hoofd positie in de scanner.
    5. Start data-acquisitie en het beginnen van de taak. Geef breekt elke ~2.5 min om uit te rusten van de ogen. Sla de gegevens na voltooiing van de taak en escort van de deelnemer uit de zaal opnemen.
    6. Wanneer de deelnemer heeft verlaten de scanner, verkrijgen ongeveer twee minuten van gegevens uit de lege kamer als een maatregel van instrumentale lawaai.
    7. Vraag de deelnemer tarief taak moeilijkheid, inhoud van de imbibed drank, hoe dronken ze voelde, en hun kortstondige stemmingen en gevoelens34waargenomen.

4. beeld van verwerving en corticale wederopbouw van structurele MRI

  1. Verkrijgen van een hoge resolutie anatomische MRI-scan voor elke deelnemer en reconstrueren van de corticale oppervlak van elke deelnemer met FreeSurfer software40,41,42.
  2. Het oppervlak van de innerlijke schedel afgeleid van de gesegmenteerde structurele MRI beelden te gebruiken voor het genereren van een grens element model van de volume-dirigent, die wordt gebruikt om een model voor de voorwaartse oplossing die in overeenstemming is met elke iemands hersenen anatomie43 , 44.

5. MEG gegevensanalyse

Opmerking: Het analyseren van de gegevens met de anatomisch beperkt-MEG benadering, waarbij elke deelnemer gereconstrueerde corticale oppervlak gebruikt om te beperken bron ramingen van de corticale lint40,45,46. De stroom van de analyse berust op aangepaste functies met afhankelijkheden van publiekelijk beschikbare pakketten inclusief FieldTrip47, EEGLab48en multinationaal49.

  1. Tijdens de gegevens voorbewerken, gebruik maken van een tolerante band-pass filter (bijvoorbeeld 0,1 - 100 Hz) en epoch gegevens met betrekking tot stimulans begin in segmenten waarin opvulling intervallen op elk uiteinde (bijvoorbeeld-600 aan 1100 ms voor een interval van belang spanning van -300 tot 800 ms na de verwijdering van de vulling).
  2. Verwijder luidruchtig en vlakke kanalen, evenals proeven artefacten bevattende visueel onderzoek en het gebruik van drempel gebaseerde afwijzing. Gebruik onafhankelijke component analyse48 te verwijderen van de eyeblink en heartbeat artefacten. Elimineren van proeven met onjuiste antwoorden.
  3. Morlet wavelets (Figuur 3)47 voor de berekening van complexe macht spectrum voor elk afzonderlijk experiment in stappen van 1 Hz voor theta frequentieband (4-7 Hz) van toepassing. Verwijder eventuele extra artefacten. Berekent de covariantie van de ruis van lege kamergegevens.
  4. Mede de MEG-gegevens te registreren met MRI beelden met behulp van de driedimensionale (3D) hoofd digitalisering informatie (Figuur 2).
    1. Open de module van de MRIlab.
    2. Selecteer bestand | Open | Selecteer onderwerp van structurele MRI.
    3. Selecteer bestand | Import | Isotrak gegevens | Selecteer raw data.fif bestand | Make punten.
    4. Selecteer Windows | Bezienswaardigheden | Fiducial monumenten passen tot co registratie van gegevens van MEG en MRI aanvaardbaar zijn.
    5. Selecteer bestand | Opslaan.
  5. Berekenen van lawaai-gevoeligheid genormaliseerd schattingen van theta bron macht en fase met een spectrale en dynamische toewijzing van een statistische aanpak18,50. Express gebeurtenis-gerelateerde theta bron macht als procent signaal verandering ten opzichte van de basislijn.
  6. Maak groep gemiddelden van gebeurtenis-gerelateerde theta bron macht door elke deelnemer ramingen op een gemiddelde corticale vertegenwoordiging51morphing.
  7. Visualiseren van de ramingen van de bron op een opgeblazen gemiddelde oppervlak om zichtbaarheid van sulcal schattingen (Figuur 4).
    1. De MNE software niet openen.
    2. Selecteer bestand | Laad oppervlak | Belasting opgeblazen groep-gemiddelde FreeSurfer corticale oppervlak.
    3. Selecteer bestand | Overlays beheren | Stc laden | Groep-gemiddeld gegevens laden | Selecteer geladen bestand van beschikbare overlays.
    4. Selecteer bedekking type als andere.
    5. Aanpassen kleurenschaal drempelmethode | Toon.
    6. Hersenen films te bekijken en onderzoeken spatio-temporele stadia van verwerking door het identificeren van de gebieden en tijd windows gekenmerkt door hoogste activering.
  8. Onbevooroordeelde gebieden van belang (ROIs) gebaseerd op schattingen van de totale groep-gemiddeld te nemen van de corticale locaties met de meest opmerkelijke kracht van de bron aanmaken. Berekenen tijd cursussen voor elk onderwerp, voorwaarde en ROI (Figuur 5).
  9. Dienen de verkregen theta bron macht ramingen van de statistische analyse.
    1. Tijd windows van belang halen uit elke ROI tijdsverloop en uitvoeren van variantieanalyse (ANOVA) met drank (alcohol, placebo) en proef type (harmonieus, onlogisch) als binnen onderwerp factoren. Gebruik een niet-parametrische cluster gebaseerde permutatie test52 om te onderzoeken van drank en voorwaarde vergelijkingen van gebeurtenis-gerelateerde theta macht als goed als fase vergrendeling waarden (PLV).
  10. Schatten van taak-gerelateerde veranderingen in de lange-afstands synchronisatie tussen de belangrijkste activering foci in de ACC en de latPFC door het berekenen van de PLV12. Express PLV zoals procent ten opzichte van de basislijn wijzigen.
    Opmerking: De PLV is een indicator van de samenhang van de fasehoek tussen de twee ROIs over proeven zoals het meet de mate waarop zij mede met een bepaalde frequentie en in real time (film 1 oscilleren).
  11. Berekenen van correlaties tussen ROI MEG activiteit schattingen, indexcijfers van gedrags prestaties en scores van de vragenlijst aan de interpretatie van de waargenomen resultaten in kennis.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Gedrags resultaten wijzen erop dat de Stroop-taak met succes gemanipuleerd reactie inmenging omdat de nauwkeurigheid de laagste was en de responstijden de langste op onlogisch proeven (Figuur 6). Alcohol gedronken verlaagd van nauwkeurigheid, maar had geen invloed op de reactietijden18.

De spatio-temporele sequentie van activiteit in theta frequentieband onthuld met de aanpak van de aMEG is over het algemeen in overeenstemming met algemeen aanvaarde modellen van cognitieve functiestoornissen bij dit soort taak. Zoals geïllustreerd in de hersenen films (Movie 2), wordt de visuele cortex geactiveerd bij ongeveer 100 ms na stimulans begin, gevolgd door een posterior-naar-anterior activering patroon dat zich hoofdzakelijk frontale cortices in cognitieve integratie fase bezighoudt Na ~ 300 ms. de ACC is bijzonder gevoelig voor onlogisch (INC), conflict hoge-conflict proeven, met vermelding van haar betrokkenheid tijdens controle. De ACC is de belangrijkste generator van theta oscillaties tijdens taken indringende cognitieve controle, maar de latPFC is ook actief in de fase van de integratie op rond 350-600 ms. activering van de motorschors is zichtbaar na ~ 600 ms tijdens de voorbereiding van de reactie podium (film 2B). Evenement-gerelateerde theta macht is het grootst op INC proeven, die met haar gevoeligheid voor conflict eisen (Figuur 5), met name in de prefrontale cortex13,17,19,20 strookt. Theta macht is daalde met acute alcohol gedronken algemene. Echter, in vergelijking met harmonieus (CONG) proeven, alcohol vermindert theta macht over INC (hoge conflict) proeven selectief in de ACC en latPFC18.

De huidige studie strekt zich uit de resultaten van Kovacevic et al.18 door te focussen op de dynamische interacties tussen deze gebieden tijdens de verwerking van Stroop inmenging in het licht van een heersende account van de cognitieve controle netwerk7, 8. om de timing, de graad en de aard van de interacties tussen deze twee hoofdzakelijk betrokken corticale gebieden beter te begrijpen, de PLVs werden berekend voor elke voorwaarde die drank en taak, en voor elke deelnemer. Zoals blijkt uit een groep gemiddelde in Figuur 7, varieert co oscillaties tussen de ACC en latPFC tijd met een algemene vroege verhoging co oscillaties tijdens een stimulans verwerking stadium. Onder placebo, wordt dit gevolgd door een aanhoudende stijging na ~ 400 ms op onlogisch proeven tijdens de fase van de bereiding integratie en reactie. Dus, gesynchroniseerde co oscillaties tussen de mediale en laterale prefrontale cortices worden waargenomen alleen op de proeven van het moeilijker, INC oproepen antwoord conflict F(1,19) = 5.5, p < 0.05. Dit bewijs ondersteunt het voorstel dat de ACC en de latPFC functioneel op elkaar in echt-tijd inwerken naar cognitieve controle subserve. In contrast, acute alcohol gedronken aanzienlijk de co oscillaties, opbrengst een voorwaarde x drank interactie, F(1,19) dysregulates = 5.1, p < 0,05, waarin onlogisch proeven specifiek werden getroffen door alcohol F (1,19) = 8,8, p < 0,01 (Figuur 7). Dit kan ten grondslag liggen aan alcohol-geïnduceerde afboekingen van remmende controle en geeft aan de kwetsbaarheid van bovenaf regulerende functies van de prefrontale cortex voor acute intoxicatie.

Figure 1
Figuur 1 : Stroop taak combineert kleur naamgeving en lezen van. Proef voorbeelden voor elk van de drie voorwaarden samen met de juiste reactie kleur worden gepresenteerd. In de harmonieus voorwaarde (CONG) strookt tekstkleur met de betekenis van het woord, terwijl onlogisch proeven (INC) routes reactie conflict als gevolg van interferentie van betekenis van het woord ontlokken. Deelnemers zijn geïnstrueerd om de druk op een knop voor de tekstkleur wanneer woorden zijn geschreven in kleur (CONG, INC) en inspelen op de betekenis van het woord (lezen) wanneer ze zijn geschreven in grijs. Proeven zijn gepresenteerd voor 300 ms en vervolgens vervangen door een fixatie scherm voor 1700 ms. Trial typen worden gepresenteerd in een willekeurige volgorde. In deze speciale versie, de CONG en INC voorwaarden waren equiprobable en werden gepresenteerd op 16,7% proeven, elk uit 576 proeven totale. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 2
Figuur 2 : Co registratie van MEG en MRI. Gedigitaliseerde punten over het hele hoofd verzameld tijdens de MEG opname worden gebruikt voor co registratie met anatomische MRI beelden. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 3
Figuur 3 : Morlet wavelet. Morlet wavelets worden gebruikt voor de berekening van complexe macht spectrum voor elk afzonderlijk experiment in stappen van 1 Hz frequentie voor de theta-band frequentie (4-7 Hz). Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 4
Figuur 4 : Corticale wederopbouw en inflatie. Individuele corticale oppervlakken zijn gereconstrueerd en worden gebruikt om te beperken van de macht van de geschatte bron. Hier getoond wordt een gemiddelde corticale oppervlak dat wordt opgeblazen om de zichtbaarheid van de bronnen geschat op corticale Sulcus (hersenanatomie). Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 5
Figuur 5 : Groep-gemiddelde tijdsverloop van gebeurtenis-gerelateerde theta source macht schattingen in geselecteerde gebieden van belang. Onlogisch (INC) prikkels ontlokte verhoogd gebeurtenis-gerelateerde theta macht in vergelijking met harmonieus (CONG) prikkels in de voorste cingularis cortex (ACC; F (1,19) = 34.1, p < 0.0001) evenals de laterale prefrontale cortex (latPFC; F (1,19) = 11.0, p < 0.01), tijdens de 480-670 ms. Conflict verwerking is bijzonder gevoelig voor alcohol gedronken als theta macht naar INC werd verzwakt door alcohol gedronken (F(1,19) 9,9, p < 0.01 =). De y-as ziet u basislijn-gecorrigeerde lawaai-genormaliseerd gebeurtenis-gerelateerde theta bron macht. Dit cijfer is gewijzigd van Kovacevic et al.18. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 6
Figuur 6 : Behavioral resultaten op de Stroop taak. Inmenging van de stroop kwam tot uiting in verminderde nauwkeurigheid en langere responstijden aan onlogisch (INC) proeven. Alcohol gedronken (Alc) verminderde nauwkeurigheid in vergelijking met placebo (Plac) maar had geen invloed op de reactiesnelheid. Foutbalken betekenen standaardfout van het gemiddelde. Dit cijfer is gewijzigd van Kovacevic et al. 18. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 7
Figuur 7 : Groep-gemiddelde tijdsverloop van fase-vergrendeling waarden (PLVs) in de band theta. Co-oscillatory synchronie tussen de voorste cingularis cortex (ACC) en laterale prefrontale cortex (latPFC) in theta-band uitgedrukt in procent van de basislijn voor placebo (links) en alcohol (rechts) voorwaarden veranderen. Na een vroege stijging van de PLVs tijdens een stimulans verwerking stadium (400-600 ms), een aanhoudende toename van de co oscillaties is waargenomen op ongerijmde (INC) routes in reactie op de toegenomen cognitieve controle ten opzichte van harmonieus (CONG) routes onder placebo, F (1,19) = 5.5, p < 0.05. Acute alcohol gedronken selectief dysregulated de co oscillaties op INC proeven, F(1,19) = 8,8, p < 0,01. Activering kaarten (inzet) tonen het effect van incongruentie (INC-CONG), die prominent aanwezig in de ACC en latPFC is. De kleurenschaal duidt basislijn-gecorrigeerde bron ramingen van de macht bij 480 ms na het begin van de stimulus, met rood (activiteit > 0.2) naar geel (activiteit > 0.3) die aangeeft sterker theta macht aan INC proeven ten opzichte van CONG proeven. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Movie 1
Filmpje 1: Co oscillaties. Fase-vergrendeling waarden werden berekend in het frequentiebereik van de theta (4-7 Hz) tussen de voorste cingularis cortex (ACC) en laterale prefrontale cortex (latPFC) als een maatregel van synchronisatie die gevoelig is voor de consistentie van het fase verschil tussen deze twee ROIs ongeacht hun theta macht amplitude. Klik hier om te downloaden van deze film.

Movie 2
Movie 2: Brain films. Modellering van de bron van het signaal van de MEG gecombineerd met structurele die MRI staat voor de schatting van de corticale hoofdgebieden genereren theta macht en de temporele sequentie van hun activering in reactie op de inmenging van de Stroop verdeeld. (A) na vroege zintuiglijke verwerking, de anterior cingularis cortex (ACC) is selectief geactiveerd door onlogisch, hoog-conflict proeven na ~ 350 ms. (B) terwijl de ACC is de belangrijkste generator van theta oscillaties tijdens taken sonderen cognitieve controle, de laterale prefrontale cortex (latPFC) is ook bezet tijdens de integratie fase rond 350-600 ms. activering van de motorschors is waargenomen na ~ 600 ms tijdens de voorbereiding van de reactie. De kleurenschaal duidt differentiële basislijn-gecorrigeerde bron de ramingen van de macht, met rode kleur die aangeeft activering groter dan 0.79 mediaal (0.57 lateraal) en geel geeft activering groter is dan 0,9 mediaal (0.8 lateraal). Houd er rekening mee dat deze twee films samen met ontvouwen tijdsverloop met betrekking tot de ACC en latPFC, respectievelijk moeten worden weergegeven. Klik hier om te downloaden van deze films.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

De multimodale imaging methode die in deze studie wordt gebruikt omvat gedistribueerde bron modellering van het stoffelijk precieze MEG signaal samen met ruimtelijke beperkingen van inverse schattingen afgeleid van elke deelnemer structurele MRI. De aanpak van de aMEG combineert de sterke punten van deze technieken bieden inzicht in de spatio-temporele stadia van oscillerende dynamiek en de lange-afstands integratie subserving cognitieve controle. Deze methode biedt grotere temporele precisie dan andere neuroimaging technieken zoals fMRI-vet waarvan temporele resolutie is over het trillingsniveau van seconden als gevolg van de indirecte gevoeligheid voor neurale veranderingen via neurovasculaire koppeling9. Ter vergelijking: de milliseconde precisie van MEG signaal zorgt voor het onderzoek van neurale verwerking fasen, zoals blijkt uit de huidige studie. Het aMEG-model gaat ervan uit gedistribueerde bronnen van de MEG-signaal langs de corticale oppervlak die, wanneer gereconstrueerd op basis van structurele MRI beelden, voorziet in ruimtelijke beperkingen activiteit schat45,,53. Deze ruimtelijke schattingen kunnen worden gebruikt om te onderzoeken niet alleen lokaal activeren maar lange-afstands communicatie op het niveau van een interactief netwerk in de vorm van fase-vergrendeling16,20. Bovendien, de aanpak van de aMEG is zeer geschikt voor onderzoek naar de effecten van farmacologische manipulatie op neurale functies, gezien het feit dat het signaal fMRI-vet is verward door de vasoactieve effecten van farmacologische manipulaties zoals alcohol en kan niet nauwkeurig overeen met de omvang van de neurale wijzigingen10.

De hoge gevoeligheid van deze methode tot minuut neurale verandert betekent dat er ook gevoelig voor niet-neurale geluid waaronder spierbewegingen of oog knippert, zodat de verschillende artefacten moeten worden gedetecteerd en zorgvuldig verwijderd uit het ruwe signaal. Bovendien, hoofd kan aanzienlijke gevolgen hebben voor activiteit schattingen als gevolg van de sensorgevoeligheid magnetisch veld verlopen39. Gezien de veronderstellingen van het aMEG-model, de bron ramingen zijn beperkt tot de corticale oppervlakte45,46, zodat de activiteit ontlokte van subcorticale structuren kan niet worden geschat.

Op basis van eerder gepubliceerde resultaten18, heeft de huidige studie geïllustreerd wat voor veranderingen in gebeurtenissen gerelateerde theta (4-7 Hz) macht tijdens Stroop-geïnduceerde conflict als een functie van acute alcohol gedronken in gezonde sociale drinkers. Zoals afgebeeld in Figuur 5, is theta macht differentieel gevoelig voor cognitieve eisen opgelegd door de voorwaarden van de Stroop-taak. Incongruentie is vooral effectief bij het betrekken van cognitieve controle, zoals tot uiting komt in grotere theta macht in de prefrontale cortex ten opzichte van prestimulus basislijn. De principaal geschat generator van theta oscillaties is de ACC die is gevoelig voor reactie conflict tijdens zowel de vroege en de late stadia18verwerking. Deze bevindingen ondersteunen de rol van de ACC in monitoring voor conflict in overeenstemming met prominente rekeningen7,8. Zo heeft de aMEG-methode verstrekt een stoffelijk-gevoelige inzicht in de aanhoudende betrokkenheid van de ACC tijdens proeven opleggen van hogere belasting op cognitieve controle. Samen met uitgebreide anatomische verbindingen tussen de ACC en gedistribueerde hersenen regio's5,6bevestigt dit bewijs haar veelzijdige rol in zelfregulering. Op die bepaalde weergave is de ACC een belangrijke hub in het neurofunctioneel-systeem dat cognitieve controle door het uitlijnen van de doelen en bedoelingen met contextuele en motiverende beperkingen54,55subserves. De prefrontale cortex Inferolateral, vooral aan de rechterkant, is een ander belangrijk gebied binnen dat systeem dat geassocieerd met remming van prepotent reacties, attentional controle en werkgeheugen in dienst is van de vertegenwoordigingen van de taak bijwerken 56 , 57 , 58.

Vaststaat dat theta oscillaties bemiddelen neurale integratie noodzakelijk voor de cognitieve en affectieve verwerking van13,16,59,,60. Neurale communicatie kan dus rekenen op gesynchroniseerde prikkelbaarheid van verre neuronale ensembles in theta-band met geneste snelle ritmes bemiddelen lokale verwerking61,62. PLVs fase samenhang tussen corticale gebieden weerspiegelen en worden vaak gebruikt om te schatten hun oscillerende synchrony zoals wordt ervan uitgegaan dat twee gebieden interactie wanneer zij mede63 oscilleren. Inderdaad, voorbijgaande stijgingen van de PLV worden waargenomen in deze intervallen van neurale activiteit die zou worden verwacht om te vergen synchrone interacties12,20. De huidige studie bevestigt eerdere bewijzen en spatio-temporele verfijning toegevoegd aan de functionele synchronisatie tussen de bronnen geschat op de ACC en de latPFC. In overeenstemming met vorige verslagen64, de huidige resultaten blijkt dat de PLVs worden verhoogd en op onlogisch proeven in de Stroop-taak opgelopen. Door kwantificeren fase synchronisatie tussen deze twee gebieden met een hoge temporele precisie, deze bevindingen uitbreiden van het conflict controle van de rekening en geven aan dat hun interactie met name prominente na ~ 350 ms op onlogisch proeven. Tijdens deze fase van de integratie van de cognitieve zijn de mediale en laterale prefrontale cortices gaan werken ter ondersteuning van gedrags prestaties tijdens moeilijker taak voorwaarden stellen eisen op respons inhibitie, aandacht en werkgeheugen. Uitgebreide blijkt connectiviteit op Functionele fMRI gebaseerde studies dat deze corticale gebieden vormen een dynamische, interactieve cingulo-operculaire netwerk dat top-down cognitieve controle65,66, ondersteunt 67. meer in het algemeen, optimaliseert de hersenen reageren op milieu-eisen in een adaptieve en coherente wijze via flexibel en dynamisch synchronisatie van gedistribueerde neurofunctioneel systemen68,69.

De anatomisch beperkt-MEG aanpak gebruikt in de huidige studie is gebaseerd op een combinatie van complementaire beeldvormende methoden. Het kan karakteriseren de spatio-temporele sequentie van neurale activiteit en inzicht in de dynamiek van lange-afstands interacties belangrijk kan bieden voor het integreren van bovenaf invloeden tijdens betrokkenheid van cognitieve controle. Het signaal van MEG weerspiegelt synaptic stromen rechtstreeks, waarmee voor het testen van hypothesen over co-oscillatory interacties binnen en tussen neurofunctioneel systemen met hoge temporele precisie. Bovendien is deze methode geschikt voor farmacologische manipulaties want het is niet vatbaar voor vasoactieve kunstdiscours. Onderzoek van dit lab en anderen geeft aan dat prefrontally-gemedieerde cognitieve controlefuncties bijzonder kwetsbaar voor alcohol intoxication17,18,19,20,23 zijn ,24,70,71,72,73,74. De huidige studie toont aan dat acute alcohol gedronken vermindert activiteit in de prefrontale gebieden subserving reactie conflict. Alcohol verstoort bovendien gesynchroniseerde co oscillaties20,75 die kan ten grondslag liggen aan verminderde of maladaptieve reactie onderdrukking. Dientengevolge, dronken personen tentoonstelling gebrekkige zelfbeheersing resulterend in remmingen die kan bijdragen aan compulsieve drinken en de ontwikkeling van alcohol afhankelijkheid25,26,76. Kortom, schattingen van synchrone co oscillaties real-time interacties van de neurale systemen in dienst genomen door een bepaalde cognitieve vraag kan verlichten en een realistische hersenen gebaseerde model kunnen informeren. Ze kunnen karakteriseren de selectieve gevoeligheid voor alcohol uitdaging over netwerken en dienen als biomarkers voor individuele kwetsbaarheid farmacologische effecten.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

De auteurs hebben niets te onthullen.

Acknowledgments

Dit werk werd ondersteund door de National Institutes of Health (R01-AA016624). Wij zijn dankbaar aan Dr Sanja Kovacevic voor haar belangrijke bijdragen.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Ridderinkhof, K. R., van den Wildenberg, W. P., Segalowitz, S. J., Carter, C. S. Neurocognitive mechanisms of cognitive control: the role of prefrontal cortex in action selection, response inhibition, performance monitoring, and reward-based learning. Brain and Cognition. 56 (2), 129-140 (2004).
  2. Shenhav, A., Cohen, J. D., Botvinick, M. M. Dorsal anterior cingulate cortex and the value of control. Nature Neuroscience. 19 (10), 1286-1291 (2016).
  3. Walton, M. E., Croxson, P. L., Behrens, T. E., Kennerley, S. W., Rushworth, M. F. Adaptive decision making and value in the anterior cingulate cortex. Neuroimage. 36 Suppl 2, T142-T154 (2007).
  4. Heilbronner, S. R., Hayden, B. Y. Dorsal Anterior Cingulate Cortex: A Bottom-Up View. Annual Review of Neuroscience. 39, 149-170 (2016).
  5. Barbas, H. Connections underlying the synthesis of cognition, memory, and emotion in primate prefrontal cortices. Brain Research Bulletin. 52 (5), 319-330 (2000).
  6. Vogt, B. A. Cingulate neurobiology and disease. , Oxford University Press. 114-144 (2009).
  7. Botvinick, M. M. Conflict monitoring and decision making: reconciling two perspectives on anterior cingulate function. Cognitive, Affective, & Behavioral Neuroscience. 7 (4), 356-366 (2007).
  8. Carter, C. S., van Veen, V. Anterior cingulate cortex and conflict detection: an update of theory and data. Cognitive, Affective, & Behavioral Neuroscience. 7 (4), 367-379 (2007).
  9. Buxton, R. B. Introduction to Functional Magnetic Resonance Imaging. , Cambridge University Press. New York, NY. (2002).
  10. Rickenbacher, E., Greve, D. N., Azma, S., Pfeuffer, J., Marinkovic, K. Effects of alcohol intoxication and gender on cerebral perfusion: an arterial spin labeling study. Alcohol. 45 (8), 725-737 (2011).
  11. Fell, J., Axmacher, N. The role of phase synchronization in memory processes. Nature Reviews Neuroscience. 12 (2), 105-118 (2011).
  12. Lachaux, J. P., Rodriguez, E., Martinerie, J., Varela, F. J. Measuring phase synchrony in brain signals. Human Brain Mapping. 8 (4), 194-208 (1999).
  13. Cavanagh, J. F., Frank, M. J. Frontal theta as a mechanism for cognitive control. Trends in Cognitive Sciences. 18 (8), 414-421 (2014).
  14. Sauseng, P., Griesmayr, B., Freunberger, R., Klimesch, W. Control mechanisms in working memory: a possible function of EEG theta oscillations. Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 34 (7), 1015-1022 (2010).
  15. Wang, C., Ulbert, I., Schomer, D. L., Marinkovic, K., Halgren, E. Responses of human anterior cingulate cortex microdomains to error detection, conflict monitoring, stimulus-response mapping, familiarity, and orienting. The Journal of Neuroscience. 25 (3), 604-613 (2005).
  16. Halgren, E., et al. Laminar profile of spontaneous and evoked theta: Rhythmic modulation of cortical processing during word integration. Neuropsychologia. 76, 108-124 (2015).
  17. Rosen, B. Q., Padovan, N., Marinkovic, K. Alcohol hits you when it is hard: Intoxication, task difficulty, and theta brain oscillations. Alcoholism: Clinical and Experimental Research. 40 (4), 743-752 (2016).
  18. Kovacevic, S., et al. Theta oscillations are sensitive to both early and late conflict processing stages: effects of alcohol intoxication. PLoS One. 7 (8), e43957 (2012).
  19. Marinkovic, K., Rosen, B. Q., Cox, B., Kovacevic, S. Event-related theta power during lexical-semantic retrieval and decision conflict is modulated by alcohol intoxication: Anatomically-constrained MEG. Frontiers in Psychology. 3 (121), (2012).
  20. Beaton, L. E., Azma, S., Marinkovic, K. When the brain changes its mind: Oscillatory dynamics of conflict processing and response switching in a flanker task during alcohol challenge. PLoS One. 13 (1), e0191200 (2018).
  21. Oscar-Berman, M., Marinkovic, K. Alcohol: effects on neurobehavioral functions and the brain. Neuropsychology Review. 17 (3), 239-257 (2007).
  22. Le Berre, A. P., Fama, R., Sullivan, E. V. Executive Functions, Memory, and Social Cognitive Deficits and Recovery in Chronic Alcoholism: A Critical Review to Inform Future Research. Alcoholism: Clinical and Experimental Research. 41 (8), 1432-1443 (2017).
  23. Marinkovic, K., Rickenbacher, E., Azma, S., Artsy, E. Acute alcohol intoxication impairs top-down regulation of Stroop incongruity as revealed by blood oxygen level-dependent functional magnetic resonance imaging. Human Brain Mapping. 33 (2), 319-333 (2012).
  24. Marinkovic, K., Rickenbacher, E., Azma, S., Artsy, E., Lee, A. K. Effects of acute alcohol intoxication on saccadic conflict and error processing. Psychopharmacology (Berl). 230 (3), 487-497 (2013).
  25. Field, M., Wiers, R. W., Christiansen, P., Fillmore, M. T., Verster, J. C. Acute alcohol effects on inhibitory control and implicit cognition: implications for loss of control over drinking. Alcoholism: Clinical and Experimental Research. 34 (8), 1346-1352 (2010).
  26. Fillmore, M. T. Drug abuse as a problem of impaired control: current approaches and findings. Behavioral and Cognitive Neuroscience Reviews. 2 (3), 179-197 (2003).
  27. Hingson, R., Winter, M. Epidemiology and consequences of drinking and driving. Alcohol Reseach & Health. 27 (1), 63-78 (2003).
  28. Selzer, M. L., Vinokur, A., Van Rooijen, L. A self-administered Short Michigan Alcoholism Screening Test (SMAST). Journal of Studies on Alcohol. 36 (1), 117-126 (1975).
  29. Babor, T., Higgins-Biddle, J. S., Saunders, J. B., Monteiro, M. G. AUDIT: The Alcohol use disorders identification test: Guidelines for use in primary care. , WHO: World Health Organization. Geneva, Switzerland. (2001).
  30. Rice, J. P., et al. Comparison of direct interview and family history diagnoses of alcohol dependence. Alcoholism: Clinical and Experimental Research. 19 (4), 1018-1023 (1995).
  31. Eysenck, H. J., Eysenck, S. B. G. Manual of the Eysenck Personality Questionnaire. , Hodder & Staughton. (1975).
  32. Eysenck, S. B., Eysenck, H. J. Impulsiveness and venturesomeness: their position in a dimensional system of personality description. Psychological Reports. 43 (3 Pt 2), 1247-1255 (1978).
  33. Begleiter, H., Kissin, B. The Pharmacology of Alcohol and Alcohol Dependence. , Oxford University Press. 248-306 (1996).
  34. Martin, C. S., Earleywine, M., Musty, R. E., Perrine, M. W., Swift, R. M. Development and validation of the Biphasic Alcohol Effects Scale. Alcoholism: Clinical and Experimental Research. 17 (1), 140-146 (1993).
  35. Liu, H., Tanaka, N., Stufflebeam, S., Ahlfors, S., Hamalainen, M. Functional Mapping with Simultaneous MEG and EEG. Journal of Visualized Experiments. (40), (2010).
  36. Lee, A. K., Larson, E., Maddox, R. K. Mapping cortical dynamics using simultaneous MEG/EEG and anatomically-constrained minimum-norm estimates: an auditory attention example. Journal of Visualized Experiments. (68), e4262 (2012).
  37. Balderston, N. L., Schultz, D. H., Baillet, S., Helmstetter, F. J. How to detect amygdala activity with magnetoencephalography using source imaging. Journal of Visualized Experiments. (76), (2013).
  38. Breslin, F. C., Kapur, B. M., Sobell, M. B., Cappell, H. Gender and alcohol dosing: a procedure for producing comparable breath alcohol curves for men and women. Alcoholism: Clinical and Experimental Research. 21 (5), 928-930 (1997).
  39. Marinkovic, K., Cox, B., Reid, K., Halgren, E. Head position in the MEG helmet affects the sensitivity to anterior sources. Neurology and Clinical Neurophysiology. , 30 (2004).
  40. Dale, A. M., Sereno, M. I. Improved localization of cortical activity by combining EEG and MEG with MRI cortical surface reconstruction: A linear approach. Journal of Cognitive Neuroscience. 5, 162-176 (1993).
  41. Dale, A. M., Fischl, B., Sereno, M. I. Cortical surface-based analysis. I. Segmentation and surface reconstruction. Neuroimage. 9 (2), 179-194 (1999).
  42. Fischl, B., Sereno, M. I., Dale, A. M. Cortical surface-based analysis. II: Inflation, flattening, and a surface-based coordinate system. Neuroimage. 9 (2), 195-207 (1999).
  43. Gramfort, A., Papadopoulo, T., Olivi, E., Clerc, M. OpenMEEG: opensource software for quasistatic bioelectromagnetics. Biomedical Engineering Online. 9, 45 (2010).
  44. Kybic, J., et al. A common formalism for the integral formulations of the forward EEG problem. IEEE Transactions on Medical Imaging. 24 (1), 12-28 (2005).
  45. Dale, A. M., et al. Dynamic statistical parametric mapping: combining fMRI and MEG for high-resolution imaging of cortical activity. Neuron. 26 (1), 55-67 (2000).
  46. Marinkovic, K. Spatiotemporal dynamics of word processing in the human cortex. The Neuroscientist. 10 (2), 142-152 (2004).
  47. Oostenveld, R., Fries, P., Maris, E., Schoffelen, J. M. FieldTrip: Open source software for advanced analysis of MEG, EEG, and invasive electrophysiological data. Computational Intelligence and Neuroscience. , 156869 (2011).
  48. Delorme, A., Makeig, S. EEGLAB: An open source toolbox for analysis of single-trial EEG dynamics. Journal of Neuroscience Methods. 134, 9-21 (2004).
  49. Gramfort, A., et al. MNE software for processing MEG and EEG data. Neuroimage. 86, 446-460 (2014).
  50. Lin, F. H., et al. Spectral spatiotemporal imaging of cortical oscillations and interactions in the human brain. Neuroimage. 23 (2), 582-595 (2004).
  51. Fischl, B., Sereno, M. I., Tootell, R. B., Dale, A. M. High-resolution intersubject averaging and a coordinate system for the cortical surface. Human Brain Mapping. 8 (4), 272-284 (1999).
  52. Maris, E., Oostenveld, R. Nonparametric statistical testing of EEG- and MEG-data. Journal of Neuroscience Methods. 164 (1), 177-190 (2007).
  53. Marinkovic, K., et al. Spatiotemporal dynamics of modality-specific and supramodal word processing. Neuron. 38 (3), 487-497 (2003).
  54. Nachev, P. Cognition and medial frontal cortex in health and disease. Current Opinion in Neurology. 19 (6), 586-592 (2006).
  55. Kennerley, S. W., Walton, M. E., Behrens, T. E., Buckley, M. J., Rushworth, M. F. Optimal decision making and the anterior cingulate cortex. Nature Neuroscience. 9 (7), 940-947 (2006).
  56. Aron, A. R., Robbins, T. W., Poldrack, R. A. Inhibition and the right inferior frontal cortex: one decade on. Trends in Cognitive Sciences. 18 (4), 177-185 (2014).
  57. Erika-Florence, M., Leech, R., Hampshire, A. A functional network perspective on response inhibition and attentional control. Nature Communications. 5, 4073 (2014).
  58. D'Esposito, M., Postle, B. R. The cognitive neuroscience of working memory. Annual Review of Psychology. 66, 115-142 (2015).
  59. Hasselmo, M. E., Stern, C. E. Theta rhythm and the encoding and retrieval of space and time. Neuroimage. 85 Pt 2, 656-666 (2014).
  60. Womelsdorf, T., Johnston, K., Vinck, M., Everling, S. Theta-activity in anterior cingulate cortex predicts task rules and their adjustments following errors. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 107 (11), 5248-5253 (2010).
  61. Fries, P. A mechanism for cognitive dynamics: neuronal communication through neuronal coherence. Trends in Cognitive Sciences. 9 (10), 474-480 (2005).
  62. Canolty, R. T., et al. High gamma power is phase-locked to theta oscillations in human neocortex. Science. 313 (5793), 1626-1628 (2006).
  63. Varela, F., Lachaux, J. P., Rodriguez, E., Martinerie, J. The brainweb: phase synchronization and large-scale integration. Nature Reviews Neuroscience. 2 (4), 229-239 (2001).
  64. Hanslmayr, S., et al. The electrophysiological dynamics of interference during the Stroop task. Journal of Cognitive Neuroscience. 20 (2), 215-225 (2008).
  65. Niendam, T. A., et al. Meta-analytic evidence for a superordinate cognitive control network subserving diverse executive functions. Cognitive, Affective, & Behavioral Neuroscience. 12 (2), 241-268 (2012).
  66. Sadaghiani, S., D'Esposito, M. Functional Characterization of the Cingulo-Opercular Network in the Maintenance of Tonic Alertness. Cerebral Cortex. 25 (9), 2763-2773 (2015).
  67. Dosenbach, N. U., Fair, D. A., Cohen, A. L., Schlaggar, B. L., Petersen, S. E. A dual-networks architecture of top-down control. Trends in Cognitive Sciences. 12 (3), 99-105 (2008).
  68. Bullmore, E., Sporns, O. The economy of brain network organization. Nature Reviews Neuroscience. 13 (5), 336-349 (2012).
  69. Fornito, A., Zalesky, A., Breakspear, M. The connectomics of brain disorders. Nature Reviews Neuroscience. 16 (3), 159-172 (2015).
  70. Anderson, B. M., et al. Functional imaging of cognitive control during acute alcohol intoxication. Alcoholism: Clinical and Experimental Research. 35 (1), 156-165 (2011).
  71. Kareken, D. A., et al. Family history of alcoholism interacts with alcohol to affect brain regions involved in behavioral inhibition. Psychopharmacology (Berl). 228 (2), 335-345 (2013).
  72. Schuckit, M. A., et al. fMRI differences between subjects with low and high responses to alcohol during a stop signal task. Alcoholism: Clinical and Experimental Research. 36 (1), 130-140 (2012).
  73. Nikolaou, K., Critchley, H., Duka, T. Alcohol affects neuronal substrates of response inhibition but not of perceptual processing of stimuli signalling a stop response. PLoS One. 8 (9), e76649 (2013).
  74. Gan, G., et al. Alcohol-induced impairment of inhibitory control is linked to attenuated brain responses in right fronto-temporal cortex. Biology Psychiatry. 76 (9), 698-707 (2014).
  75. Ehlers, C. L., Wills, D. N., Havstad, J. Ethanol reduces the phase locking of neural activity in human and rodent brain. Brain Research. 1450, 67-79 (2012).
  76. Goldstein, R. Z., Volkow, N. D. Dysfunction of the prefrontal cortex in addiction: neuroimaging findings and clinical implications. Nature Reviews Neuroscience. 12 (11), 652-669 (2011).

Tags

Neurowetenschappen kwestie 144 neurowetenschap hersenen cognitieve controle liquor theta oscillaties fase-vergrendeling neurale synchrony alcohol Stroop taak multimodale imaging
Verstoring van de frontale kwab neurale Synchrony tijdens cognitieve controle door Alcohol Intoxication
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Marinkovic, K., Beaton, L. E.,… More

Marinkovic, K., Beaton, L. E., Rosen, B. Q., Happer, J. P., Wagner, L. C. Disruption of Frontal Lobe Neural Synchrony During Cognitive Control by Alcohol Intoxication. J. Vis. Exp. (144), e58839, doi:10.3791/58839 (2019).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter