Waiting
Login processing...

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

Neuroscience

Forstyrrelse av frontallappen nevrale Synchrony under Cognitive administrere av 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 eksperimentet bruker en anatomisk begrenset magnetoencephalography (aMEG) metoden for å undersøke hjernen oscillasjon dynamikk og langtrekkende funksjonelle synkronisering under engasjement cognitive administrere som en funksjon av akutt alkoholforgiftning.

Abstract

Beslutningstaking er avhengig av dynamisk interaksjoner av distribuerte, hovedsakelig frontal hjernen regioner. Omfattende bevis fra funksjonell magnetisk resonans imaging (fMRI) studier indikerer at det fremre cingulate (ACC) og de laterale prefrontal halvdelene (latPFC) er viktig noder subserving cognitive administrere. Men på grunn av sin begrensede timelige oppløsning gjenspeile fMRI ikke nøyaktig den timingen og deres antatte samspill. Studien kombinerer distribuert kilde modellering av tidsmessig presis magnetoencephalography (MEG) med strukturelle MRI i form av "hjernen filmer" å: (1) estimat kortikale områder involvert i cognitive administrere ("hvor"), (2) kjennetegner deres timelige rekkefølgen ("når"), og (3) kvantifisere oscillasjon dynamikken i deres nevrale samhandling i sanntid. Stroop forstyrrelser var forbundet med større hendelse-relaterte theta (4-7 Hz) makt i ACC under konfliktsøk etterfulgt av vedvarende følsomhet til kognitiv krav i ACC og latPFC under integrasjon og svar forberedelse. En fase-låsing analyse viste co-oscillatory vekselsvirkningene mellom disse områdene som indikerer deres økt nevrale synkronisering i theta band under konflikt-inducing uensartet prøvelser. Disse resultatene bekrefter at theta svingninger er grunnleggende for langtrekkende synkronisering nødvendig for å integrere ovenfra og ned påvirkninger under cognitive administrere. MEG gjenspeiler nevrale aktivitet direkte, som gjør den egnet for farmakologisk manipulasjoner i motsetning fMRI som er følsomme for vasoactive forundrer. Studien fikk sunn sosiale drikker en moderat alkoholforbruk dose og placebo i i-faget design. Akutt forgiftning dempes theta strøm til Stroop konflikt og dysregulated co svingninger mellom ACC og latPFC, bekrefter at alkohol er skadelig for neural synkronisering subserving cognitive administrere. Det forstyrrer målrettet atferd som kan føre til mangelfull selvkontroll, bidra til tvangsmessig drikke. I sum, denne metoden kan gi innsikt i sanntids interaksjon under kognitive behandlingen og kan beskrive selektiv følsomheten farmakologiske Challenge over relevante neural nettverk.

Introduction

Det overordnede målet med denne studien er å undersøke effekten av akutt alkoholforgiftning spatio-temporal endringer i hjernen oscillasjon dynamikk og langtrekkende funksjonell integrering under cognitive administrere. Den næringsdrivende intermodal imaging tilnærming kombinerer magnetoencephalography (MEG) og strukturelle magnetisk resonans imaging (MRI) å gi innsikt i nevrale grunnlag av beslutninger med høy timelige presisjon og nivået av et interaktivt system.

Fleksibel atferd gjør det mulig å tilpasse til forandre innholdsrettet krav og bytte strategisk mellom ulike oppgaver og krav med sine hensikter og mål. Kapasitet til å undertrykke automatiske svar for målet-relevant men ikke-vanlige handlinger er en vesentlig del av cognitive administrere. Omfattende bevis antyder at det er subserved av et overveiende frontal kortikale nettverk, med anterior cingulate cortex (ACC) som en sentral node i denne interaktive nettverk1,2,3,4. Mens rikelig anatomiske tilkobling mellom ACC og lateral frontal halvdelene er godt beskrevet5,6, funksjonelle egenskaper for kommunikasjon mellom disse regionene under cognitive administrere, svar utvalg og gjennomføring, er dårlig forstått.

Svært innflytelsesrike konflikten overvåking teori7,8 foreslår at cognitive administrere oppstår fra et dynamisk samspill mellom de mediale og laterale prefrontal halvdelene. Denne kontoen hensikt at ACC overvåker konflikt mellom konkurrerende fremstillinger og engasjerer lateral prefrontal cortex (latPFC) å implementere control-svar og optimalisere ytelse. Denne kontoen er imidlertid primært basert på funksjonell MRI (fMRI) studiene med blod oksygenering nivå avhengige (fet) signalet. FMRI-fet signalet er en utmerket romlige kartlegging verktøy, men timelige oppløsningen er begrenset fordi det gjenspeiler regionale hemodynamic endringer formidlet av nevrovaskulære kopling. Resultatet endres fet signal utfolder seg på en mye langsommere tidsskala (i sekunder) enn den underliggende nevrale hendelser (i millisekunder)9. Videre fet signalet er følsom for alkohols vasoactive effekter10 og kan ikke nøyaktig representere omfanget av nevrale forandringer, som gjør det mindre egnet for studier av akutt alkoholforgiftning. Derfor antatt samspillet mellom de mediale og laterale prefrontal halvdelene og sin følsomhet til alkohol forgiftning må undersøkes av metoder som vanlig nevrale hendelser på en tidsmessig presis måte. MEG har en utmerket midlertidig løsning fordi den gjenspeiler direkte postsynaptic strøm. Anatomisk begrenset MEG (aMEG) metodikken ansatt her er en flere tilnærming som kombinerer distribuert kilde modellering av MEG med strukturelle MRI. Det tillater for estimering av hvor konflikt - og drikke-relaterte hjernen oscillasjon endringene oppstår og å forstå den timelige rekkefølgen ("når") involvert nevrale komponenter.

Beslutningstaking er avhengig av samhandling distribuert hjernen regioner som er dynamisk engasjert å håndtere økte krav til cognitive administrere. En måte å beregne begivenhet-relaterte endringer i langtrekkende synkronisering mellom to kortikale områder er å beregne deres fase kopling som en indeks av deres co svingninger11,12. Studien brukte en fase-låsing analyse for å teste grunnleggende prinsipp for konflikten overvåking teori ved å undersøke co-oscillatory samspillet mellom ACC og latPFC. Nevrale svingninger i theta området (4-7 Hz) er forbundet med cognitive administrere og foreslått som en grunnleggende mekanisme støtte langtrekkende synkroniseringen nødvendig for topp-ned kognitive behandling13,14, 15,16. De er generert i prefrontal områder som en funksjon av oppgaven problemer og er betydelig dempes av akutt alkohol forgiftning17,18,19,20.

Langsiktig overdreven alkoholinntak er forbundet med en rekke kognitiv underskudd prefrontal kretser blir spesielt berørte21,22. Akutt alkoholforgiftning er skadelig for cognitive administrere under forhold med økt vanskelighetsgrad, tvetydighet, eller de som induserer svar uforlikelighet17,23,24. Ved å påvirke beslutninger, alkohol kan forstyrre målrettet atferd, kan føre til dårlig selvkontroll og økt drikking og kan også bidra til trafikk - eller arbeidsrelaterte farer25,26,27 . Studien bruker en aMEG tilnærming til å måle oscillasjon aktiviteten i theta band og synkronisering mellom de viktigste executive områdene med utmerket midlertidig løsning. Effekter av alkohol på theta aktivitet og co svingninger mellom ACC og latPFC undersøkt som en funksjon av konflikten brakt frem av aktiviteten Stroop forstyrrelser. Vi hypothesize at økt kognitive krav er forbundet med større funksjonelle synkronisering og at alkohol-indusert feilregulering synkron aktivitet av de mediale og laterale prefrontal halvdelene ligger under impairments i cognitive administrere.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Denne eksperimentelle protokollen er godkjent av menneskelig fag beskyttelse komiteen ved University of California, San Diego.

1. mennesker

  1. Rekruttere friske høyrehendt voksne frivillige få deres samtykke og skjermen dem på inkludering/ekskludering kriterier.
    Merk: I denne studien, tjue unge, friske individer (± standardavvik [SD] middelalder = 25.3 ± 4.4 år) inkludert 8 kvinner ble rekruttert som drikker i moderasjon, som aldri har vært i behandling eller arrestert for narkotika eller alkohol lovbrudd, som ingen rapporterer alkoholisme-relaterte symptomer på kort Michigan alkoholisme Screening Test28, som ikke røyker eller bruke ulovlige stoffer, som ikke har en historie med nevropsykiatriske lidelser eller gjeldende helseproblemer, og som er medisiner gratis og har ingen interne ferromagnetisk objekter eller implantater.

2. eksperimentell Design

  1. Skanne hver deltaker fire ganger, inkludert tre MEG økter (en nei-drikke innledende økt og to eksperimentell drikke økter som alkohol og placebo administreres på en balansert måte) og en strukturell MRI-skanning.
    Merk: I denne i faget design tjene deltakerne som sine egne kontroller ved å delta i både alkohol og placebo økter. Denne designen reduserer feilmargin og øker statistisk styrke ved å minimere påvirkning av individuelle variasjon i hjernen anatomi, aktivitet mønstre og alkohol metabolisme.

3. samle MEG skanner

  1. Utføre familiarisering økten.
    1. Under den første innledende økten, administrere spørreskjemaer for å få mer informasjon om deltakernes medisinske historie, deres drikking mønstre og alvorlighetsgraden av alkoholisme-relaterte symptomer28,29, familie historie alkoholisme30og personlighetstrekk inkludert impulsivitet31,32.
    2. Foreta et første opptak i MEG skanneren følger protokollen beskrevet nedenfor i trinn 3.2, 3.3 og 3.5. Gir ikke noen drikke. Forklare oppgaven og kjøre praksis versjonen tillater deltakerne å bli gjøre bekjent med det på forhånd.
      Merk: Akklimatisering på eksperimentell situasjonen serverer hensikten å minimere mulige effekter av situasjonen-indusert opphisselse33, dermed likhetstegn mellom etterfølgende alkohol og placebo økter på denne dimensjonen.
  2. Utføre alkohol/placebo eksperimentelle økter.
    Merk:     Følg samme eksperimentelle fremgangsmåten under både alkohol og placebo økter med unntak av administrert drikke. Motvekt drikke rekkefølge ved å tilsette alkohol drikke først til en halvparten av deltakerne og placebo til den andre halvparten i tilfeldig rekkefølge.
    1. Gjennomsøk kort test ved å sette deltakeren i skanneren og sjekke kanalene for mulig magnetization ved ankomst til MEG lab. Måle deres vekt. Skjermen dem med en elektronisk breathalyzer. Spør dem om samsvar med kravene til å avstå fra alkohol for 48 timer og mat for 3 h før eksperimentet.
    2. Samle urinprøver for et multi dopingtest panel fra alle deltakerne og utelate de som test positiv for ethvert stoff. I tillegg av kvinnelige deltakere for graviditet med en urin test og utelate de som tester positivt eller hvis de tror at de kan være gravid.
    3. Vurdere dynamiske endringer i de subjektive virkningene av alkohol av spørsmål deltakerne å rangere sine kortvarig følelser og USA på en standardisert skala34 før drikking og to flere ganger under eksperimentet - på stigende lem (~ 15 min etter konsumere drikke) og synkende lemmer av pusten alkohol konsentrasjon kurven (BrAC), etter MEG opptak.
    4. Administrere en praksis kjøre av Stroop oppgaven på en bærbar PC med stimulans presentasjon programvare slik at deltakerne forstår oppgaven før opptak.
      Merk: Denne versjonen av aktiviteten Stroop kombinerer lesing og farge navn (figur 1). Sammenfallende betingelsen består av fargen ord (dvs., rød, grønn, blå, gul) som skrives i matchende skriftfargen (dvs. ordet "grønn" er trykket i grønt). Urimelig tilstanden skrives farge ord i farger som ikke samsvarer med deres betydning (dvs. ordet "grønn" skrives med gult). Be deltakerne på fire senterposisjon tilsvarer skriftfargen når et ord er skrevet i farge, eller når et ord er skrevet i grått, å trykke på knappen tilsvarer betydningen av ordet18,23.
  3. Forberede MEG/EEG innspillingen.
    Merk:     detaljer om MEG datainnsamling har blitt beskrevet i tidligere publikasjoner35,36,37.
    1. Plasser EEG cap eller personlige EEG elektrodene på hodet av deltakeren og kontroller at alle impedances er under 5 kΩ.
    2. Fest stilling indikator (HPI) spoler på hver side av pannen og bak hvert øre.
      Merk: Dette trinnet gjelder Neuromag systemer.
    3. Digitalisere posisjoner fiducial inkludert i nasion og to preauricular poeng, posisjoner HPI spoler, EEG elektroder, og få et stort antall ekstra poeng (~ 200) skildre hodet figuren. Bruk denne informasjonen for co-registrering med anatomiske MRI bilder (figur 2).
  4. Administrere drikke.
    1. Forberede alkohol drikke ved å blande premium kvalitet vodka med kjølt appelsinjuice (25% v/v), basert på hver deltakers kjønn og vekttap (0,60 g/kg alkohol for menn, 0.55 g/kg alkohol for kvinner), rettet mot en BrAC 0,06 prosent38. Tjene samme volum appelsinjuice i glass med felger swabbed med vodka som en placebo drikke. Spør deltakeren å konsumere drikke i ca 10 min.
    2. Kontrollere deltakernes BrAC med breathalyzer starter på ~ 15 min etter drikking og deretter hver 5 min til de angir innspillingen kammeret. Siden elektroniske enheter ikke kan brukes i skjermet rommet, bruke en spytt alkohol test, som består av en bomullspinne som er mettet på spytt og settes inn i en stikkontakt som gir en avlesning.
  5. Skaffe MEG/EEG data.
    1. Plasser deltakeren komfortabelt i skanneren. Siden prefrontal aktiviteten er av spesiell interesse, kontroller at deltakeren er plassert slik at hodet berører toppen av hjelmen og justeres langs fronten.
      Merk: Head stilling kan påvirke aktivitet anslag i betydelig grad siden magnetfelt graderingene fører kuben av avstanden mellom sensorer og hjernen kilder39.
    2. Koble HPI spoler og alle elektrodene til deres respektive på skanneren. Plasser svar pads slik at knappene kan trykkes komfortabelt. Fastslå at skriften er tydelig leselig på projektorskjermen foran deltakeren.
    3. Tilbake i konsollen rommet, sjekk at intercom fungerer. Minne deltakeren å minimere blinker og unngå bevegelser inkludert hodet bevegelse forårsaket av snakker. Instruere deltakerne til å svare på spørsmål ved å trykke på svar knapper i stedet.
    4. Kontroller at alle svar og stimulans utløser registreres riktig. Undersøke alle kanaler for gjenstander og måle hodet posisjonen i skanneren.
    5. Start datainnsamling og starte oppgaven. Gi bryter hvert ~2.5 min å hvile øynene. Lagre dataene på task Fullføringstidspunkt og eskorte deltakeren av opptak kammeret.
    6. Når deltakerne har avsluttet skanneren, erverve omtrent to minutter av data fra den tomme rom som et mål på instrumental støy.
    7. Spør deltakeren å rangere oppfattet oppgave vanskelighetsgrad, innhold av imbibed drikke, hvordan beruset de følte, samt deres kortvarig stemninger og følelser34.

4. image oppkjøpet og kortikale rekonstruksjon av strukturelle MRI

  1. Få en høyoppløselig anatomiske MRI-skanning for hver deltaker, og rekonstruere hver deltakers kortikale overflaten med FreeSurfer programvare40,41,42.
  2. Bruke indre skallen overflaten avledet fra segmentert strukturelle MRI bilder til å generere en grense element modell av volum dirigenten, som brukes til å gi en modell for det frem som samsvarer med hvert individs hjernen anatomi43 , 44.

5. MEG dataanalyse

Merk: Analysere data med anatomisk begrenset MEG tilnærming som bruker hver deltakers rekonstruert kortikale overflate for å begrense kilde estimat kortikale båndet40,45,46. Analyse strømmen er avhengig av egendefinerte funksjoner avhengige av offentlig tilgjengelige pakker inkludert FieldTrip47og EEGLab48MNE49.

  1. Under data forbehandling, bruke en ettergivende bånd-pass filter (f.eks 0,1 - 100 Hz) og epoke data vedrørende stimulans utbruddet i markedssegmentene polstring intervaller i hver ende (f.eks -600 til 1100 ms for et intervall av interesse som spenner over 300 til 800 ms etter den fjerning av utfylling).
  2. Fjerne støyende og flat-kanaler, samt studier som inneholder gjenstander av visuell inspeksjon og bruke terskel-baserte avvisning. Bruk selvstendig komponent analyse48 for å fjerne eyeblink og hjerteslag gjenstander. Eliminere forsøk med feil svar.
  3. Bruke Morlet wavelets (Figur 3)47 beregner komplekse makt spektrum for hvert forsøk i 1 Hz trinn for theta frekvensbåndet (4-7 Hz). Fjerne alle ekstra artefakter. Beregne støy kovariansen fra tomt rom data.
  4. Co registrere MEG data med Mr bilder ved hjelp av tredimensjonale (3D) hodet digitalisering informasjonen (figur 2).
    1. Åpne modulen MRIlab.
    2. Velg fil | Åpne | Velg emnet strukturelle Mr.
    3. Velg fil | Importer | Isotrak data | Velg rå data.fif fil | Tjene poeng.
    4. Velg Windows | Landemerker | Justere fiducial landemerker til co-registrering av MEG data og MRI er akseptabelt.
    5. Velg fil | Lagre.
  5. Beregne bråk-følsomheten normalisert estimater theta kilde og fase med en spektral sidekort som statistisk tilnærming18,50. Uttrykke hendelse-relaterte theta kraft kilden som prosent signal endring i forhold til grunnlinjen.
  6. Opprette gruppe gjennomsnitt av hendelse-relaterte theta kilde av morphing hver deltakers estimater på en gjennomsnittlig kortikale representasjon51.
  7. Visualisere kilde anslagene over en oppblåst gjennomsnittlig overflate å forbedre synligheten av sulcal (Figur 4).
    1. Åpne MNE programvare.
    2. Velg fil | Laste overflate | Last oppblåst gruppe-gjennomsnittlig FreeSurfer kortikale overflaten.
    3. Velg fil | Administrer overlegg | Laste stc | Laste gruppe-gjennomsnitt data | Velg lastet fil fra tilgjengelige overlegg.
    4. Velg overlegg type som andre.
    5. Justere fargeskala terskelverdi | Vis.
    6. Vis hjernen filmer og undersøke spatio-temporale stadier av behandling ved å identifisere områder og tidsvinduer preget av høyeste aktivisering.
  8. Opprette upartiske regioner av interesse (ROIs) basert på samlet gruppe-gjennomsnitt estimater å innlemme kortikale steder med mest bemerkelsesverdige kraft kilden. Beregne tid kurs for hvert emne, tilstand og ROI (figur 5).
  9. Sende innhentet theta kilde makt anslagene til statistisk analyse.
    1. Ekstra tidsvinduer rundt fra hvert avkastning tid kurs og utføre analyse av varians (ANOVA) med drikke (alkohol, placebo) og prøve type (congruous, uensartet) som i faget faktorer. Bruk en parametriske klynge-baserte permutasjon test52 undersøke drikke og tilstand sammenligninger av hendelse-relaterte theta makt som vel som fase-låsing verdier (PLV).
  10. Estimere oppgaverelaterte endringer i langtrekkende synkroniseringen mellom de viktigste aktivisering bildet i ACC og latPFC ved databehandling PLV-12. Uttrykke PLV som endring i forhold til grunnlinjen.
    Merk: PLV er en indikator for konsistensen av fase vinkelen mellom de to ROIs over prøvelser som den måler omfanget som de co svinge på en bestemt frekvens og i sanntid (film 1).
  11. Beregne korrelasjoner mellom ROI MEG aktivitet anslag, indekser atferdsmessige ytelse og spørreskjemaet score å informere tolkning av observerte resultatene.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Atferdsmessige resultatene indikerer at aktiviteten Stroop ble manipulert svar forstyrrelser fordi nøyaktigheten var den laveste og svaret ganger den lengste på urimelig forsøk (figur 6). Alkoholforgiftning senket nøyaktighet, men påvirke ikke reaksjonstid18.

Spatio-temporale sekvensen av aktivitet i theta frekvensbånd avslørt med aMEG tilnærming er samlet med allment aksepterte modeller av kognitive funksjoner i denne oppgaven. Som illustrert i hjernen filmer (Movie 2), aktiveres i hjernebarken på rundt 100 ms etter stimulans utbruddet, etterfulgt av en bakre til fremre aktivisering mønster som engasjerer primært frontal halvdelene i kognitiv integration fasen etter ~ 300 ms. The ACC er spesielt følsomme for uensartet (INC), konflikt høy-konflikten studier, som angir dens engasjement i overvåking. ACC er den viktigste generatoren av theta svingninger under oppgaver sondering cognitive administrere men latPFC er også aktiv under integrasjon scenen på rundt 350-600 ms. aktivering av motorisk cortex er synlige etter ~ 600 ms under utarbeidelsen svar scenen (film 2B). Arrangement-relaterte theta power er største økes testrapport, som samsvarer med sin følsomhet til konflikt krav (figur 5), spesielt i prefrontal cortex13,17,19,20. Theta makt minskes med akutt alkoholforgiftning generelt. Men sammenlignet med congruous (CONG) forsøk, reduserer alkohol theta strøm på INC (høy konflikt) forsøk selektivt i ACC og latPFC18.

Studien utvider resultatene Kovacevic et al.18 ved å fokusere på dynamisk interaksjoner mellom disse områdene under behandlingen av Stroop forstyrrelser i lys av en rådende konto av cognitive administrere nettverk7, 8. for å bedre forstå de timing, graden og naturen av samspillet mellom disse to hovedsakelig engasjert kortikale områder, PLVs ble beregnet for hver drikke og oppgave tilstand, og for hver deltaker. Som vist i en gruppe gjennomsnitt i figur 7, varierer co svingninger mellom ACC og latPFC over tid med en samlet tidlig økning i co svingninger under en stimulans behandling scenen. Under placebo etterfølges dette av en vedvarende økning etter ~ 400 ms uensartet testrapport under integrasjon og svar forberedelsen scene. Dermed synkronisert co svingninger mellom de mediale og laterale prefrontal halvdelene er observert på vanskeligere, økes prøvelser fremkaller svar konflikt F(1,19) = 5.5, p < 0,05. Dette bevis støtter forslaget at ACC og latPFC funksjonelt samhandler i sanntid til subserve cognitive administrere. I kontrast, akutt alkoholforgiftning betydelig dysregulates co svingninger, gir en tilstand x drikke interaksjon, F(1,19) = 5.1, p < 0,05, som urimelig forsøk spesielt var påvirket av alkohol F (1,19) = 8,8, p < 0,01 (figur 7). Dette kanskje ligger til grunn alkohol-indusert nedsatt hemmende kontroll og angir sårbarheten i topp-ned regulative funksjonene i prefrontal cortex til akutt forgiftning.

Figure 1
Figur 1 : Stroop oppgave kombinerer farge navngiving og lesing. Prøveversjon Eksempler for hver av de tre forholdene med riktig svar fargen blir presentert. I congruous tilstand (CONG) er skriftfarge konsistent med ordet mening, mens uensartet forsøk (INC) stier elicit svar konflikt på grunn av forstyrrelser fra ordet betyr. Deltakerne er pålagt å trykke på knappen tilsvarer skriftfargen når ord er skrevet i farger (CONG, INC) og å svare på det ordet betyr (Les) når de er skrevet i grått. Forsøk er presentert for 300 ms og deretter erstattet av en fiksering skjerm for 1700 ms. rettssaken typer presenteres i en randomisert rekkefølge. I denne spesielle versjonen, CONG og økes forholdene var equiprobable og ble presentert på 16,7% forsøk hver av 576 forsøk totalt. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 2
Figur 2 : Co-registrering av MEG og MRI. Digitalisert poeng over hodet samlet under MEG opptak brukes for co-registrering med anatomiske MRI bilder. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 3
Figur 3 : Morlet wavelet. Morlet wavelets brukes til å beregne komplekse makt spektrum for hvert forsøk i 1 Hz frekvens trinn for theta bandet frekvensen (4-7 Hz). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 4
Figur 4 : Kortikale gjenoppbygging og inflasjon. Individuelle kortikale overflater er rekonstruert og brukes til å begrense kraft beregnede kilden. Her vises anslås en gjennomsnittlig kortikale overflate som er oppblåst for å forbedre synligheten av kildene til kortikale sulci. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 5
Figur 5 : Gruppe-gjennomsnittlig tiden kurs av hendelse-relaterte theta kilde makt anslag i utvalgte regioner rundt. Urimelig (INC) stimuli elicited økt hendelse-relaterte theta strøm sammenlignet congruous (CONG) stimuli i anterior cingulate cortex (ACC; F (1,19) = 34,1, p < 0,0001) og lateral prefrontal cortex (latPFC; F (1,19) = 11.0, p < 0,01), under 480-670 ms. konflikt behandling er spesielt følsomme for alkoholforgiftning som theta makt til INC ble oppveid av alkoholforgiftning (F(1,19) = 9.9, p < 0,01). Y-aksen viser planlagt-korrigert støy-normalisert hendelse-relaterte theta kraft kilden. Dette tallet er endret Kovacevic et al.18. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 6
Figur 6 : Atferdsmessige resultater på aktiviteten Stroop. Stroop forstyrrelser ble reflektert i redusert nøyaktighet og lengre responstid til uensartet (INC) studier. Alkoholforgiftning (Alc) svekket nøyaktighet sammenlignet med placebo (grunnlinje), men påvirke ikke reaksjonstid. Feilfelt betegne standard feil av gjsnitt. Dette tallet har blitt endret fra Kovacevic et al. 18. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 7
Figur 7 : Gruppe-gjennomsnittlig tiden kurs av fase-låsing verdier (PLVs) i theta bandet. Co-oscillatory synkronisering mellom anterior cingulate cortex (ACC) og lateral prefrontal cortex (latPFC) i theta band uttrykt som endring fra baseline for placebo (venstre) og alkohol (høyre) forhold. Etter en tidlig økning i PLVs under en stimulans behandling scenen (400-600 ms), en vedvarende økning i co svingninger observert på urimelig (INC) stier som svar på økt cognitive administrere sammenlignet med congruous (CONG) stier under placebo, F (1,19) = 5.5, p < 0,05. Akutt alkoholforgiftning selektivt dysregulated co svingninger på økes prøvelser, F(1,19) = 8,8, p < 0,01. Aktivisering kartene (innfelt) viser uoverensstemmelse effekten (INC-CONG), som er fremtredende i ACC og latPFC. Fargeskala betegner opprinnelig-korrigert kilde makt anslag på 480 ms etter stimulans utbruddet, med rød (aktivitet > 0,2) til gult (aktivitet > 0,3) indikerer sterkere theta makt til økes studier sammenlignet CONG prøvelser. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Movie 1
Film 1: co svingninger. Fase-låsing verdier ble beregnet i frekvensområdet theta (4-7 Hz) mellom anterior cingulate cortex (ACC) og lateral prefrontal cortex (latPFC) som mål synkronisering som er følsomme for konsistensen av den fase forskjellen mellom disse to ROIs uavhengig av sin theta makt amplitude. Klikk her for å laste ned filmen.

Movie 2
Movie 2: hjernen filmer. Distribuert kilde modellering av MEG kombinert med strukturelle MRI lar for estimering viktigste kortikale områder generere theta makt og den timelige rekkefølgen av deres aktivisering svar Stroop forstyrrelser. (A) etter tidlig sensorisk prosessering, anterior cingulate cortex (ACC) er selektivt aktivert av uensartet, høy-konflikten studier etter ~ 350 ms. (B) mens ACC er den viktigste generatoren av theta svingninger under oppgaver undersøkelser cognitive administrere, lateral prefrontal cortex (latPFC) er også engasjert under integrasjon scenen rundt 350-600 ms. aktivering av motorisk cortex er observert etter ~ 600 ms under svar forberedelse. Fargeskala angir differensial baseline-korrigert kilde makt anslag, med rød farge indikerer aktivisering større enn 0,79 medialt (0.57 sidelengs) og gult angir aktivisering større enn 0,9 medialt (0,8 sidelengs). Vær oppmerksom på at disse to filmer skal vises sammen med etterfølgende tiden kurs knyttet til ACC og latPFC, henholdsvis. Klikk her for å laste ned disse filmene.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Multimodal imaging metode brukt i denne studien omfatter distribuert kilde modellering av tidsmessig presis MEG sammen med romlig begrensninger av inverse avledet fra hver deltakers strukturelle MRI. AMEG tilnærmingen syndikatene styrken av disse teknikkene å spatio-temporale stadier av oscillasjon dynamics og langtrekkende integrering subserving cognitive administrere. Denne metoden gir større timelige presisjon enn andre neuroimaging teknikker som fMRI-fet timelige oppløsningen er på omfanget av sekunder på grunn av sensitiviteten indirekte nevrale endringer via nevrovaskulære kopling9. Sammenligning gir millisekund presisjonen av MEG signal etterforskningen av nevrale behandling stadier, som demonstrert av studien. AMEG modellen tar distribuert kilder av MEG langs kortikale overflaten som når rekonstruert fra strukturelle MRI bilder, gir romlige begrensninger for aktivitet anslår45,53. Estimatene romlige kan brukes til å undersøke ikke bare lokal aktivering men langtrekkende kommunikasjon på et interaktive nettverk nivå i form av fase-låsing16,20. Videre er aMEG tilnærming godt egnet for å undersøke effekten av farmakologiske manipulasjon på neural funksjoner, gitt at fMRI-fet signalet blir forvirret av vasoactive effekten av farmakologiske manipulasjoner som alkohol og kan ikke gjenspeile omfanget av nevrale endringer10.

Høy følsomhet ved denne metoden minutt nevrale endrer betyr at det også sensitive for ikke-nevrale støy inkludert muskelbevegelser eller øyet blinker, så ulike gjenstander må bli oppdaget og forsiktig fjernet fra rå signalet. Videre kan stilling ha betydelig effekt på aktivitet anslag på grunn av sensoren følsomhet for magnetfelt graderinger39. Gitt forutsetningene av aMEG modellen, er kilde anslag begrenset til kortikale overflaten45,46, så aktiviteten elicited fra subkortikal strukturer ikke kan vurderes.

Basert på tidligere publiserte resultatene18, har studien illustrert endringer i hendelse-relaterte theta (4-7 Hz) makt under Stroop-indusert konflikten som en funksjon av akutt alkoholforgiftning i sunn sosiale drikker. Som vist i figur 5, er theta makt ulikt følsom for kognitive krav pålagt av Stroop oppgave betingelsene. Uoverensstemmelse er spesielt effektive i å engasjere cognitive administrere som gjenspeiles i større theta makt i prefrontal cortex sammenlignet prestimulus planlagt. Rektor anslått generator av theta svingninger er ACC som er følsomme for svar konflikten under både tidlig og sent behandling stadier18. Disse funnene støtte rollen ACC i overvåking av konflikt i samsvar med fremtredende kontoer7,8. Dermed har metoden aMEG gitt en timelig-sensitive innsikt i vedvarende engasjement ACC under forsøk imponerende større belastning på cognitive administrere. Sammen med omfattende anatomiske forbindelser mellom ACC og distribuert hjernen regioner5,6bekrefter dette bevis sin mangefasettert rolle i selvregulering. På visningen er ACC et viktig knutepunkt i neurofunctional som subserves cognitive administrere ved å justere mål og intensjoner med kontekstuelle og motiverende54,55. Inferolateral prefrontal cortex, særlig på høyre, er et annet viktig område innenfor systemet som har vært forbundet med hemming av prepotent svar, attentional kontroll og arbeidshukommelsen i tjenesten til å oppdatere oppgave representasjoner 56 , 57 , 58.

Det er konstatert at theta svingninger megle nevrale integrering nødvendig for kognitive og affektive behandling13,16,59,60. Nevrale kommunikasjon kan dermed stole på synkronisert excitability av Fjern neuronal ensembler i theta band med nestede raske rytmer formidling lokal behandling61,62. PLVs gjenspeiler fase konsistens mellom kortikale områder og brukes ofte til å beregne sine oscillasjon synkronisering som det antas at to områder bruker da de co svinge63. Faktisk er forbigående økninger i PLV observert i disse intervallene nevrale aktivitet som forventes å nødvendiggjøre synkron interaksjon12,20. Denne studien bekrefter tidligere bevis og legger spatio-temporale raffinement til funksjonelle synkroniseringen mellom kilder anslått til ACC og latPFC. I samsvar med tidligere rapporter64, presentere resultatene indikerer at PLVs er økt og opprettholdes på urimelig studier i aktiviteten Stroop. Kvantifisere fase synkronisering mellom disse to områdene med høy timelige presisjon, disse funnene utvide konflikten overvåking konto og at deres samspill er særlig fremtredende etter ~ 350 ms på urimelig prøvelser. Under denne kognitive integration fasen er de mediale og laterale prefrontal halvdelene sannsynlig å samhandle for å støtte atferdsmessige ytelse under vanskeligere oppgave forhold imponerende krav til oppmerksomhet og svar hemming arbeidsminne. Omfattende bevis fra fMRI-baserte funksjonelle tilkobling studier indikerer at disse kortikale områder danner et dynamisk, interaktivt cingulo-opercular nettverk som støtter topp-ned cognitive administrere65,66, 67. videre forstand, hjernen optimaliserer reagerer på miljømessige krav på en adaptiv og sammenhengende måte via fleksibel og dynamisk synkronisering av distribuerte neurofunctional systemer68,69.

Anatomisk begrenset MEG tilnærming brukes i studien er avhengig av en kombinasjon av komplementære tenkelig metoder. Det kan beskrive spatio-temporale sekvensen av nevrale aktivitet og kan gi innsikt i dynamikken i langtrekkende interaksjoner viktig for å integrere ovenfra og ned påvirkninger under engasjement cognitive administrere. MEG signalet gjenspeiler synaptic strømmer direkte, som tillater teste hypoteser om co-oscillatory vekselsvirkningene innen og over neurofunctional systemer med høy timelige presisjon. Videre, denne metoden er egnet for farmakologisk manipulasjoner fordi det ikke er utsatt for vasoactive forundrer. Forskning fra dette laboratoriet og andre indikerer at prefrontally-mediert kognitive kontrollfunksjoner er spesielt utsatt for alkohol forgiftning17,18,19,20,23 ,24,70,71,72,73,74. Studien viser at akutt alkoholforgiftning reduserer aktivitet innen prefrontale subserving svar konflikt. Videre forstyrrer alkohol synkronisert co svingninger20,75 underlie kan nedsatt eller mistilpasset undertrykkelse. Resultatet beruset individer exhibit mangelfull selvkontroll resulterer i disinhibition som kan bidra til tvangsmessig drikking og utvikling av alkohol avhengighet25,26,76. I sum, estimater for synkrone co svingninger kan belyse sanntids interaksjon av nevrale systemer engasjert av en bestemt kognitive etterspørsel og kan informere en realistisk brain-basert modell. De kan prege selektiv følsomheten alkohol Challenge over nettverk og tjene som biomarkers personlige sikkerhetsproblem farmakologiske effekter.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne ikke avsløre.

Acknowledgments

Dette arbeidet har blitt støttet av National Institutes of Health (R01-AA016624). Vi er takknemlige for Dr. Sanja Kovacevic for hennes viktig 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

Nevrovitenskap problemet 144 nevrovitenskap hjernen cognitive administrere magnetoencephalography theta svingninger fase-låsing neural synkronisering alkohol Stroop oppgave flere bilder
Forstyrrelse av frontallappen nevrale Synchrony under Cognitive administrere av 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