Waiting
Login processing...

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

Neuroscience

Störningar i frontalloben neurala synkronin under kognitiv kontroll av alkoholförgiftning

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

Detta experiment använder en anatomiskt-constrained Magnetencefalografi (aMEG) metod för att undersöka hjärnan oscillerande dynamik och long-range funktionella synchrony under engagemang av kognitiv kontroll som en funktion av akut alkoholförgiftning.

Abstract

Beslutsfattande är beroende av dynamiska interaktioner av distribuerade, primärt frontal hjärnan. Omfattande belägg från funktionell magnetresonanstomografi (fMRI) indikerar att den främre cingulum (ACC) och de laterala prefrontala cortices (latPFC) är viktiga noder subserving kognitiv kontroll. Dock på grund av dess begränsade temporal upplösning, kan inte fMRI exakt återger timing och arten av deras förmodade samspelet. Föreliggande studie kombinerar distribuerade källa modellering av temporally exakt Magnetencefalografi (MEG) signalen med strukturella Mr i form av ”hjärnan filmer” till: (1) uppskattning de kortikala områdena involverade i kognitiv kontroll (”där”), (2) kännetecknar deras tidsmässiga sekvens (”när”), och (3) kvantifiera oscillerande dynamiken i deras neurala interaktioner i realtid. Stroop störningar var associerade med större evenemangsrelaterade theta (4-7 Hz) makt i ACC under konfliktidentifiering följt av ihållande känslighet till kognitiva krav i ACC och latPFC under integration och utarbetandet av reaktionerna. En fas-låsning analysen visade co-oscillatory interaktioner mellan dessa områden som anger deras ökade neurala synkronin i theta band under konflikten-inducerande ologiskt prövningar. Dessa resultat bekräftar att theta svängningar är grundläggande för långväga synkronisering behövs för att integrera uppifrån influenser under kognitiv kontroll. MEG återspeglar neural aktivitet direkt, vilket gör den lämplig för farmakologiska manipulationer i motsats till fMRI som är känslig för vasoaktiva förvirrar. I den aktuella studien gavs friska sociala alkoholkonsumenter en måttlig alkohol dos och placebo i en inomindividuella design. Akut förgiftning försvagade theta makt att Stroop konflikt och dysreglerad samtidig svängningar mellan ACC och latPFC, bekräftar att alkohol är skadligt för neurala synkronin subserving kognitiv kontroll. Det stör målinriktat beteende som kan leda till bristande självkontroll, bidrar till tvångsmässigt drickande. Sammanfattningsvis, denna metod kan ge insikt i realtid interaktioner under kognitiv bearbetning och kan karaktärisera den selektiva känsligheten för farmakologiska utmaning över relevanta neurala nätverk.

Introduction

Det övergripande målet med denna studie är att undersöka effekterna av akut alkoholförgiftning på plats och tid förändringar i hjärnan oscillerande dynamics och long-range funktionella integrering under kognitiv kontroll. De sysselsatta multimodal imaging strategi kombinerar Magnetencefalografi (MEG) och strukturella magnetisk resonanstomografi (MRT) för att ge insikt i personlighetens grund i beslutsfattande med hög tidsmässig precision och på samma nivå som ett interaktivt system.

Flexibelt beteende gör det möjligt att anpassa sig till förändrade kontextuella krav och att växla strategiskt mellan olika uppgifter och krav i samförstånd med ens avsikter och mål. Förmågan att undertrycka automatiska svar till förmån för målet relevanta men icke-vanliga åtgärder är en viktig aspekt av kognitiv kontroll. Omfattande bevis tyder på att det är subserved av ett huvudsakligen frontala kortikala nätverk, med främre cingulum cortex (ACC) som en central nod i detta interaktiva nätverk1,2,3,4. Medan den rikliga anatomiska anslutningen mellan ACC och laterala frontal cortices är väl beskrivna5,6, funktionella egenskaper hos kommunikation mellan dessa regioner under kognitiv kontroll, svar urval och utförande, är dåligt förstått.

Inflytelserikt konflikten övervakning teori7,8 föreslår att kognitiv kontroll uppstår från ett dynamiskt samspel mellan de mediala och laterala prefrontala cortices. Detta konto utger sig som ACC övervakar konflikten mellan konkurrerande representationer och engagerar laterala prefrontala cortex (latPFC) att genomföra svar kontroll och optimera prestanda. Detta konto är dock främst utifrån funktionell MRI (fMRI) studierna använder blod syresättning nivå beroende (fet) signalen. FMRI-BOLD signalen är en utmärkt rumsliga kartverktyg, men dess temporal upplösning är begränsat eftersom det speglar regionala hemodynamiska förändringar medieras av neurovaskulära koppling. Som ett resultat, utvecklas de DJÄRVA signalförändringar mycket långsammare tid skala (i sekunder) än de underliggande neurala händelser (i millisekunder)9. Dessutom fet signalen är känslig för alkoholens vasoaktiv effekter10 och kan inte korrekt representerar storleken på neurala förändringar, vilket gör den mindre lämplig för studier av akut alkoholförgiftning. Därför förmodade samspelet mellan de mediala och laterala prefrontala cortices och dess känslighet för alkohol berusning behöver undersökas med metoder som neurala händelser registreras temporally preciserad. MEG har en utmärkt temporal upplösning eftersom det återspeglar direkt postsynaptiska strömmar. Den anatomiskt-constrained MEG (aMEG) metod som anställd här är en multimodal metod som kombinerar distribuerade källa modellering av MEG signalen med strukturella MRI. Det möjliggör skattning av där de konflikten - och dryck-relaterade hjärnan oscillerande förändringarna sker och att förstå den tidsmässiga ordning (”när”) av de inblandade neurala komponenterna.

Beslutsfattande är beroende av samspelet mellan distribuerade hjärnregioner som är dynamiskt engagerade för att hantera ökade krav på kognitiv kontroll. Ett sätt att uppskatta händelse-relaterade förändringar i långväga synchrony mellan två kortikala regioner är att beräkna deras fas koppling som ett index av deras samtidig svängningar11,12. Föreliggande studie tillämpas en fas-låsning analys för att testa grundläggande grundsats i konflikten övervakning teori genom att undersöka de co-oscillatory interaktioner mellan ACC och latPFC. Neurala svängningar i theta intervall (4-7 Hz) är associerade med kognitiv kontroll och har föreslagits som en grundläggande mekanism som stöder den långväga synkronisering behövs för uppifrån kognitiv bearbetning13,14, 15,16. De genereras i prefrontala områden som en funktion av uppgift svårigheter och är betydligt försvagade av akut alkohol berusning17,18,19,20.

Långsiktiga överdrivet alkoholintag är förknippat med en rad kognitiva underskott med prefrontala kretsar särskilt drabbade21,22. Akut alkoholförgiftning är till nackdel för kognitiv kontroll under förhållanden av ökade svårigheter, tvetydighet eller de som inducerar svar oförenlighet17,23,24. Genom att påverka beslutsfattande, alkohol kan störa målinriktat beteende, kan resultera i dålig självkontroll och ökat drickande och kan också bidra till trafik - eller arbetsrelaterade risker25,26,27 . Föreliggande studie används en aMEG metod för att mäta aktiviteten oscillerande theta band och synkronisering mellan de verkställande huvudområdena med utmärkta temporal upplösning. Effekterna av alkohol på theta-aktivitet och samtidig svängningar mellan ACC och latPFC undersöks som en funktion av konflikten som framkallas av aktiviteten Stroop störningar. Vi hypotes att ökade kognitiva krav är förknippade med större funktionella synchrony och att alkohol-inducerad dysreglering av synkron aktivitet av de mediala och laterala prefrontala cortices ligger bakom nedskrivningar i kognitiv kontroll.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Detta experimentellt protokoll har godkänts av kommittén mänskliga försökspersoner skydd vid University of California, San Diego.

1. mänskliga försökspersoner

  1. Rekrytera högerhänt vuxna friska frivilliga, inhämta deras samtycke och skärm dem på inklusion/exklusion kriterier.
    Obs: I denna studie, tjugo unga, friska individer (± standardavvikelsen [SD] medelålder = 25,3 ± 4,4 år) inklusive 8 kvinnor rekryterades som dricker med måtta, som aldrig har varit i behandling eller arresterad för droger eller alkohol relaterade anstötar, som rapport nr alkoholism-relaterade symtom på kort Michigan alkoholism Screening Test28, som inte röka eller använda olagliga ämnen, som inte har en historia av neuropsykiatriska funktionsnedsättningar eller några aktuella hälsoproblem, och som är medicinering gratis och har ingen interna ferromagnetiska föremål eller implantat.

2. experimentell Design

  1. Skanna varje deltagare fyra gånger, inklusive tre MEG sessioner (en no-dryck inledande session och två experimentella dryck sessioner där alkohol och placebo administreras på en motviktstruckar sätt) och en strukturell MRI scan.
    Obs: I denna inomindividuella design tjäna deltagare som sina egna kontroller genom att delta i både alkohol och placebo sessioner. Denna design minskar fel varians och ökar statistisk styrka genom att minimera påverkan av variabilitet i hjärnans anatomi, aktivitetsmönster och alkohol metabolism.

3. samla MEG File

  1. Utföra förtrogenhet session.
    1. Under de första inledande sessionen, administrera enkäter för att få mer information om deltagarnas sjukdomshistoria, sin dricka mönster och svårighetsgraden av alkoholism-relaterade symtom28,29, släkthistoria alkoholism30och personlighetsdrag inklusive impulsivitet31,32.
    2. Genomföra en inledande inspelning i MEG skannern efter protokollet beskrivs nedan i steg 3.2, 3.3 och 3.5. Ge inte någon dryck. Förklara uppgiften och kör praktiken version tillåter deltagarna att bekanta med det i förväg.
      Obs: Acklimatisering till den experimentella situationen tjänar syftet att minimera potentiella effekter av situationen-inducerad upphetsning33, därmed likställa senare alkohol och placebo sessioner på denna dimension.
  2. Utföra alkohol/placebo experimentella sessioner.
    Obs:     följer samma experimentella procedurer under både alkohol och placebo sessioner med undantag för den administrerade drycken. Motverka dryck order genom att administrera alkohol dryck först till en hälften av deltagarna och placebo till den andra hälften i slumpmässig ordning.
    1. Vid ankomsten till MEG lab, köra en kort test genomsökning genom att sätta deltagaren i skannern och kontrollera kanalerna för möjliga magnetisering. Mäta deras vikt. -Dem med en elektronisk alkoholmätare. Fråga dem om efterlevnaden av kraven att avstå från alkohol för 48 h och mat för 3 h före försöket.
    2. Samla urinprov för en multi drogtest panel från alla deltagare och utesluter dem som testar positivt för någon drog. Kontrollera dessutom kvinnliga deltagare för graviditet med ett urin test och utesluta dem som testar positivt eller om de misstänker att de kan vara gravida.
    3. Bedöma dynamiska förändringar i de subjektiva effekterna av alkohol genom att be deltagarna att betygsätta deras ögonblickliga känslor och staterna på en standardiserad skala34 innan dricka och på två ytterligare tillfällen under experimentet - på den stigande lem (~ 15 min efter att ha förtärt dryck) och fallande lem av andedräkt alkohol koncentration kurvan (BrAC), efter den MEG inspelning.
    4. Administrera en praxis körning av aktiviteten Stroop på en bärbar dator med stimulans presentation programvara att deltagarna förstår uppgiften innan inspelning.
      Obs: Denna version av aktiviteten Stroop kombinerar läsning och färg namngivning (figur 1). Kongruent villkoret består av färg ord (dvs, röd, grön, blå, gul) som skrivs ut i matchande teckensnittsfärg (dvs ordet ”grön” trycks i grönt). I den brokiga skick, skrivs färg ord ut i färg som inte matchar deras innebörd (dvs ordet ”grön” är tryckt i gult). Be deltagarna att trycka på en av fyra knappar motsvarar teckenfärg när ett ord är skrivet i färg, eller, när ett ord skrivs i grått, trycka på en knapp som motsvarar innebörden av ordet18,23.
  3. Förbereda MEG/EEG inspelningen.
    Obs:     Detaljer för MEG datainsamling har beskrivits i tidigare publikationer35,36,37.
    1. Placera EEG cap eller enskilda EEG-elektroder på huvudet av deltagaren och kontrollera att alla impedanser underskrider 5 kΩ.
    2. Fäst skrivhuvudets position indikator (HPI) spolarna på vardera sidan av pannan och bakom varje öra.
      Obs: Detta steg är specifika för Neuromag system.
    3. Digitalisera relaterat punkter inklusive nasion och två preauricular punkter, positioner av HPI spolar, EEG elektroder, ståndpunkter och få ett stort antal tilläggspoäng (~ 200) avgränsar huvudform. Använda denna information för samtidig registrering med anatomiska MRI-bilder (figur 2).
  4. Administrera dryck.
    1. Förbereda alkohol dryck genom att blanda premium kvalitet vodka med kyld apelsinjuice (25% v/v), utifrån varje deltagares kön och vikt (0.60 g/kg alkohol för män, 0,55 g/kg alkohol för kvinnor), inriktning BrAC i 0,06%38. Servera samma volym av apelsinjuice i glas med fälgar penslas med vodka som placebo dryck. Be deltagaren att konsumera drycken i ca 10 min.
    2. Kontrollera deltagarnas BrAC med alkoholmätare börjar på ~ 15 min efter dricka och sedan var 5: e minut tills de in i inspelningen kammaren. Eftersom elektroniska enheter inte kan användas i det avskärmade rummen, använda alkohol ett salivtest, som består av en bomullstuss som är mättad i saliv och sätts in i ett kärl som ger en avläsning.
  5. MEG/EEG uppkopplingstyp.
    1. Placera deltagaren bekvämt i skannern. Eftersom aktiviteten prefrontala är av särskilt intresse, säkerställa att deltagaren är placerad så att hans eller hennes huvud är att röra toppen av hjälmen och justeras längs framsidan.
      Obs: Skrivhuvudets position kan påverka aktiviteten uppskattningar på betydande sätt eftersom de magnetfält lutningarna minska med kuben av avståndet mellan sensorer och den hjärna källor39.
    2. Anslut HPI spolar och alla elektroderna till deras respektive ingångarna på skannern. Placera svar kuddar så att knapparna kan vara pressande bekvämt. Förvissa sig om att typsnittet är lättläst på projektionsduken framför deltagaren.
    3. Tillbaka i konsolen rummet, kontrollera att porttelefonen fungerar korrekt. Påminna om deltagaren att minimera blinkar och undvika rörelser inklusive huvud rörelse orsakas av prata. Instruera deltagaren att svara på frågor genom att trycka på svar knappar istället.
    4. Kontrollera att alla svar och stimulans triggers registreras korrekt. Granska alla kanaler för artefakter och mäta den skrivhuvudets positionen i skannern.
    5. Starta datainsamling och börja uppgiften. Ge pauser varje ~2.5 min vila ögonen. Spara data när aktiviteten har slutförts och eskortera deltagaren ur inspelningen kammaren.
    6. När deltagaren har lämnat skannern, förvärva cirka två minuter av data från den tomma rum som ett mått på instrumental buller.
    7. Be deltagaren att betygsätta uppfattas uppgift svårigheter, innehåll av insupit drycken, hur berusade de kände, liksom deras ögonblickliga stämningar och känslor34.

4. bild förvärv och kortikala rekonstruktion av strukturella MRI

  1. Hämta en högupplöst anatomiska MRI-skanning för varje deltagare och rekonstruera varje deltagares kortikala ytan med FreeSurfer programvara40,41,42.
  2. Använda inre skalle ytan härrör från de segmenterade strukturella MRI-bilderna för att generera en gräns element modell av volym ledaren, som används för att tillhandahålla en modell för den framtida lösning som överensstämmer med varje individs hjärna anatomi43 , 44.

5. MEG dataanalys

Obs: Analysera data med anatomiskt-constrained MEG inställning som använder varje deltagares rekonstruerade kortikala ytan för att begränsa källa uppskattningar av kortikal linje40,45,46. Analys strömmen beroende anpassade funktioner med beroenden på allmänt tillgängliga paket inklusive studieresa47, EEGLab48och MNE49.

  1. Under data förbehandling, använda ett tillåtande band-passera filter (t.ex. 0,1 - 100 Hz) och epok data med avseende på stimulans debut i segment som inkluderar padding intervall i varje ände (t.ex.-600 till 1100 ms för ett intervall av intresse spanning -300 till 800 ms efter den borttagning av stoppning).
  2. Ta bort bullriga och platta kanaler, samt prövningar som innehåller artefakter genom okulärbesiktning och använda tröskel-baserade avvisande. Använda oberoende komponent analys48 ta bort blink och hjärtslag artefakter. Eliminera prövningar med felaktiga svar.
  3. Tillämpa Morlet wavelets (figur 3)47 för att beräkna komplexa kraftspektrum för varje rättegång i 1 Hz steg för theta frekvensband (4-7 Hz). Ta bort eventuella ytterligare artefakter. Beräkna buller kovariansen från tomt rum data.
  4. Co registrera MEG data med MRI-bilder med hjälp av tredimensionella (3D) huvud digitalisering informationen (figur 2).
    1. Öppna modulen MRIlab.
    2. Välj fil | Öppen | Välj motivets strukturella Mr.
    3. Välj fil | Importera | Isotrak data | Välj rå data.fif fil | Se punkterna.
    4. Välj Windows | Sevärdheter | Justera relaterat sevärdheter tills samtidig registrering av MEG data och MRI är acceptabelt.
    5. Välj fil | Spara.
  5. Beräkna buller-känslighet normaliseras uppskattningar av theta källa makt och fasen med en spektral dynamiska statistisk kartläggning strategi18,50. Uttrycka evenemangsrelaterade theta källa makt som procent signal förändring i förhållande till utgångsvärdet.
  6. Skapa gruppen medelvärden av evenemangsrelaterade theta källa makt genom morphing varje deltagares uppskattningar på en genomsnittlig kortikala representationen51.
  7. Visualisera de källa uppskattningarna på en uppblåst genomsnittlig yta att förbättra synligheten för sulcal uppskattningar (figur 4).
    1. Öppna programvaran MNE.
    2. Välj fil | Ladda Surface | Laddar uppblåst grupp-genomsnittet FreeSurfer kortikala ytan.
    3. Välj fil | Hantera överlägg | Ladda stc | Ladda grupp-genomsnitt data | Välj inläst fil från tillgängliga överlägg.
    4. Välj overlay typ som andra.
    5. Justera färgskala tröskelvärde | Visa.
    6. Visa hjärnan filmer och undersöka plats och tid stadier av bearbetning genom att identifiera områden och tidsfönster som kännetecknas av högsta aktivering.
  8. Skapa opartiska regioner av intresse (ROIs) baserat på övergripande grupp-i genomsnitt uppskattningar att införliva kortikala platser med mest anmärkningsvärda källa makt. Beräkna tid kurser för varje ämne, skick och ROI (figur 5).
  9. Lämna de erhållna theta källa power uppskattningarna till den statistiska analysen.
    1. Extrahera tidsfönster sevärdheter från varje ROI tid kurs och utföra variansanalys (ANOVA) med dryck (alkohol, placebo) och prov typ (kongruent, orimliga) som inom ämnet faktorer. Använda en icke-parametriska kluster-baserade permutation test52 att undersöka dryck och skick jämförelser av evenemangsrelaterade theta makt som väl som fas-låsning värden (PLV).
  10. Uppskatta uppgiftsrelaterade förändringar i den långväga synkroniseringen mellan de viktigaste aktiveringen foci i ACC och latPFC av computing PLV12. Uttrycka PLV som procentuell förändring i förhållande till utgångsvärdet.
    Obs: PLV är en indikator på konsekvens av fasvinkeln mellan de två ROIs över prövningar som mäter i vilken utsträckning som de tillsammans oscillerar vid en viss frekvens och i realtid (film 1).
  11. Beräkna korrelationer mellan ROI MEG aktivitet uppskattningar, index för beteendemässiga prestanda och frågeformulär noter att informera tolkning av de observerade resultaten.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Beteendemässiga resultat indikerar att Stroop uppgiften framgångsrikt manipulerade svar störningar eftersom noggrannheten var lägst och svaret gånger längst på ologiskt prövningar (figur 6). Alkoholförgiftning sänkte noggrannhet men påverkade inte reaktionstider18.

Plats och tid är aktivitet i theta frekvensband avslöjade med metoden aMEG övergripande i samförstånd med vedertagna modeller av kognitiva funktioner i denna typ av uppgift. Som illustreras i hjärnan filmer (Movie 2), aktiveras syncentrum på omkring 100 ms efter stimulans debut, följt av en posterior-till-främre aktiveringen mönster som engagerar primärt frontal cortices kognitiva integration skede efter ~ 300 ms. The ACC är särskilt känslig för ologiskt (INC), konflikt hög-konflikt studier, som visar sitt engagemang under övervakning. ACC är den huvudsakliga generatorn av theta svängningar under uppgifter sondera kognitiv kontroll men latPFC är också aktiv under integration scenen på runt 350-600 ms. aktivering av motoriska cortex syns efter ~ 600 ms under svar utarbetandet skede (film 2B). Evenemangsrelaterade theta makt är störst på INC prövningar, vilket är förenligt med dess känslighet för konflikt krav (figur 5), särskilt i prefrontala cortex13,17,19,20. Theta makt minskas av akut alkoholförgiftning övergripande. Men jämfört med följdriktiga (CONG) prövningar, minskar alkohol theta makt på INC (hög konflikt) prövningar selektivt i ACC och latPFC18.

Den aktuella studien sträcker sig resultaten från Kovacevic et al.18 genom att fokusera på dynamisk interaktion mellan dessa områden under bearbetningen av Stroop störningar mot bakgrund av ett rådande konto av kognitiv kontroll nätverk7, 8. för att bättre förstå den timingen, graden och arten av samspelet mellan dessa två främst engagerade kortikala områden, PLVs beräknades för varje dryck och uppgift, och varje deltagare. I en grupp genomsnitt i figur 7visas Co svängningar mellan ACC och latPFC varierar över tid med en övergripande tidig ökning i samtidig svängningar under ett stimulus bearbetning scenen. Under placebo följs detta av en ihållande ökning efter ~ 400 ms på ologiskt prövningar under förberedelsestadiet integration och svar. Således, synkroniserade samtidig svängningar mellan de mediala och laterala prefrontala cortices observeras endast på de svåra, INC studier frammana svar konflikt F(1,19) = 5.5, p < 0,05. Detta bevis stöder förslaget att ACC och latPFC funktionellt interagera i realtid till subserve kognitiv kontroll. I kontrast, akut alkoholförgiftning betydligt dysregulates samtidig svängningarna, ger ett tillstånd x dryck interaktion, F(1,19) = 5.1, p < 0,05, där osammanhängande studier specifikt påverkades av alkohol F (1,19) = 8.8, p < 0,01 (figur 7). Det kan ligga bakom alkohol-inducerad försämringar av hämmande kontroll och visar uppifrån förordningar funktioner av prefrontala cortex sårbarhet för akut förgiftning.

Figure 1
Figur 1 : Stroop uppgift kombinerar färg namngivning och läsa. Rättegång exempel för var och en av de tre villkoren tillsammans med rätt svar färg presenteras. I Bourlanges tillstånd (CONG) är teckenfärg förenligt med det ord mening, medan ologiskt prövningar (INC) vandringsleder framkalla svar konflikt på grund av störningar från ordet mening. Deltagarna instrueras att trycka på en knapp som motsvarar teckenfärgen när orden är skrivna i färg (CONG, INC) och att svara på det ord mening (Läs) när de skrivs i grått. Studierna presenteras för 300 ms och sedan ersätts av en fixering skärm för 1700 ms. rättegång typer presenteras i en randomiserad ordning. I denna speciella version, CONG och INC villkoren var equiprobable och presenterades på 16,7% prövningar varje ur 576 prövningar totalt. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 2
Figur 2 : Samtidig registrering av MEG och MRI. Digitaliserade punkter över huvud som samlats in under den MEG inspelning används för samtidig registrering med anatomiska MRI-bilder. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 3
Figur 3 : Morlet wavelet. Morlet wavelets används för att beräkna komplexa kraftspektrum för varje rättegång i 1 Hz frekvens steg för theta bandfrekvens (4-7 Hz). Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 4
Figur 4 : Kortikala återuppbyggnad och inflationen. Enskilda kortikala ytorna rekonstrueras och används för att begränsa uppskattade källa makt. Här visas uppskattas en genomsnittlig kortikala ytan som är uppblåst för att förbättra synlighet av källor kortikala sulci. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 5
Figur 5 : Grupp-genomsnittet tidsförlopp för evenemangsrelaterade theta källa power uppskattningar i valda områden av intresse. Olämpligt (INC) stimuli framkallade ökade evenemangsrelaterade theta ström jämfört med följdriktiga (CONG) stimuli i anterior cingulate cortex (ACC; F (1,19) = 34,1, p < 0,0001) samt laterala prefrontala cortex (latPFC; F (1,19) = 11,0, p < 0,01), under 480-670 ms. konflikt bearbetning är särskilt känslig för alkoholförgiftning som theta makt till INC var försvagade av alkoholförgiftning (F(1,19) = 9,9, p < 0,01). Y-axeln skildrar baseline-korrigerade buller-normaliserade evenemangsrelaterade theta källa makt. Denna siffra har ändrats från Kovacevic et al.18. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 6
Figur 6 : Behavioral resultat för aktiviteten Stroop. Stroop störningar återspeglas i minskad noggrannhet och längre svarstider till osammanhängande (INC) prövningar. Alkoholförgiftning (Alc) nedsatt noggrannhet jämfört med placebo (Plac) men påverkade inte reaktionstider. Felstaplar beteckna standardavvikelsen för medelvärdet. Denna siffra har ändrats från Kovacevic o.a. 18. vänligen klicka här för att visa en större version av denna siffra.

Figure 7
Figur 7 : Grupp-genomsnittet tidsförlopp för fas-låsning värden (PLVs) i frekvensbandet theta. Co-oscillatory synchrony mellan främre cingulum cortex (ACC) och laterala prefrontala cortex (latPFC) i theta band uttryckt som procentuell förändring från baseline för placebo (vänster) och alkohol (förutsättningar). Efter en tidig ökning i PLVs under ett stimulus bearbetning scenen (400-600 ms), en ihållande ökning av samtidig svängningar observeras på brokiga (INC) stigar som svar på ökad kognitiv kontroll jämfört med följdriktiga (CONG) spår under placebo, F (1,19) = 5.5, p < 0,05. Akut alkoholförgiftning selektivt dysreglerad samtidig svängningarna på INC prövningar, F(1,19) = 8.8, p < 0,01. Aktivering kartor (infälld) visar effekten orimlighet (INC-CONG), som är framträdande i ACC och latPFC. Färgskalan betecknar baseline-korrigerade källa power uppskattningar på 480 ms efter stimulans debut, med rött (verksamhet > 0,2) till gul (verksamhet > 0,3) indikerar starkare theta power INC prövningar jämfört CONG prövningar. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Movie 1
Movie 1: samtidig svängningar. Fas-låsning värdena beräknades i frekvensområdet theta (4-7 Hz) mellan den främre cingulum cortex (ACC) och laterala prefrontala cortex (latPFC) som ett mått på synkronisering som är känslig för samstämmigheten i fas skillnaden mellan dessa två ROIs oavsett deras theta power amplitud. Vänligen klicka här för att ladda ner denna film.

Movie 2
Movie 2: hjärnan filmer. Distribuerade källa modellering av MEG signalen i kombination med strukturella MRI tillåter för skattning av huvudsakliga kortikala områden genererar theta makt och den tidsmässiga ordning av deras aktivering svar på Stroop störningen. (A) efter tidig sensorisk bearbetning, främre cingulum cortex (ACC) selektivt aktiveras av osammanhängande, hög-konflikten prövningar efter ~ 350 ms. (B) medan ACC är den huvudsakliga generatorn av theta svängningar under uppgifter sondering kognitiv kontroll, laterala prefrontala cortex (latPFC) är också engagerad under integration scenen runt 350-600 ms. aktivering av motoriska cortex observeras efter ~ 600 ms under svar förberedelse. Färgskalan betecknar differentiell baseline-korrigerade källa power uppskattningar, med röd färg indikerar aktivering större än 0,79 medialt (0,57 sido) och gult indikerar aktivering större än 0,9 medialt (0,8 sidled). Observera att dessa två filmer ska visas tillsammans med pågående tidsförlopp som rör ACC och latPFC, respektive. Vänligen klicka här för att ladda ner dessa filmer.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

I multimodal imaging metod som används i denna studie består av distribuerade källa modellering av temporally exakt MEG signalen tillsammans med rumsliga begränsningar av inverterad uppskattningarna härrör från varje deltagares strukturella MRI. Metoden aMEG kombinerar styrkan av dessa tekniker för att ge insikt i de plats och tid stadierna av oscillerande dynamics och långväga integrationen subserving kognitiv kontroll. Denna metod ger större tidsmässiga precision än andra neuroimaging-tekniker såsom fMRI-BOLD vars temporal upplösning är på omfattningen av sekunder på grund av dess indirekta känslighet för neurala ändringar via neurovaskulära koppling9. I jämförelse tillåter millisekund precision MEG signal för utredning av neurala beredningsledet, vilket framgår av den aktuella studien. Den aMEG modellen förutsätter distribuerade källor av MEG signalen längs den kortikala ytan som, när rekonstrueras från strukturella MRI-bilder, tillhandahåller rumsliga begränsningar för aktivitet uppskattar45,53. Dessa rumsliga uppskattningar kan användas för att undersöka inte bara lokal aktivering men långväga kommunikation på ett interaktivt nätverksnivå i form av fas-låsning16,20. Dessutom är den aMEG metoden väl lämpad för att utreda effekter av farmakologisk manipulation på neurala funktioner, med tanke på att fMRI-BOLD signalen försvåras av vasoaktiva effekter av farmakologisk manipulationer som alkohol och kan inte korrekt återspegla omfattningen av neurala förändringar10.

Denna metod till minut neurala hög känslighet ändras innebär att det är också känsliga för icke-neuralt brus inklusive muskelrörelser eller öga blinkar, så de olika artefakterna behöver upptäckas och försiktigt bort från den råa signalen. Dessutom kan skrivhuvudets position ha betydande effekter på aktivitet uppskattningar på grund av sensor känslighet för magnetfält övertoningar39. Givet antagandena om den aMEG modellen, tvings källa uppskattningar att de kortikala ytan45,46, så aktiviteten framkallade från subkortikala strukturer inte kan uppskattas.

Baserat på tidigare publicerade resultat18, har föreliggande studie illustrerat förändringar i evenemangsrelaterade theta (4-7 Hz) makt under Stroop-inducerad konflikten som en funktion av akut alkoholförgiftning i friska sociala alkoholkonsumenter. I figur 5visas theta makt är Differentiellt känsliga för kognitiva krav som följer av villkor som Stroop uppgift. Orimlighet är särskilt effektiv i engagerande kognitiv kontroll som återspeglas i större theta makt i prefrontala cortex jämfört med prestimulus baslinjen. Huvudansvarigt Beräknad generator av theta svängningar är ACC som är känslig för svar konflikt under både tidiga och sena bearbetning steg18. Dessa fynd stöder rollen av ACC i övervakning för konflikten i överensstämmelse med framstående konton7,8. Metoden aMEG har således lämnat en temporally-känsliga inblick i det ihållande engagemanget av ACC under prövningar införa högre belastning på kognitiv kontroll. Tillsammans med omfattande anatomiska anslutningar mellan ACC och distribuerad hjärna regioner5,6bekräftar detta bevis dess mångfacetterade roll i självregleringen. På vyn är ACC en viktig knutpunkt i neurofunctional system som subserves kognitiv kontroll genom att anpassa mål och avsikter med kontextuella och motiverande begränsningar54,55. Inferolateral prefrontala cortex, speciellt på höger sida, är ett annat viktigt område inom det systemet som har associerats med hämning av prepotent svar, uppmärksamhet kontroll och arbetsminne i tjänsten uppdatera uppgift representationer 56 , 57 , 58.

Det har fastställts att theta svängningar medla neurala integration behövs för kognitiv och affektiv bearbetning13,16,59,60. Neural kommunikation kan därmed åberopa synkroniserade retbarhet av avlägsen neuronala ensembler i theta band med kapslade snabba rytmer medla lokal förädling61,62. PLVs återspeglar fas konsekvens mellan kortikala områden och används ofta att uppskatta deras oscillerande synchrony eftersom det antas att två områden samverkar när de pendlar tillsammans63. Faktiskt, övergående ökningar av PLV observeras i de intervallerna på neural aktivitet som förväntas kräva synkron interaktion12,20. Föreliggande studie bekräftar tidigare bevis och lägger till plats och tid förfining funktionella synkroniseringen mellan källor uppskattas till ACC och latPFC. Överensstämmer med tidigare rapporter64, nuvarande resultaten tyder på att PLVs ökade och ihållande på ologiskt prövningar i Stroop uppgift. Kvantifiera fas synkronisering mellan dessa två områden med hög tidsmässig precision, dessa fynd utvidga konflikten övervakning konto och ange att deras interaktion är särskilt framträdande efter ~ 350 ms på ologiskt prövningar. Under detta kognitiva integration skede förväntas de mediala och laterala prefrontala cortices interagera för att stödja beteendemässiga prestanda under svårare uppgift förhållanden ställer krav på uppmärksamhet, svar hämning och arbetsminne. Omfattande belägg från fMRI-baserad funktionella anslutning studier indikerar att dessa kortikala områden bildar ett dynamiska, interaktiva cingulo-opercular nätverk som stöder uppifrån kognitiv kontroll65,66, 67. mer allmänt, hjärnan optimerar svarar på miljökrav i en adaptiv och sammanhängande sätt via flexibla och dynamiska synkronisering av distribuerade neurofunctional system68,69.

Den anatomiskt-constrained MEG strategin används i föreliggande studie bygger på en kombination av kompletterande avbildningsmetoder. Det kan karaktärisera den plats och tid sekvensen av neural aktivitet och kan ge insikt i dynamiken i långväga interaktioner viktig för att integrera uppifrån influenser under engagemang av kognitiv kontroll. MEG signalen återspeglar synaptic strömmar direkt, vilket gör att för att testa hypoteser om co-oscillatory interaktioner inom och över neurofunctional system med hög tidsmässig precision. Dessutom är denna metod lämplig för farmakologiska manipulationer eftersom det inte är mottagliga för vasoaktiva förvirrar. Forskning från övningen och andra visar att prefrontally-medierade kognitiva funktionerna är särskilt sårbara för alkohol berusning17,18,19,20,23 ,24,70,71,72,73,74. Föreliggande studie visar att akut alkoholförgiftning minskar aktiviteten i prefrontala områden subserving svar konflikt. Dessutom stör alkohol synkroniserade samtidig svängningar20,75 som kan ligga bakom nedsatt eller maladaptiv respons dämpning. Som ett resultat, berusade individer uppvisar bristande självkontroll resulterar i avhämning som kan bidra till tvångsmässigt drickande och utvecklingen av alkohol beroende25,26,76. Sammanfattningsvis, beräkningar av synkron Co svängningar kan belysa realtid interaktion av neurala system anlitas av en viss kognitiv efterfrågan och kan informera en realistisk hjärnan-baserade modell. De kan karaktärisera den selektiva känsligheten för alkohol utmaning över nätverk och fungera som biomarkörer för individuell sårbarhet för farmakologiska effekter.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Författarna har något att avslöja.

Acknowledgments

Detta arbete har stötts av National Institutes of Health (R01-AA016624). Vi är tacksamma mot Dr. Sanja Kovacevic för hennes viktiga bidrag.

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

Neurovetenskap fråga 144 neurovetenskap hjärnan kognitiv kontroll Magnetencefalografi theta svängningar fas-låsning neurala synkronin alkohol Stroop uppgift multimodal avbildning
Störningar i frontalloben neurala synkronin under kognitiv kontroll av alkoholförgiftning
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