Summary
이 실험은 급성 알코올 중독의 기능으로 인지 컨트롤의 약혼 하는 동안 뇌 진동 역학과 장거리 기능 synchrony를 검사 하는 해부학 제한 magnetoencephalography (aMEG) 메서드를 사용 합니다.
Abstract
의사 결정 분산, 주로 정면 뇌 영역의 동적 상호 작용에 의존합니다. 기능성 자기 공명 영상 (fMRI) 연구에서 광범위 한 증거 앞쪽 대상 (ACC)와 측면 전 두 엽 외피가 (latPFC) 인지 컨트롤 실천과 필수 노드는 나타냅니다. 그러나, 그것의 한정 된 시간 해상도 때문에 fMRI 수 없습니다 정확 하 게 반영 타이밍 및 그들의 추정 된 상호 작용의 본질. 현재 연구를 "뇌 영화"의 형태로 구조 MRI 일시적으로 정확한 magnetoencephalography (멕) 신호의 분산된 소스 모델링 결합: (1) 추정 피 질 영역 인지 제어에 관련 된 ("어디 에"), (2) 특성 그들의 일시적인 순서 ("때"), 그리고 (3) 실시간으로 그들의 신경 상호 작용의 진동 역학 계량. 룹 간섭 지속적인된 감도 ACC에 latPFC 인지 요구를 통합 및 응답 준비 중 이어서 충돌 감지 시 ACC에 큰 이벤트 관련 세타 (4-7 Hz) 파워와 연관 되었다. 위상 잠금 분석 충돌 유도 조화 실험 세타 밴드에 그들의 증가 신경 synchrony를 나타내는 이러한 영역 간의 상호 작용을 co-oscillatory 밝혔다. 이러한 결과 세타 진동은 장거리 동기화 인지 제어 중 하향식 영향을 통합 하는 데 필요한 기본적인 확인 합니다. 멕 적합 하 게 달리는 fMRI 약리 조작 vasoactive 직접 신경 활동 혼동 한다 반영 한다. 현재 연구에서 건강 한 사회 술 꾼 내 주제 디자인에 온건한 알콜 투여 및 위약 부여 했다. 급성 중독 세타 전원을 룹 ACC와 latPFC, 알코올은 실천과 인식 제어 하는 신경 synchrony에 해로운 확인 사이 충돌 및 dysregulated 공동 진동 감쇠. 그것은 목표 지시 행동 강 박 음주에 기여 하 고 부족 한 자기 통제에서 발생할 수 있습니다 방해 합니다. 요컨대에서,이 인지 처리 하는 동안 실시간으로 상호 작용에 대 한 통찰력을 제공할 수 있습니다 메서드와 관련 신경 네트워크를 통해 약리 도전 선택적 감도 특성을 수 있습니다.
Introduction
이 연구의 전반적인 목표는 뇌 진동 역학과 인지 제어 중 장거리 기능 통합 spatio 시간적 변화에 급성 알코올 중독의 효과 살펴보는 것입니다. 고용된 multimodal 접근을 이미징 magnetoencephalography (멕) 및 구조 자기 공명 영상 (MRI) 고정밀 시간 및 대화형 시스템의 수준에서 의사 결정의 신경 기초에 대 한 통찰력을 제공을 결합 합니다.
유연한 동작 하면 상황별 요구 변화에 적응 하 고 다른 작업 및 의도 및 목표와 요구 사항을 전략적으로 전환할 수 있습니다. 목표 관련 하지만 비 습 관성 행동에 찬성 하 여 자동 응답을 억제 하는 용량 인지 컨트롤의 필수적인 부분입니다. 광범위 한 증거 주로 정면 외피 네트워크, 이전 대상 피 질 (ACC)이 대화형 네트워크1,2,,34에서 중앙 노드로 하 여 subserved는 건의 한다. ACC와 측면 정면 외피가 사이의 풍부한 해부학 적 연결 잘 설명된5,6, 인지 컨트롤, 응답 선택 하는 동안이 지역 간의 통신의 기능적 특성은 그리고 실행은 제대로 이해.
매우 영향력 있는 충돌 감시 이론7,8 제안 인지 제어 중간과 측면 전 두 엽 외피가 간의 동적 상호 작용에서 발생 합니다. 이 계정 purports ACC 경쟁 표현 사이 충돌을 모니터링 하 고 측면 전 두 엽 피 질 (latPFC) 응답 컨트롤을 구현 하 고 성능을 최적화에 종사. 그러나,이 계정은 주로 혈액 산소 수준 의존 (BOLD) 신호를 사용 하 여 기능적 MRI (fMRI) 연구에 근거한 다. FMRI 대담한 신호는 우수한 공간 매핑 도구, 하지만 neurovascular 커플링에 의해 중재 지역 hemodynamic 변화를 반영 하기 때문에 시간적 해상도 제한 됩니다. 그 결과, 대담한 신호 변경 규모로 훨씬 느린 시간 (초) 기본 (밀리초)에서 신경 이벤트9보다 전개. 또한, 대담한 신호는 알코올의 vasoactive 효과10 그리고 급성 알코올 중독의 연구에 덜 적합 하 게 신경 변화의 크기를 정확 하 게 대표 하지 않을 수 있습니다. 따라서, 중간과 측면 전 두 엽 외피가 일시적으로 정확한 방식으로 신경 이벤트를 기록 하는 방법으로 검사할 수 알코올 중독 필요에 그것의 감도 사이 추정 된 상호 작용. 멕은 우수한 시간적 해상도 postsynaptic 전류 직접 반영. 여기 고용 해부학 제약 멕 (aMEG) 방법론을 결합 하 여 복합 접근 배포 구조 MRI로 멕 신호 소스 모델링입니다. 시간적 순서 ("때") 관련 된 신경 구성 요소를 이해 하 고 여기서 발생 하는 충돌-그리고 음료-관련 된 뇌 진동 변경의 추정에 대 한 수 있습니다.
의사 결정 인지 제어에 증가 요구 처리를 동적으로 종사 하는 분산 된 뇌 영역의 상호 작용에 의존 합니다. 한 두 외피 지역 사이 장거리 synchrony에서 이벤트 관련 변경 추정 방법은 그들의 공동 진동11,12의 색인 커플링 그들의 단계를 계산 하. 현재 연구 이론 ACC와 latPFC 사이 co-oscillatory 상호 작용을 검사 하 여 모니터링 하는 충돌의 기본 교리를 테스트 하는 위상 잠금 분석 적용. 세타 범위 (4-7 Hz)에서 신경 진동 인지 컨트롤과 연결 된 고 탑-다운 인지 처리13,14에 필요한 장거리 동기화를 지 원하는 기본 메커니즘으로 제안 되어 15,16. 그들은 작업 어려움의 기능으로 전 두 엽 영역에서 생성 되 고 크게 급성 알코올 중독17,18,,1920에 의해 감쇠.
장기간 과도 한 알코올 섭취와 되 고 특히 영향을 받는21,22엽 회로 인식 적자의 범위와 연결 됩니다. 급성 알코올 중독 증가 어려움, 모호성, 또는 응답 호환성17,,2324를 유도 하는 그의 조건에서 인지 제어에 유해 하다. 의사 결정에 영향을 미치는 알코올 목표 지시 동작을 방해할 수 있습니다., 불 쌍 한 자기 통제에서 증가 음주, 그리고 트래픽 또는 업무 관련 위험25,26,27에도 기여할 수 있습니다. . 현재 연구 세타 밴드와 우수한 시간적 해상도 주 집행 영역 사이의 synchrony에서 진동 활동을 측정 하는 aMEG 접근을 사용 합니다. 세타 활동 및 ACC는 latPFC 사이 공동 진동에 알코올의 영향 elicited 룹 간섭 작업에 의해 충돌의 기능으로 검사 합니다. 우리는 증가 인지 수요와 큰 기능 synchrony 연결 그 알코올 유발 dysregulation 중간과 측면 전 두 엽 외피가의 동기 활동의 기초가 인지 제어에 장애 가설.
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Protocol
이 실험 프로토콜, 샌디에고가 주 대학에 인간의 과목 보호 위원회에 의해 승인 되었습니다.
1. 인체
- 건강 한 오른 손잡이 성인 자원 봉사자를 모집 하 고 그들의 동의 얻을 포함/제외 기준에 그들을 화면.
참고: 이 연구, 20 젊고, 건강 한 개인에서에서 (± 표준 편차 [SD] 나이 의미 = 25.3 ± 4.4 년) 포함 8 여자 결코 치료에 또는 없음 보고서 관련된 범죄, 약물 또는 알코올에 대 한 체포는 적당히 마시는 사람을 모집 했다 알코올 중독 관련 짧은 미시간 알콜 중독 검사 테스트28에 누가 연기 하지 않으며 누가 정신병 무질서 또는 현재 건강 문제, 역사 없고 약물 치료는 불법 물질을 사용 하 여 무료 증상과 내부 강자성 개체 또는 임 플 란 트입니다.
2. 실험 설계
- 3 멕 세션 (노 음료 소개 세션 및 알코올 및 위약은 counterbalanced 방식으로 실시 하는 두 개의 실험 음료 세션), 및 1 개의 구조 MRI 검사를 포함 하 여 각 참가자 4 번을 검색 합니다.
참고: 이 주제 내의 디자인에서 참가자 역할을 자신의 컨트롤 알코올 및 위약 세션에 참여 하 여. 이 디자인 오류 차이 감소 시키고 두뇌 해부학, 활동 패턴 및 알코올 대사에 개별 다양성의 영향을 최소화 하 여 통계적 인 힘을 증가.
3. 멕 수집 검사
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친 하 게 세션을 수행 합니다.
- 초기 입문 세션 동안 설문 조사 참가자의 의료 기록, 그들의 음주 패턴 및 알코올 중독 관련 증상28,29, 가족 역사의 심각도 대 한 더 많은 정보를 관리합니다 알코올 중독30, 및 성격 특성 impulsivity31,32를 포함 하 여.
- 3.2, 3.3, 3.5 단계에서 아래에 설명 된 프로토콜에 따라 멕 스캐너에서 초기 녹음을 실시 합니다. 어떤 음료를 제공 하지 않습니다. 작업을 설명 하 고 연습 버전 허용 참가자 얻을 익숙하게 그것 미리를 실행 합니다.
참고: 실험적인 상황에 새 환경 순응 상황 유발 자극33, 후속 알코올 및 해당 차원에 대 한 위약 세션을 동일시 함으로써 잠재적인 효과 최소화의 목적을 제공.
-
알코올/위약 실험 세션을 수행 합니다.
참고: 관리 음료 제외한 알코올 및 위약 세션 동안 동일한 실험적인 절차를 따르십시오. 먼저 한 알코올 음료를 관리 함으로써 음료 순서를 맞출 참가자와 위약 임의의 순서로 다른 절반의 절반.- 멕 실험실에 도착 그들의 스캐너에 있는 참가자가 가능한 자화에 대 한 채널을 확인 하 여 간단한 테스트 검사를 실행 합니다. 그들의 무게를 측정 합니다. 전자 측정기와 그들을 화면. 실험 전에 3 h에 대 한 음식 48 h에 대 한 알코올에서 기권 하 요구 사항 준수에 대 한 그들을 쿼리 합니다.
- 모든 참가자 로부터 다중 약물 테스트 패널에 대 한 소변 샘플을 수집 하 고 어떤 약물에 대 한 긍정적인 테스트 제외. 또한, 여성 참가자는 소변으로 임신에 대 한 테스트 및 테스트 긍정 또는 경우에 그들은 그들 임신 될 수도 있습니다 의심 하는 사람들을 제외를 확인 합니다.
- 음주 전에 표준화 규모34 그리고 실험 기간 동안 2 개의 추가적인 경우-오름차순 사지 (~ 15 그들의 순간적인 감정과 상태를 평가 하려면 묻는 참가자에 의해 알코올의 주관적인 효과에서 동적인 변화를 평가 음료를 소모한 후 분)와 멕 녹음 후 호흡 알코올 농도 곡선 (BrAC)의 하강 다리.
- 참가자 기록 하기 전에 작업을 이해할 수 있도록 자극 프레 젠 테이 션 소프트웨어와 함께 노트북에 룹 작업의 연습 실행을 관리 합니다.
참고: 룹 작업의이 버전은 읽기와 색상 이름 (그림 1). 색상 단어 (즉, 빨강, 녹색, 파랑, 노랑) 일치 글꼴 색 (즉, 단어 "녹색" 녹색에서 인쇄)에서 인쇄 된 합동 조건에 의하여 이루어져 있다. 조화 상태에서 색상 단어의 의미 (즉, "녹색"는 노란색으로 인쇄 된 단어)와 일치 하지 않는 색상에 인쇄 됩니다. 색상, 또는, 단어 단어18,23의 의미에 해당 하는 버튼을 누르면 회색으로 쓸 때 단어 작성 된 때마다 글꼴 색에 해당 하는 4 개의 단추 중 하나를 눌러 참가자를 요구 하십시오.
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MEG/EEG 기록 준비.
참고: 멕 데이터 수집의 세부 사항을 이전 간행물35,,3637에서 설명 되었습니다.- EEG 모자 또는 개별 EEG 전극 참가자의 머리에 놓고 모든 임피던스 5 k ω 같습니다 확인 하십시오.
- 이 마의 고 각 귀 뒤에 양쪽에 머리 위치 표시기 (HPI) 코일을 연결 합니다.
참고: 이 단계는 Neuromag 시스템 합니다. - 위치는 교정 등 표준 포인트와 두 개의 preauricular 포인트, HPI 코일, EEG 전극의 위치를 디지털화 하 고 많은 수의 추가 요소 (~ 200) 머리 모양을 묘사. 이 정보를 사용 하 여 해 부 MRI 이미지 (그림 2)와 함께 공동 등록에 대 한.
-
음료를 관리 합니다.
- 각 참가자의 성별 (남성, 여성을 위한 0.55 g/kg 알코올 알코올 0.60 g/kg), 무게에 따라 냉장 오렌지 주스 (25 %v / v), 프리미엄 품질 보드카를 혼합 하 여 알콜 음료를 준비 0.0638의 BrAC 타겟팅. 위약 음료 보드카와 swabbed 바퀴와 안경에 오렌지 주스의 동일한 볼륨을 제공 합니다. 약 10 분에 음료를 소비 하는 참가자를 요구 하십시오.
- 녹음 실에 들어오기 전까지 음주 후 ~ 15 분 마다 5 분 후에 시작 하는 음주 측정기와 참가자의 BrAC를 확인 하십시오. 전자 기기 차폐 룸에서 사용할 수 없습니다, 타 액에서 포화 하는 판독을 제공 하는 소켓에 삽입 됩니다 면봉으로 구성 된 타 액 알코올 테스트를 사용 합니다.
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MEG/EEG 데이터 취득.
- 스캐너에 편안 하 게 참가자를 놓습니다. 특정 관심의 전 두 엽 활동 이므로, 참가자의 머리는 헬멧의 상단을 만지고 있다 고 앞에 함께 정렬 배치 됩니다 확인 하십시오.
참고: 머리 위치 자기장 기온 변화도 센서와 두뇌 소스39사이의 거리의 큐브 감소 하기 때문에 중요 한 방법으로 활동 예상 발생할 수 있습니다. - HPI 코일 및 전극의 모든 스캐너에 각각 그들의 입력에 연결 합니다. 편안 하 게 단추를 누를 수 있도록 응답 패드를 배치 합니다. 글꼴은 명확 하 게 참가자 앞 프로젝션 스크린에 읽기 확인 하십시오.
- 콘솔 방에 다시 인터 제대로 작동 하 고 있는지 확인 합니다. 점멸을 최소화 하기 위해 참가자를 생각나 게 하 고 얘기로 인 한 머리 움직임을 포함 하 여 움직임을 피하기 위해. 참가자가 대신 응답 버튼을 눌러 질문에 응답 하도록 지시 합니다.
- 모든 응답 및 자극 트리거 올바르게 기록 됩니다 확인 합니다. 아티팩트에 대 한 모든 채널을 검사 하 고 스캐너에서 머리 위치를 측정 한다.
- 데이터 수집을 시작 하 고 작업을 시작 합니다. 모든 ~2.5 분 눈을 휴식을 제공 합니다. 작업 완료 시 데이터를 저장 하 고 녹음 실에서 참가자를 호위.
- 참가자가 스캐너를 종료 하 고 때 취득 수단이 잡음의 측정으로 빈 룸에서 데이터의 약 2 분.
- 작업 난이도, 뿐만 아니라 그들의 순간적인 기분과 감정을34도, 그들은 느꼈다 어떻게 음주 imbibed 음료의 콘텐츠를 인식 하는 속도에 참가자를 요구 하십시오.
- 스캐너에 편안 하 게 참가자를 놓습니다. 특정 관심의 전 두 엽 활동 이므로, 참가자의 머리는 헬멧의 상단을 만지고 있다 고 앞에 함께 정렬 배치 됩니다 확인 하십시오.
4. 이미지 수집 및 구조 MRI의 대뇌 피 질의 재구성
- 각 참가자에 대 한 고해상도 해 부 MRI 스캔을 FreeSurfer 소프트웨어40,,4142각 참가자의 대뇌 피 질의 표면 재구성 합니다.
- 내부 두개골 표면 세그먼트 구조 MRI 이미지에서 파생 된을 사용 하 여 각 개인의 뇌 해부학43 와 일치 하는 전달 솔루션에 대 한 모델을 제공 하는 데 사용 되는 볼륨 지휘자의 경계 요소 모델을 생성 , 44.
5. 멕 데이터 분석
참고: 사용 하 여 각 참가자의 재건된 대뇌 피 질의 표면 외피 리본40,,4546소스 견적 제한 해부학 제약 멕 방식으로 데이터를 분석 합니다. 분석 스트림 FieldTrip47, MNE49, EEGLab48, 등 공개적으로 사용 가능한 패키지에 종속성이 있는 사용자 지정 함수에 의존 합니다.
- 데이터 전처리 하는 동안 허용 대역 통과 필터를 사용 하 여 (예를 들어, 0.1-100 Hz) 및 각 끝에 간격 패딩 포함 하는 세그먼트에 자극 증상에 따라 epoch 데이터 (예를 들어,-600-300 후 800 ms에 걸친 관심의 간격 1100 ms에는 패딩의 제거)입니다.
- 소음과 플랫 채널, 뿐만 아니라 시험 검사 하 여 유물을 포함 하 고 임계값을 기반으로 거부를 사용 하 여 제거 합니다. 제거 eyeblink 및 하트 비트 독립적인 구성 요소 분석48 을 사용 합니다. 잘못 된 응답으로 재판을 제거 합니다.
- Morlet 웨이브 (그림 3)47 1 Hz 단위로 세타 주파수 대역 (4-7 Hz)에 각 시험에 대 한 복잡 한 파워 스펙트럼을 계산 하기 위해 적용 됩니다. 추가 모든 아티팩트를 제거 합니다. 빈 공간 데이터에서 노이즈 공분산을 계산 합니다.
-
공동 MRI 이미지를 3 차원 (3D) 머리 디지털화 정보 (그림 2)를 사용 하 여 멕 데이터를 등록 합니다.
- MRIlab 모듈을 엽니다.
- 파일을 선택 | 오픈 | 구조 MRI 선택.
- 파일을 선택 | 가져오기 | Isotrak 데이터 | 원시 data.fif 파일 선택 | 확인 포인트.
- 창 | 랜드마크 | 표준 랜드마크 조정 멕 데이터와 MRI의 공동 등록 허용 될 때까지.
- 파일을 선택 | 저장.
- 스펙트럼 동적 통계 매핑 접근18,50세타 소스 전력 및 소음 감도 정규화 견적을 계산 합니다. % 신호 변경 이벤트 관련 세타 소스 전원 표현 기준선을 기준으로.
- 평균 대뇌 피 질의 표현51에 각 참가자의 견적을 모핑 하 여 이벤트 관련 세타 소스 전원의 그룹 평균을 만듭니다.
-
Sulcal 견적 (그림 4)의 가시성을 향상 시키기 위해 비정상적된 평균 표면에 소스 견적을 시각화.
- MNE 소프트웨어를 엽니다.
- 파일을 선택 | 표면 로드 | 부하 증가 그룹 평균 FreeSurfer 대뇌 피 질의 표면.
- 파일을 선택 | 오버레이 관리 | Stc 로드 | 데이터 그룹 평균 로드 | 사용 가능한 오버레이 선택 로드 파일.
- 다른로 선택 오버레이 형식입니다.
- 색 눈금 임계 처리 조정 | 보기.
- 뇌 영화 보기 고 지역과 시간 windows 높은 활성화 특징을 식별 하 여 처리의 spatio 시간적 단계를 검사 하십시오.
- 관심 (ROIs) 가장 주목할 만한 소스 힘을 가진 대뇌 피 질의 위치 통합을 전반적으로 그룹 평균 예측에 따라 편견된 영역을 만듭니다. 각 주제, 조건 및 ROI (그림 5)에 대 한 시간 코스를 계산 합니다.
-
통계 분석을 얻은 세타 소스 전원 견적 제출.
- 각 ROI 시간 과정에서 관심의 윈도 즈 시간을 추출 하 고 분산 분석 (ANOVA) 음료 (알코올, 위약)와 주제 요소 내로 시험 유형 (일치, 조화)를 수행. 비패라메트릭 클러스터 기반 순열 테스트52 를 사용 하 여 이벤트 관련 세타 파워의 음료 및 조건 비교 잘으로 위상 잠금 값 (PLV) 검사.
- PLV12를 계산 하 여 ACC에서 주요 활성화 foci에서 latPFC 사이 장거리 동기화 작업 관련 변화를 예상. % 변경 기준선을 기준으로 PLV를 표현 한다.
참고: 정도는 그들은 공동 진동 특정 주파수에서와 실시간으로 (영화 1) 측정으로 PLV 재판에서 두 ROIs 사이의 위상 각의 일관성의 지표 이다. - 투자 수익 멕 활동 견적, 행동, 성능과 관찰된 결과의 해석에 게 설문 조사 점수 인덱스 사이의 상관 관계를 계산 합니다.
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Representative Results
행동 결과 그 룹 작업 성공적으로 조작 응답 간섭 때문에 정확도 낮은 응답 조화 실험 (그림 6)에 가장 긴 시간을 나타냅니다. 알코올 중독 정확도 저하 하지만 반응 시간18에 영향을 미치지 않았다.
AMEG 방식으로 공개 하는 세타 주파수 대역에서 활동 spatio 시간적 순서는 전반적인 인지 기능 작업의이 유형에 서의 일반적으로 인정 된 모델 계약. 주로 정면 외피가 인지 통합 단계에 종사 하는 후부-앞쪽 활성화 패턴 뒤 자극 발병 후 약 100 ms에서 시각 영역이 활성화 뇌 영화 (영화 2)에서 볼 수 있듯이 후 ~ 300 양은 ACC는 특히 조화 (INC), 높은 충돌 시험, 동안 그것의 교전을 나타내는 충돌 모니터링. ACC 세타 진동의 주 발전기 인지 컨트롤을 검색 하는 작업 동안 이지만 latPFC 또한 활성화 주위에 통합 단계 양 350-600의 모터 피 질 활성화 응답 준비 중 ~ 600 ms 후 표시 됩니다 단계 (영화 2B)입니다. 이벤트 관련 세타 파워는 타운 실험에서 가장 큰 충돌 요구 (그림 5), 특히 전 두 엽 피 질13,17,,1920에 그것의 감도와 일치. 세타 파워 전체 급성 알코올 중독에 의해 감소 됩니다. 그러나, 조화 (CONG) 재판에 비해 알코올 ACC 및 latPFC18에 선택적으로 INC (높은 충돌) 재판에 세타 파워를 줄어듭니다.
현재 연구는 인지 제어 네트워크7, 의 일반적인 계정에 비추어 룹 간섭의 처리 하는 동안 이러한 영역 간의 동적 상호 작용에 초점을 맞춤 으로써 Kovacevic 외.18 에서 결과 확장 8. 타이밍, 정도, 그리고이 두 주로 약혼된 대뇌 피 질의 영역 간의 상호 작용의 더 나은 이해를 각 음료 및 작업 조건에 대 한 및 각 참가자는 PLVs 계산 했다. 그림 7에서 그룹 평균 같이 ACC와 latPFC 사이 공동 진동 자극 처리 단계 동안 시간 공동 진동의 전체 초기 증가와 다릅니다. 위약, 아래이 옵니다 증가 지속된 ~ 400 ms 후 조화 실험에서 통합 및 응답 준비 단계. 따라서, 중간과 측면 전 두 엽 외피가 사이 동기화 된 공동 진동 응답 충돌 F(1,19)을 evoking 더 어려운, INC 시험 에서만 관찰 된다 5.5 p < 0.05 =. 이 증거는 ACC와는 latPFC 기능 보조 하다 인지 제어를 실시간으로에서 작용 하는 제안을 지원 합니다. 반면, 급성 알코올 중독 크게 dysregulates 음료 상호 작용, F(1,19) x 조건이 저조한 공동 진동 5.1, p < 0.05, 있는 조화 실험 특히 영향 알코올 F = (1,19) = 8.8, p < 0.01 (그림 7). 이 알코올 유발 장애 억제 제어의 기초가 될 수 있습니다 하 고 급성 중독에 전 두 엽 피 질의 하향식 규정적 기능의 취약성을 나타냅니다.
그림 1 : 룹 작업 결합 색상 이름을 지정 하 고 읽기. 각 정확한 응답 색상과 함께 세 가지 조건에 대 한 시험 예제 제공 됩니다. 일치 조건 (CONG), 글꼴 색은 단어 의미와 일치 조화 실험 (INC) 산책로 유도 단어 의미에서 간섭으로 인해 응답 충돌 하는 동안. 참가자는 단어는 컬러 (CONG, INC)에 작성 될 때 글꼴 색에 해당 하는 버튼을 눌러 고 회색으로 작성 하는 경우 단어 의미 (읽기)에 응답 하 지시는. 재판 300 ms에 대 한 제시 되며 1700 양 재판 종류는 무작위 순서로 제공 됩니다에 대 한 다음 고정 화면으로 바뀝니다. 이 특정 버전에서 CONG INC 조건 equiprobable 되었고 16.7% 실험 각 총 576 재판에서 발표 됐다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 2 : 멕과 MRI의 공동 등록. 멕 녹음 하는 동안 수집 된 머리에 걸쳐 디지털된 포인트 해 부 MRI 이미지와 공동 등록에 사용 됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 3 : Morlet 잔물결. Morlet 웨이브는 세타 밴드 주파수 (4-7 Hz)에 대 한 1 Hz 주파수 단위로 각 시험에 대 한 복잡 한 파워 스펙트럼을 계산 하는 데 사용 됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 4 : 대뇌 피 질의 개조와 인플레이션. 개별 대뇌 피 질의 표면 재건 되 고 예상된 소스 힘을 제한 하는 데 사용 됩니다. 여기 표시 된 평균 대뇌 피 질의 표면에 근원의 가시성을 향상 시키기 위해 비정상적으로 추정 된다 대뇌 피 질의 sulci. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 5 : 그룹 평균 시간 과정 이벤트 관련 세타의 소스 관심의 선택한 영역에서 전원 견적. 조화 (INC) 자극 elicited 전방 대상 피 질 (ACC;에 조화 (CONG) 자극에 비해 이벤트 관련 세타 파워 증가 F (1,19) = 34.1, p < 0.0001) 측면 전 두 엽 피 질 (latPFC; 뿐만 아니라 F (1,19) = 11.0, p < 0.01), 480-670 양 충돌 동안 처리는 알코올 중독에 특히 민감한 inc 세타 파워 알코올 중독에 의해 감쇠 했다 (F(1,19) = 9.9, p < 0.01). Y 잡음 정규화 이벤트 관련 세타 기준 수정 소스 전원 묘사. 이 그림은 Kovacevic 외.18에서 수정 되었습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 6 : 룹 작업에 행동 결과. 룹 간섭 감소 정확성과 조화 (INC) 재판에 더 이상 응답 시간에 반영 되었다. 알코올 중독 (Alc) 위약 (리노베이션)에 비해 정확도 손상 하지만 반응 시간에는 영향을 미치지 않았다. 오차 막대는 뜻의 표준 오차를 의미합니다. 이 그림 Kovacevic 외 에서 수정 되었습니다. 18. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 7 : 가치의 위상 잠금 (PLVs) 세타 대역에서 그룹 평균 시간 과정. Co-oscillatory synchrony 전방 대상 피 질 (ACC)와 세타 대역 % 위약 (왼쪽)와 알코올 (오른쪽) 조건에 대 한 기준선에서 변경으로 표현 측면 전 두 엽 피 질 (latPFC) 사이. 위약, 아래 조화 (CONG) 산책로에 비해 증가 인지 제어 응답에 조화 (INC) 가신에 관찰 PLVs 초기 증가 처리 단계 (400-600 ms) 공동 진동에 지속적인된 증가 자극 하는 동안 다음 F (1,19) = 5.5 p < 0.05. 급성 알코올 중독 선택적으로 dysregulated INC 실험, F(1,19)에서 공동 진동 8.8, p < 0.01 =. 활성화 (삽입 된) 지도 부조화 효과 (INC-CONG), ACC 및 latPFC에서 눈에 띄는입니다. 색 눈금 타운 실험 CONG 재판에 비해 강한 세타 파워를 나타내는 노란색 (활동 > 0.3) 레드 (활동 > 0.2) 자극 발병 후 480 ms에서 기준선 수정 소스 전원 견적을 나타냅니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
영화 1: 공동 진동. 위상 잠금 값 전방 대상 피 질 (ACC)와 동기화는 위상 차이의 일관성의 측면 전 두 엽 피 질 (latPFC) 사이의 세타 주파수 범위 (4-7 Hz)에서 계산 된 그들의 세타 파워 진폭에 관계 없이 이러한 두 ROIs. 이 영화를 다운로드 하려면 여기를 클릭 하십시오.
영화 2: 영화 뇌. 구조상 MRI 룹 간섭에 대 한 응답에서 세타 파워와 그들의 활성화의 시간적 순서를 생성 하는 주 대뇌 피 질 영역의 평가 대 한 허용과 함께 멕 신호의 소스 모델링을 배포. (A) 초기 감각 처리, 다음 이전 대상 피 질 (ACC)는 선택적으로 활성화 조화, 높은 충돌 시험 ~ 350 양 (B) 후 ACC 프로 빙 작업 동안 세타 진동의 주 발전기는 인지 컨트롤, 측면 전 두 엽 피 질 (latPFC) 또한 주위 통합 단계에서 종사 하는 양 350-600의 모터 피 질 활성화 응답 준비 중 ~ 600 ms 후 관찰 됩니다. 색 눈금 medially 0.79 보다 큰 활성화를 나타내는 빨간색과 차동 기준 수정 소스 전원 견적을 나타냅니다 (0.57 옆) 노란색 medially 0.9 보다 큰 활성화를 나타냅니다 (0.8 옆). 이 두 영화 관련 된 ACC와 latPFC, 각각 전개 시간 코스와 함께 표시 해야한다 note 하시기 바랍니다. 이 영화를 다운로드 하려면 여기를 클릭 하십시오.
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Discussion
이 연구에 사용 된 방법 이미징 multimodal 각 참가자의 구조상 MRI에서 파생 하는 역 추정의 공간 제약 함께 일시적으로 정확한 멕 신호의 분산된 소스 모델링 구성 되어 있습니다. AMEG 접근 진동 역학의 spatio 시간적 단계 인지 제어 실천과 장거리 통합에 대 한 통찰력을 제공 하기 위해 이러한 기술의 장점을 결합 합니다. 제공 합니다 다른 neuroimaging 기술 보다 더 큰 시간 정밀도 같은 초9를 커플링 하는 혈관을 통해 신경 변화를 간접 감도 때문에의 크기에 그 시간적인 해상도 fMRI 굵게. 비교에서는, 멕 신호의 밀리초 정밀도 현재 연구에 의해 증명으로 신경 처리 단계, 조사에 대 한 수 있습니다. AMEG 모델 가정 멕 신호의 분산된 소스는 대뇌 피 질의 따라, 표면 구조 MRI 이미지에서 재건 하는 때 제공 공간 제약 활동 견적45,53. 이러한 공간 견적 로컬 활성화 뿐만 아니라 위상 잠금16,20의 형태로 대화형 네트워크 수준에서 장거리 통신 조사를 사용할 수 있습니다. 또한, aMEG 접근을 fMRI 대담한 신호 알코올 등 약물 조작의 vasoactive 효과 의해 혼동 되지 않을 수 있습니다 신경 기능에 약리학 조작의 효과 조사 하는 데 적합 하다 신경 변경10의 크기는 정확 하 게 반영 합니다.
신경 분이이 방법의 높은 감도 또한 포함 한 근육의 움직임 또는 눈 점멸, 다양 한 유물 검색을 신중 하 게 원시 신호에서 제거 해야 하는 비 신경 소음에 민감한 의미 변경 합니다. 또한, 머리 위치 활동 예측 자기장 기온 변화도39센서 감도 때문에 중요 한 효과 가질 수 있습니다. AMEG 모델의 정의 감안할 때, 소스 견적은 제한 대뇌 피 질의 표면45,46, 그래서 subcortical 구조에서 elicited 활동을 예상할 수 없습니다.
이전에 게시 결과18을 바탕으로, 현재 연구 설명 했습니다 이벤트 관련 세타 (4-7 Hz) 전원에 변화 룹 유도 충돌 동안 건강 한 사회 술 꾼에서 급성 알코올 중독의 기능으로. 그림 5에서 보듯이, 세타 파워는 차동 룹 작업 조건에 의해 부과 된 인 지적 요구에 민감합니다. 부조화 prestimulus 기준에 비해 전 두 엽 피 질에 더 큰 세타 파워에 반영 인지 제어에 특히 효과적입니다. 교장의 세타 진동 생성기는 초기와 후반 단계18을 처리 하는 동안 응답 충돌에는 ACC 추정. 이러한 결과 저명한 계정7,8일치에 충돌에 대 한 모니터링에 ACC의 역할을 지원 합니다. 따라서, aMEG 메서드는 인지 제어에 높은 로드를 부과 하는 재판 중 ACC의 지속적인된 참여에 일시적으로 중요 한 통찰력을 제공 하 고 있다. ACC와 분산된 뇌 영역5,6사이 해 부 연결에 광범위 한 함께이 증거의 자율 규제에서의 다각적인 역할을 뒷받침. 그 보기에는 ACC는 인지 제어 목표와 의도 콘텐츠 및 동기 부여 제약54,55여 subserves neurofunctional 시스템에서 주요 허브 이다. Inferolateral 전 두 엽 피 질, 특히 오른쪽에 prepotent 응답, attentional 제어, 그리고 작업 표현 업데이트의 서비스에 작동 메모리의 억제와 연결 되어 있는 그 시스템 내에서 또 다른 중요 한 지역 이다 56 , 57 , 58.
그것은 세타 진동 신경 통합 인지 및 정서13,16,,5960처리에 필요한 중재 설립 되었습니다. 신경 통신 따라서 로컬 처리61,62중재 중첩된 빠른 리듬으로 먼 신경 앙상블 세타 대역에서의 동기화 된 흥분에 의존 수 있습니다. PLVs 대뇌 피 질의 영역 사이의 위상 일관성을 반영 하 고 일반적으로 그들은 공동63진동 하는 때 작용 하는 두 지역 가정으로 그들의 진동 synchrony를 추정 사용 됩니다. 실제로, PLV의 일시적인 증가 동기 상호 작용12,20할 거 것으로 예상 될 것 이다 신경 활동의 그 간격에서 관찰 된다. 현재 연구 이전 증거를 확인 하 고 소스 ACC 하는 latPFC 추정 기능 동기화 spatio 시간적 구체화 추가 됩니다. 이전 보고서64와 일치, 현재 결과 나타냅니다 PLVs는 증가 룹 작업에 조화 실험 지속. 고정밀 측 두 엽이 두 영역 간의 위상 동기화를 측정 하 여 이들이 발견 충돌 계정 모니터링을 확장 하 고 조화 실험 ~ 350 ms 후 그들의 상호 작용은 특히 눈에 띄는 나타냅니다. 이 인지 통합 단계 중간과 측면 전 두 엽 외피가 관심, 반응 억제, 및 작업 중인 메모리에 대 한 요구를 부과 하는 더 어려운 작업 조건 행동 성능을 지원 하기 위해 상호 작용 하는 가능성이 있다. FMRI 기반 기능 연결 연구에서 광범위 한 증거가 나타냅니다 이러한 대뇌 피 질의 영역 탑-다운 인지 제어65,66, 을 지 원하는 동적, 대화형 cingulo opercular 네트워크 형성 67. 더 넓게, 두뇌 최적화 분산된 neurofunctional 시스템68,69의 유연 하 고 동적 동기화를 통해 적응 하 고 일관 된 방식으로 환경 요구에 대응.
현재 연구에 사용 된 해부학 제약 멕 접근 보완 이미징 방법의 조합을 사용 합니다. 그것은 신경 활동의 spatio 시간적 순서를 특성 수 있습니다 하 고 인지 제어의 교전 중 하향식 영향을 통합 하기 위한 중요 한 장거리 상호 작용의 역학에 대 한 통찰력을 제공할 수 있습니다. 멕 신호 반영 시 냅 스 전류를 직접 임시 고정밀 co-oscillatory 상호 작용 시간과 neurofunctional 시스템에 대 한 가설 테스트를 합니다. 또한,이 메서드는 적합 한 약리 조작 아니에요 vasoactive에 취약 하기 때문에 혼동 한다. 이 연구소 등에서 연구 prefrontally-중재 인지 제어 기능 특히 알코올 중독17,,1819,20,23에 취약 함을 나타냅니다. ,24,70,,7172,73,74. 현재 연구는 급성 알코올 중독 실천과 응답 충돌 전 두 엽 영역에서 활동 감소 보여줍니다. 또한, 알코올 장애 또는 maladaptive 응답 억제를 기초 수 있습니다 동기화 공동 진동20,75 를 방해. 그 결과, 개인 전시 결핍 자제 disinhibition 기여할 수 있는 지독한 음주와 알코올 의존25,,2676의 개발에 결과 음주. 요컨대에서, 동기 공동 진동의 견적 특정 인지 수요에 의해 약혼 신경 시스템의 실시간 상호 작용을 조명 할 수 하 고 현실적인 두뇌 기반 모델을 알릴 수 있습니다. 그들은 네트워크를 통해 알코올 도전 선택적 감도 특성화 하 고 약리 효과를 개별 취약점의 생체 역할 수 있습니다.
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Disclosures
저자는 공개 없다.
Acknowledgments
이 작품은 건강의 국가 학회 (R01-AA016624)에 의해 지원 되었습니다. 우리는 그녀의 중요 한 기여에 대 한 닥터 산 Kovacevic에 감사입니다.
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 |
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