Waiting
Login processing...

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

Neuroscience

Afbrydelse af frontallappen neurale Synchrony under Kognitiv kontrol af alkoholforgiftning

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

Dette eksperiment bruger en anatomisk begrænset magnetoencephalography (aMEG) metode til at undersøge hjernen oscillerende dynamics og langtrækkende funktionelle synchrony under engagement af kognitiv kontrol som en funktion af akut alkoholforgiftning.

Abstract

Beslutningsprocessen er baseret på dynamiske interaktion distribuerede, primært frontal hjernen regioner. Omfattende dokumentation fra funktionel magnetisk resonans imaging (fMRI) undersøgelser indikerer, at den forreste cingulate (ACC) og de laterale præfrontal cortex (latPFC) er afgørende knudepunkter subserving Kognitiv kontrol. Men på grund af dens begrænsede tidsmæssige opløsning, fMRI kan ikke præcist afspejle timing og karakter af deres formodede samspil. Den nuværende undersøgelse kombinerer distribuerede kilde modellering af tidsligt præcise magnetoencephalography (MEG) signal med strukturelle Mr i form af "hjernen film" til: (1) skøn de kortikale områder involveret i kognitiv kontrol ("hvor"), (2) karakteriserer deres tidsmæssige rækkefølge ("Hvornår"), og (3) kvantificere oscillerende dynamikken i deres neurale interaktioner i realtid. Stroop indblanding var forbundet med større event-relaterede theta (4-7 Hz) magt i ACC under konflikten påvisning efterfulgt af vedvarende følsomhed til kognitive krav i ACC og latPFC under integration og svar forberedelse. En låsning af fase analyse afslørede co-oscillatory interaktioner mellem disse områder, der angiver deres øgede neurale synchrony i theta band under konflikten-inducerende upassende forsøg. Disse resultater bekræfter, at theta svingninger er grundlæggende for langtrækkende synkronisering behov for at integrere top-down påvirkninger under Kognitiv kontrol. MEG afspejler neurale aktivitet direkte, hvilket gør det velegnet til farmakologisk manipulationer i modsætning til fMRI, der er følsomme over for vasoaktive tilintetgør. I den foreliggende undersøgelse fik sunde sociale drikkende en moderat alkohol dosis og placebo i en inden for emnet design. Akut forgiftning svækkede theta magt til Stroop konflikt og dysregulated Co svingninger mellem ACC og latPFC, bekræfter, at Alkohol er skadeligt for neurale synchrony subserving Kognitiv kontrol. Det griber ind i målrettet adfærd, som kan resultere i manglende selvkontrol, bidrager til kompulsiv drikke. I sum, denne metode kan give indsigt i real-time interaktioner under kognitiv behandling og kan karakterisere den selektive følsomhed over for farmakologiske udfordring på tværs af relevante neurale netværk.

Introduction

Det overordnede mål med denne undersøgelse er at undersøge virkningerne af akut alkoholforgiftning på spatio-temporal ændringer i hjernen oscillerende dynamics og langtrækkende funktionel integration under Kognitiv kontrol. Den erhvervsdrivende multimodale imaging tilgang kombinerer magnetoencephalography (MEG) og strukturelle magnetisk resonans imaging (MR) at give indsigt i det neurale grundlag af beslutningstagning med høj tidsmæssige præcision og på niveau med et interaktivt system.

Fleksible funktionsmåde gør det muligt at tilpasse sig til skiftende kontekstuelle krav og at skifte strategisk mellem forskellige opgaver og krav i samarbejde med hensigter og mål. Kapacitet til at undertrykke automatiske svar til fordel for mål-relevant, men ikke sit sædvanlige handlinger er et vigtigt aspekt af kognitiv kontrol. Omfattende tyder på, at det er subserved af en overvejende frontale kortikale netværk, med den forreste cingulate cortex (ACC) som en central node i denne interaktive netværk1,2,3,4. Mens den rigelige anatomiske forbindelsen mellem ACC og laterale frontale cortex er velbeskrevne5,6, de funktionelle egenskaber af kommunikationen mellem disse regioner under Kognitiv kontrol, svar udvalg og udførelse, er dårligt forstået.

Den meget indflydelsesrige konflikt overvågning teori7,8 foreslår, at Kognitiv kontrol opstår fra et dynamisk samspil mellem de mediale og laterale præfrontal cortex. Denne konto foregiver at ACC overvåger konflikt mellem konkurrerende repræsentationer og engagerer de laterale præfrontal cortex (latPFC) til at gennemføre svar kontrol og optimere ydeevnen. Denne konto er imidlertid primært baseret på funktionel MRI (fMRI) undersøgelser ved hjælp af blod iltning niveau afhængige (fed) signalet. FMRI-fed signalet er en fremragende fysisk kortlægning værktøj, men dens tidsmæssige opløsning er begrænset, fordi det afspejler regionale hæmodynamiske ændringer medieret af neurovaskulære kobling. Som et resultat, fed signal ændringer udfolde sig på en meget langsommere tidsskala (i sekunder) end den underliggende neurale begivenheder (i millisekunder)9. Desuden, den fed signal er følsomme over for alkohols vasoaktive virkninger10 og kan ikke præcist størrelsen af neurale ændringer, som gør det mindre velegnet til studier af akut alkoholforgiftning. Derfor, den formodede samspillet mellem de mediale og laterale præfrontal cortex og dens følsomhed over for alkohol forgiftning skal undersøges af metoder, der optager neurale begivenheder i et tidsligt præcis måde. MEG har en fremragende tidsmæssige opløsning, da det direkte afspejler postsynaptiske strømninger. Anatomisk begrænset MEG (aMEG) denanvendte her er en multimodal tilgang, der kombinerer fordelt kilde modellering af MEG signal med strukturelle Mr. Det giver mulighed for vurdering af hvor konflikt - og drik-relaterede hjernen oscillerende ændringer sker og til at forstå den tidsmæssige rækkefølge ("når") af de involverede neurale komponenter.

Beslutningsprocessen er afhængig af interaktion distribuerede hjernen regioner, der er dynamisk engageret til at håndtere øgede krav på Kognitiv kontrol. Én måde at vurdere event-relaterede ændringer i langtrækkende synchrony mellem to kortikale regioner er at beregne deres fase som et indeks over deres Co svingninger11,12. Den nuværende undersøgelse anvendes en låsning af fase analyse for at teste den grundlæggende tenet af konflikten overvågning teori ved at undersøge de co-oscillatory interaktioner mellem ACC og latPFC. Neurale svingninger i theta vifte (4-7 Hz) er forbundet med kognitiv kontrol og er blevet foreslået som en grundlæggende mekanisme støtte langtrækkende synkroniseringen behov for top-down kognitiv behandling13,14, 15,16. De er genereret i præfrontale områder som en funktion af opgave vanskeligheder og er betydeligt svækket af akut alkohol forgiftning17,18,19,20.

Langsigtet overdreven alkoholindtagelse er forbundet med en vifte af kognitiv underskud med præfrontale kredsløb, der især ramte21,22. Akut alkoholforgiftning er skadelig for kognitiv kontrol i henhold til betingelserne for øget vanskelighed, uklarhed, eller dem, der inducerer svar uforenelighed17,23,24. Ved at påvirke beslutningsprocessen, alkohol kan interferere med målrettet adfærd, kan resultere i dårlig selvkontrol og øget drikkeri, og kan også bidrage til trafik - eller arbejdsrelaterede risici25,26,27 . Den nuværende undersøgelse bruger en aMEG tilgang til at måle den oscillerende aktivitet i theta band og synchrony mellem de vigtigste executive områder med fremragende tidsmæssige opløsning. Virkningerne af alkohol på theta aktivitet og co svingninger mellem ACC og latPFC behandles som en funktion af konflikten fremkaldes ved Stroop indblanding opgave. Vi hypotesen, at øget kognitive krav er forbundet med større funktionelle synchrony og at Alkohol-induceret dysregulering af synkron aktivitet i de mediale og laterale præfrontal cortex ligger til grund for funktionsnedsættelse i kognitiv kontrol.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Denne eksperimentel protokol er blevet godkendt af det menneskelige emner beskyttelse udvalg på University of California, San Diego.

1. forsøgspersoner

  1. Rekruttere sund højrehåndet voksne frivillige, indhenter deres samtykke, og skærm dem på inklusion/udelukkelse kriterier.
    Bemærk: I denne undersøgelse, tyve unge, raske individer (± standardafvigelse [SD] gennemsnitsalder = 25.3 ± 4,4 år) herunder 8 kvinder blev rekrutteret der drikker i moderation, der aldrig har været i behandling eller anholdt for narkotika eller alkohol relaterede lovovertrædelser, der indberetter no alkoholisme-relaterede symptomer på de korte Michigan alkoholisme Screening Test28, der ikke ryger eller bruger ulovlige stoffer, der ikke har en historie af neuropsykiatriske lidelser eller nogen aktuelle helbredsproblemer, og der er medicin gratis og har ingen interne ferromagnetiske genstande eller implantater.

2. eksperimentelt Design

  1. Skan hver deltager fire gange, herunder tre MEG sessioner (en no-drik indledende session og to eksperimentelle drik sessioner, hvor alkohol og placebo er administreret i en modvægt måde), og én strukturelle MR-scanning.
    Bemærk: I denne inden for emnet design tjene deltagere som deres egne kontroller ved at deltage i både alkohol og placebo sessioner. Dette design reducerer fejl varians og øger statistiske effekt ved at minimere påvirkning af individuel variation i hjernen anatomi, aktivitet mønstre og alkohol metabolisme.

3. indsamling af MEG skanner

  1. Udføre kendskab session.
    1. I løbet af de første indledende session, administrere spørgeskemaer for at få flere oplysninger om deltagernes sygehistorie, deres drikke mønstre og sværhedsgraden af alkoholisme-relaterede symptomer28,29, slægtshistorie af alkoholisme30, og personlighedstræk herunder impulsivitet31,32.
    2. Foretage en indledende optagelse i MEG skanner efter protokollen beskrevet nedenfor i trin 3.2, 3.3 og 3.5. Give ikke nogen drik. Forklare opgaven og køre praksis version giver deltagerne mulighed for at blive fortrolig med det på forhånd.
      Bemærk: Akklimatisering til den eksperimentelle situation tjener formålet at minimere mulige effekter af situationen-induceret ophidselse33, dermed sidestille efterfølgende alkohol og placebo sessioner på denne dimension.
  2. Udføre alkohol/placebo eksperimentelle sessioner.
    Bemærk:     Følg de samme eksperimentelle procedurer under både alkohol og placebo sessioner med undtagelse af den administrerede drik. Modvægt drik rækkefølge ved at administrere alkohol drikkevarer først til en halvdel af deltagere og placebo til anden halvdelen i en tilfældig rækkefølge.
    1. Ved deres ankomst til MEG lab, skal du køre en kort test scanning ved at sætte deltager i scanneren og kontrollere kanalerne for mulige magnetisering. Måle deres vægt. Skærm dem med en elektronisk spiritusballon. Forespørgsel dem om overholdelse af kravene til at afholde sig fra alkohol for 48 h og mad til 3 h før eksperimentet.
    2. Indsamle urinprøver for en multi drug testpanel fra alle deltagere og udelukke dem, der testes positive for enhver stof. Hertil kommer, check kvindelige deltagere for graviditet med en urin test og udelukke dem, der teste positiv eller hvis de har mistanke om, at de kunne blive gravid.
    3. Vurdere dynamiske ændringer i de subjektive effekter af alkohol af spørge deltagerne til at vurdere deres momentan følelser og stater på en standardiseret skala34 før drikke og to ekstra gange under eksperimentet - på den opstigende lem (~ 15 min. efter indtagelse af drikkevarer) og faldende lemmer af ånde alkohol koncentration kurve (BrAC), efter MEG optagelse.
    4. Administrere en praksis køre Stroop opgave på en bærbar computer med stimulus præsentation software til at sikre, at deltagerne forstår opgaven før optagelse.
      Bemærk: Denne version af opgaven Stroop kombinerer læsning og farve navngivning (figur 1). Kongruent betingelsen består af farve ord (dvs., rød, grøn, blå, gul), trykkes i den matchende skrifttypefarve (dvs. ordet "grønne" er trykt i grøn). Betingelsen upassende udskrives farve ord i farve, der ikke svarer til deres betydning (dvs. ordet "grønne" er trykt i gul). Spørge deltagerne til at trykke på en af fire knapper svarende til skriftfarve, når et ord er skrevet i farve, eller når et ord er skrevet med gråt, til at trykke på en knap, der svarer til betydningen af ordet18,23.
  3. Forberede MEG/EEG registrering.
    Bemærk:     detaljer af MEG dataopsamling har været beskrevet i tidligere publikationer35,36,37.
    1. Placer EEG cap eller individuelle EEG elektroder på hovedet af deltageren og kontrollere, at alle impedances er under 5 kΩ.
    2. Vedhæfte hovedets stilling indikator (HPI) bredbånd på begge sider af panden og bag hvert øre.
      Bemærk: Dette trin er specifikke for Neuromag systemer.
    3. Digitalisere de fiducial punkter, herunder nasion og to præaurikulær point, holdninger af HPI spoler, EEG elektroder, holdninger og opnå en lang række yderligere punkter (~ 200) skildrer hovedfaconen. Bruge disse oplysninger til fælles registrering med anatomiske Mr billeder (figur 2).
  4. Administrere drik.
    1. Forberede alkohol drikkevarer ved at blande premium kvalitet vodka med kølet appelsinjuice (25% v/v), baseret på hver deltagers køn og vægt (0,60 g/kg alkohol for mænd, 0,55 g/kg alkohol for kvinder), rettet mod en BrAC 0,06%38. Tjene den samme mængde af appelsinjuice i briller med fælge pensles med vodka som placebo drik. Spørge deltageren til at forbruge drikken i ca 10 min.
    2. Kontrollere deltagernes BrAC med spiritusballon starter ved ~ 15 min efter at have drukket og derefter hvert 5 min, indtil de træder optagelse kammer. Da elektroniske enheder ikke kan bruges i den afskærmede rum, bruge en spyt alkohol test, der består af en vatpind, der er mættet i spyt og indsættes i en beholder, der giver en udlæsning.
  5. Erhverve MEG/EEG data.
    1. Placer deltager komfortabelt i scanneren. Da den præfrontale aktivitet er af særlig interesse, sikre, at deltageren er placeret således at hans/hendes hoved er at røre toppen af hjelmen og er afstemt langs fronten.
      Bemærk: Hoved holdning kan påvirke aktivitet skøn i væsentlige måder fordi magnetfelt forløb falde med potens af afstanden mellem sensorerne og hjernen kilder39.
    2. Tilslut HPI spoler og alle elektroder til deres respektive indgange på scanneren. Placer svar puder, så knapperne kan presses komfortabelt. Fastslå, at skrifttypen er læseligt på projektionsskærm foran deltageren.
    3. Tilbage i konsollen rummet, kontrollere, samtaleanlægget fungerer korrekt. Minde vedkommende om at minimere blinker og at undgå bevægelser herunder hoved bevægelse forårsaget af taler. Pålægge deltageren til at besvare spørgsmål ved at trykke på svar knapper i stedet.
    4. Kontroller, at alle svar og stimuli udløser registreres korrekt. Undersøge alle kanaler til artefakter og måle den hovedets stilling i scanneren.
    5. Start dataopsamling og begynde opgaven. Give pauser hvert ~2.5 min hvile øjnene. Gemme data når opgaven er afsluttet og eskortere deltager ud af optagelse salen.
    6. Når deltageren har forladt scanneren, erhverve cirka to minutter af data fra det tomme rum som en foranstaltning af instrumentale støj.
    7. Spørge deltageren at sats opfattet opgave sværhedsgrad, indhold af drukket drikken, hvordan beruset de følte, deres momentan stemninger og følelser34.

4. billede erhvervelse og kortikale genopbygning af strukturelle Mr

  1. Opnå en høj opløsning anatomiske MR scanning for hver deltager, og rekonstruere den enkelte deltagers kortikale overflade med FreeSurfer software40,41,42.
  2. Brug indre kraniet overfladen stammer fra segmenterede strukturelle Mr billeder til at generere en grænse element model af volumen dirigent, som bruges til at give en model for den fremadrettede løsning, der er i overensstemmelse med hver enkelt hjernen anatomi43 , 44.

5. MEG dataanalyse

Bemærk: Analysere data med den anatomisk begrænset MEG tilgang, der bruger hver deltagers rekonstruerede kortikale overflade til at begrænse kilde skøn til kortikale bånd40,45,46. Analyse stream er baseret på brugerdefinerede funktioner med afhængigheder på offentligt tilgængelige pakker herunder FieldTrip47, EEGLab48og Multinationale49.

  1. Under data forbehandlingen, bruge en eftergivende sporgruppe-pass filter (f.eks. 0,1 - 100 Hz) og epoke data med hensyn til stimulus debut i segmenter, der omfatter polstring intervaller i hver ende (f.eks.-600 til 1100 ms for et interval af interesse spanning -300 til 800 ms efter den fjernelse af polstring).
  2. Fjerne støjende og flade kanaler samt forsøg indeholdende artefakter ved visuel inspektion og ved hjælp af tærskel-baserede afvisning. Bruge uafhængige komponent analyse48 til at fjerne eyeblink og hjerteslag artefakter. Fjerne forsøg med forkerte svar.
  3. Anvende Morlet bølger (figur 3)47 for at beregne komplekse magt spektrum for hvert forsøg i 1 Hz forhøjelser for theta frekvensbånd (4-7 Hz). Fjern eventuelle yderligere artefakter. Beregne støj kovariansen fra tomt rum data.
  4. Co registrere MEG data med Mr billeder ved hjælp af tredimensionelle (3D) hoved digitalisering oplysninger (figur 2).
    1. Åbne modulet MRIlab.
    2. Vælg fil | Åben | Vælg emnes strukturelle Mr.
    3. Vælg fil | Import | Isotrak data | Vælg fil, rå data.fif | Gøre punkter.
    4. Vælg Windows | Seværdigheder | Justere fiducial vartegn indtil Co registrering af MEG data og Mr er acceptabel.
    5. Vælg fil | Gemme.
  5. Beregne støj-følsomhed normaliseret skøn over theta kilde magt og fase med en spektral dynamisk statistisk kortlægning tilgang18,50. Express event-relaterede theta kilde magt som procent signal ændring i forhold til grundlinjen.
  6. Opret gruppe gennemsnit af event-relaterede theta kilde magt af morphing hver deltagers skøn på en gennemsnitlig kortikal repræsentation51.
  7. Visualisere kilde skøn på en oppustede gennemsnitlige overflade for at forbedre synligheden af sulcal skøn (figur 4).
    1. Åbn den Multinationale software.
    2. Vælg fil | Indlæse overflade | Belastning oppustet gruppe-gennemsnit FreeSurfer kortikale overflade.
    3. Vælg fil | Administrer overlejringer | Indlæser stc | Indlæse gruppe-gennemsnit data | Vælg indlæste fil fra tilgængelige overlays.
    4. Vælg overlay type som andre.
    5. Justere farveskala tærskel | Vis.
    6. Se hjernen film og undersøge spatio-temporale stadier af behandling ved at identificere områder og tidsvinduer kendetegnet ved højeste aktivering.
  8. Oprette upartiske regioner af interesse (ROIs) baseret på samlede gruppe-gennemsnit skøn at indarbejde kortikale steder med mest bemærkelsesværdige kilde magt. Beregn tid kurser for hvert emne, tilstand og ROI (figur 5).
  9. Indsende opnåede theta kilde magt skøn den statistiske analyse.
    1. Uddrag tidsvinduer af interesse fra hver ROI tidsforløb og udføre variansanalyse (ANOVA) med retssag type (kongruent, upassende) som inden for emnet faktorer og drikke (alkohol, placebo). Brug en ikke-parametrisk klynge-baserede permutation test52 til at undersøge drikkevarer og betingelse sammenligninger af event-relaterede theta magt som godt som fase-låsning værdier (PLV).
  10. Skønne opgave-relaterede ændringer i den langtrækkende synkronisering mellem de vigtigste aktivering foci i ACC og latPFC af computing PLV12. Express PLV som procent ændre i forhold til grundlinjen.
    Bemærk: PLV er en indikator for sammenhængen i den fase vinkel mellem de to ROIs på tværs af forsøg, som den måler omfang som de Co svinger på en bestemt frekvens og i real tid (Movie 1).
  11. Beregne korrelationer mellem ROI MEG aktivitet skøn, indeks af adfærdsmæssige ydeevne og spørgeskema scores informere fortolkning af de observerede resultater.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Adfærdsmæssige resultater viser, at Stroop opgave med succes manipuleret svar indblanding, fordi nøjagtigheden var den laveste og responstiderne den længste på upassende forsøg (figur 6). Alkoholforgiftning sænket nøjagtighed, men påvirkede ikke reaktionstider18.

Den spatio-temporale sekvens af aktivitet i theta frekvensbåndet afsløret med aMEG tilgangen er generelt i overensstemmelse med generelt accepterede modeller af kognitive funktioner i denne type opgave. Som illustreret i hjernen film (film 2), er den visuelle cortex aktiveret på omkring 100 ms efter stimulus debut, efterfulgt af en posterior til forreste aktivering mønster, der engagerer sig primært frontale cortex kognitive integration etaper efter ~ 300 ms. The ACC er særligt følsomme over for upassende (INC), konflikt høj-konflikt forsøg, med angivelse af dens engagement under overvågning. ACC er den vigtigste generator af theta svingninger under opgaver sondering Kognitiv kontrol, men latPFC er også aktiv integration fase på omkring 350-600 ms. aktivering af den motoriske cortex er synlig efter ~ 600 ms forberedelsen svar fase (film 2B). Event-relaterede theta magt er størst på INC forsøg, som er i overensstemmelse med dens følsomhed over for konflikten krav (figur 5), især i de præfrontale cortex13,17,19,20. Theta magt formindskes med akut alkoholforgiftning samlede. Men i forhold til ens (CONG) forsøg, alkohol nedsætter theta magt på INC (høj konflikt) forsøg selektivt i ACC og latPFC18.

Den nuværende undersøgelse udvider resultaterne fra Kovacevic et al.18 ved at fokusere på dynamisk samspil mellem disse områder under behandlingen af Stroop indblanding i lyset af en fremherskende hensyn til kognitiv kontrol netværk7, 8. for bedre at forstå timingen, graden og karakteren af samspillet mellem disse to primært engageret kortikale områder, PLVs blev beregnet for hver drikkevare og opgave betingelse, og for hver deltager. Som vist i en gruppe gennemsnit i figur 7, varierer Co svingninger mellem ACC og latPFC på tværs af tid med en samlet tidlige stigning i co svingninger under en stimulus processing fase. Under placebo, er det efterfulgt af en vedvarende stigning efter ~ 400 ms på upassende forsøg under forberedelsesfasen integration og svar. Således synkroniseret Co svingninger mellem de mediale og laterale præfrontal cortex er observeret kun om vanskeligere, INC forsøg fremmane svar konflikt F(1,19) = 5.5, p < 0,05. Dette beviser støtter forslaget om, at ACC og latPFC funktionelt interagere i real tid at subserve Kognitiv kontrol. I kontrast, akut alkoholforgiftning betydeligt dysregulates Co svingninger, giver en betingelse x drik interaktion, F(1,19) = 5.1, p < 0,05, hvor upassende forsøg specielt var påvirket af alkohol F (1,19) = 8,8, p < 0,01 (figur 7). Dette kan ligge til grund for alkohol-induceret svækkelser af hæmmende kontrol og angiver sårbarhed af top-down regulerende funktioner af den præfrontale cortex til akut forgiftning.

Figure 1
Figur 1 : Stroop opgave kombinerer farve navngivning og læsning af. Retssag eksempler for hver af de tre betingelser samt den korrekte svar farve præsenteres. I ens tilstand (CONG) er skriftfarve i overensstemmelse med ord der betydningen, mens upassende forsøg (INC) stier fremkalde svar konflikt på grund af interferens fra ordet betydningen. Deltagerne bliver bedt om at trykke på en knap, der svarer til den skrifttypefarve, når ordene skrives i farve (CONG, INC) og at reagere på ord der betydningen (Læs) når de er skrevet i grå. Forsøg er præsenteret for 300 ms og derefter erstattet af en fiksering skærm for 1700 ms. retssag typer præsenteres i en randomiseret rækkefølge. I denne særlige udgave, CONG og INC betingelserne var equiprobable og blev præsenteret på 16,7% forsøg hver ud af 576 forsøg samlet. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 2
Figur 2 : Fælles registrering af MEG og MRI. Digitaliserede point på tværs af hovedet indsamlet under MEG optagelse bruges til co registrering med anatomiske Mr billeder. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 3
Figur 3 : Morlet wavelet. Morlet bølger bruges til at beregne komplekse magt spektrum for hvert forsøg i 1 Hz frekvens forhøjelser for theta band frekvens (4-7 Hz). Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 4
Figur 4 : Kortikale genopbygning og inflationen. Enkelte kortikale overflader er rekonstrueret og bruges til at begrænse anslåede kilde magt. Her vist skønnes en gennemsnitlig kortikale overflade, som er oppustet for at øge synligheden af kilderne at kortikale sulci. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 5
Figur 5 : Gruppe-gennemsnit tidsforløbet af event-relaterede theta source-power skøn i udvalgte områder af interesse. Upassende (INC) stimuli fremkaldte øget event-relaterede theta magt i forhold til ens (CONG) stimuli i den forreste cingulate cortex (ACC; F (1,19) = 34.1, p < 0,0001) samt den laterale præfrontal cortex (latPFC; F (1,19) = 11.0, p < 0,01), under 480-670 ms. konflikt behandling er særligt følsomme over for alkoholforgiftning som theta magt til INC blev svækket af alkoholforgiftning (F(1,19) = 9,9, p < 0,01). Y-aksen skildrer baseline-korrigeret støj-normaliseret event-relaterede theta kilde magt. Dette tal er blevet ændret fra Kovacevic et al.18. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 6
Figur 6 : Adfærdsmæssige resultater på opgaven Stroop. Stroop indblanding var afspejlet i nedsat nøjagtighed og længere svartider til upassende (INC) forsøg. Alkoholforgiftning (Alc) forringet nøjagtighed sammenlignet med placebo (Plac) men påvirkede ikke reaktionstider. Fejllinjer betyde standard fejl af middelværdien. Dette tal er blevet ændret fra Kovacevic et al. 18. venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 7
Figur 7 : Gruppe-gennemsnit tidsforløbet af fase-låsning værdier (PLVs) i frekvensbåndet theta. Co-oscillatory synchrony mellem den forreste cingulate cortex (ACC) og laterale præfrontal cortex (latPFC) i theta band udtrykt som procent fra grundlinje til placebo (venstre) og alkohol (højre) betingelser. Efter en hurtig stigning i PLVs under en stimulus processing fase (400-600 ms), en vedvarende stigning i co svingninger er observeret på upassende (INC) stier som reaktion på øget Kognitiv kontrol i forhold til ens (CONG) stier under placebo, F (1,19) = 5.5, p < 0,05. Akut alkoholforgiftning selektivt dysregulated Co svingningerne på INC forsøg, F(1,19) = 8,8, p < 0,01. Aktivering kortene (indsatser) Vis misforhold effekt (INC-CONG), som er fremtrædende i ACC og latPFC. Farveskalaen angiver baseline-korrigeret kilde magt skøn på 480 ms efter stimulus debut, med rød (aktivitet > 0,2) til gul (aktivitet > 0.3) der angiver stærkere theta magt til INC forsøg i forhold til CONG forsøg. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Movie 1
Movie 1: Co svingninger. Fase-låsning værdier blev beregnet i theta frekvensområde (4-7 Hz) mellem den forreste cingulate cortex (ACC) og laterale præfrontal cortex (latPFC) som en foranstaltning af synkronisering, der er følsomme over for sammenhængen i den fase forskel mellem disse to ROIs uanset deres theta magt amplitude. Venligst klik her for at downloade denne film.

Movie 2
Movie 2: hjerne film. Distribueret kilde modellering af MEG signalet kombineret med strukturelle Mr giver mulighed for at anslå den vigtigste kortikale områder skabe theta magt og den tidsmæssige rækkefølge af deres aktivering i svar til Stroop indblanding. (A) efter tidlige sensoriske forarbejdning, den forreste cingulate cortex (ACC) selektivt aktiveres af upassende, høj-konflikt forsøg efter ~ 350 ms. (B) mens ACC er den vigtigste generator af theta svingninger under opgaver sondering Kognitiv kontrol, den laterale præfrontal cortex (latPFC) er også involveret i integration fase omkring 350-600 ms. aktivering af den motoriske cortex er observeret efter ~ 600 ms svar forberedelsen. Farveskalaen angiver differential baseline-korrigeret kilde magt skøn, med røde farve angiver aktivering større end 0,79 medialt (0,57 lateralt) og gul angiver aktivering større end 0,9 medialt (0,8 lateralt). Bemærk, at disse to film skal vises sammen med udfoldelsen tid kurser vedrørende ACC og latPFC, henholdsvis. Venligst klik her for at hente disse film.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Den multimodale billedbehandling metode, der anvendes i denne undersøgelse består af distribuerede kilde modellering af tidsligt præcise MEG signalet sammen med rumlige begrænsninger af inverse skøn stammer fra den enkelte deltagers strukturelle Mr. Metoden aMEG kombinerer styrken af disse teknikker til at give indsigt i de spatio-temporale stadier af oscillerende dynamics og langtrækkende integration subserving Kognitiv kontrol. Denne metode giver større tidsmæssige præcision end andre neuroimaging teknikker såsom fMRI-fed hvis tidsmæssige opløsning er på omfanget af sekunder på grund af dens indirekte følsomhed til neurale ændringer via neurovaskulære kobling9. I sammenligning, millisekund præcision af MEG signal giver mulighed for undersøgelse af neurale forarbejdningsled, som det fremgår af den foreliggende undersøgelse. AMEG modellen forudsætter distribuerede kilder af MEG signal langs den kortikale overflade, når rekonstrueret fra strukturelle Mr billeder, giver rumlige begrænsninger for aktivitet anslår45,53. Disse rumlige skøn kan bruges til at undersøge ikke kun lokal aktivering men langtrækkende kommunikation på et interaktivt netværk plan i form af fase-låsning16,20. Desuden, aMEG tilgangen er velegnet til at undersøge virkningerne af farmakologisk manipulation på neurale funktioner, eftersom fMRI-fed signalet er forvirret af de vasoaktive virkninger af farmakologiske manipulationer som alkohol og kan ikke præcist afspejle omfanget af neurale ændringer10.

Den høje følsomhed af denne metode til minut neurale ændringer betyder, at det er også følsomme over for ikke-neurale støj herunder muskelbevægelser eller øjet blinker, så de forskellige artefakter skal være registreret og omhyggeligt fjernet fra den rå signal. Hovedets stilling kan endvidere have betydelig indvirkning på aktivitet skøn på grund af sensor følsomhed til magnetfelt gradienter39. Givet forudsætningerne i aMEG modellen, er kilde skøn begrænset til kortikale overflade45,46, så aktiviteten fremkaldte fra subkortikale strukturer ikke kan estimeres.

Baseret på tidligere offentliggjorte resultater18, har den nuværende undersøgelse illustreret ændringer i event-relaterede theta (4-7 Hz) magt under Stroop-induceret konflikt som en funktion af akut alkoholforgiftning i sunde sociale drikkende. Som vist i figur 5, er theta magt varierende følsomme kognitive krav pålagt af Stroop opgave betingelser. Misforhold er især effektiv i at engagere Kognitiv kontrol, som det afspejles i større theta magt i den præfrontale cortex i forhold til prestimulus grundlinje. Hovedforpligtet anslået generator af theta svingninger er ACC, der er følsomme over for svar konflikt under både tidlige og sene forarbejdning faser18. Disse resultater støtter ACC rolle i overvågning af konflikten i overensstemmelse med fremtrædende konti7,8. Således, aMEG metoden har givet et tidsligt-følsomme indblik i den vedvarende engagement af ACC under forsøg at pålægge højere belastning på Kognitiv kontrol. Sammen med omfattende anatomiske forbindelser mellem ACC og distribuerede hjernen regioner5,6bekræfter denne beviser sin mangesidede rolle selvregulering. På denne opfattelse er ACC en central hub i det neurofunctional system, der subserves Kognitiv kontrol ved at tilpasse mål og hensigter med kontekstuelle og motiverende begrænsninger54,55. Inferolateral præfrontal cortex, især på højrefløjen, er et andet vigtigt område inden for dette system, som har været forbundet med hæmning af prepotent svar, attentional kontrol og arbejdshukommelsen i tjenesten opdatering opgave repræsentationer af 56 , 57 , 58.

Det er fastslået, at theta svingninger mægle neurale integration nødvendige for kognitive og affektive behandling13,16,59,60. Neurale kommunikation kan således påberåbe synkroniserede ophidselse af Fjern neuronal ensembler i theta band med indlejrede hurtige rytmer mægle lokal forarbejdning61,62. PLVs afspejler fase sammenhængen mellem kortikale områder og er almindeligt anvendt til at vurdere deres oscillerende synchrony, som det antages, at to områder interagere når de svinger sammen63. Faktisk, forbigående stigninger i PLV er observeret i disse intervaller af neurale aktivitet, som kunne forventes at nødvendiggøre synkron interaktioner12,20. Den nuværende undersøgelse bekræfter tidligere beviser og tilføjer spatio-temporale raffinement til den funktionelle synkronisering mellem kilderne anslået til ACC og latPFC. I overensstemmelse med tidligere rapporter64, de nuværende resultater viser at PLVs er steget og fastholdt på upassende forsøg i Stroop opgave. Af kvantificere fase synkronisering mellem disse to områder med høj tidsmæssige præcision, disse resultater udvide konflikten overvågning konto og angive, at deres interaktion er særligt fremtrædende efter ~ 350 ms på upassende forsøg. Denne kognitive integration fase er de mediale og laterale præfrontal cortex tilbøjelige til at interagere for at støtte adfærdsmæssige ydeevne under mere vanskelige opgave forhold stiller krav om opmærksomhed og respons hæmning og arbejdshukommelsen. Omfattende dokumentation fra fMRI-baserede funktionelle connectivity undersøgelser tyder på, at disse kortikale områder udgør et dynamisk, interaktiv cingulo-opercular netværk, der understøtter top-down Kognitiv kontrol65,66, 67. mere generelt, hjernen optimerer reagerer på miljømæssige krav i en adaptive og sammenhængende måde via fleksible og dynamiske synkronisering af distribuerede neurofunctional systemer68,69.

Den anatomisk begrænset MEG tilgang anvendes i den foreliggende undersøgelse bygger på en kombination af komplementære Billeddannende metoder. Det kan karakterisere den spatio-temporale sekvens af neurale aktivitet og kan give indsigt i dynamikken i langtrækkende interaktioner vigtigt for integrering af top-down påvirkninger under engagement af kognitiv kontrol. MEG signal afspejler synaptic strømme direkte, hvilket giver mulighed for at teste hypoteser om co-oscillatory samspillet inden for og på tværs af neurofunctional systemer med høj tidsmæssige præcision. Desuden, denne metode er velegnet til farmakologisk manipulationer fordi det ikke er modtagelige for vasoaktive tilintetgør. Forskning fra denne øvelse og andre viser, at prefrontally-medieret kognitiv kontrolfunktioner er særligt sårbare over for alkohol forgiftning17,18,19,20,23 ,24,70,71,72,73,74. Den nuværende undersøgelse viser, at akut alkoholforgiftning nedsætter aktiviteten i de præfrontale områder subserving svar konflikt. Desuden forstyrrer alkohol synkroniserede Co svingninger20,75 der kan ligge til grund for synshandicappede eller utilpasset svar undertrykkelse. Som et resultat, berusede personer udstille mangelfuld selvkontrol resulterer i disinhibition, som kan bidrage til kompulsiv drikke og udviklingen af alkohol afhængighed25,26,76. I sum, skøn over synkron Co svingninger kan belyse real-time interaktioner af de neurale systemer ansat ved et bestemt kognitive krav og kan oplyse en realistisk hjerne-baseret model. De kan karakterisere den selektive følsomhed over for alkohol udfordring på tværs af netværk og fungere som biomarkører for individuelle sårbarhed over for farmakologiske virkninger.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne har ikke noget at oplyse.

Acknowledgments

Dette arbejde er blevet støttet af National Institutes of Health (R01-AA016624). Vi er taknemmelige for Dr. Sanja Kovacevic for hendes vigtige 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

Neurovidenskab spørgsmålet 144 neurovidenskab hjernen kognitiv kontrol magnetoencephalography theta svingninger fase-låsning neurale synchrony alkohol Stroop opgave multimodale imaging
Afbrydelse af frontallappen neurale Synchrony under Kognitiv kontrol af alkoholforgiftning
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