술이 뇌와 행동에 미치는 영향-7

In Vivo Neuroimaging Studies: Then and Now [Vivo 신경촬영법]

Pneumoencephalography.[공기 뇌조영술]

Initial in vivo studies of the brains of alcoholics were conducted using pneumoencephalography (PEG). To obtain images of the brain, the ventricular system was drained of cerebrospinal fluid (CSF), which was then replaced with air, usually resulting in severe headache. The images obtained with PEG were two dimensional only and provided tissue contrast of little use for quantification; however, they did provide initial in vivo evidence for ventricular enlargement in detoxifying alcoholics (see figure 2A) (Brewer and Perrett 1971). Computed Tomography. With the advent of computed tomography (CT), significant progress was made in indexing the severity of brain shrinkage in terms of enlargement of the ventricles and regional cortical sulci (see figure 2B and C). The expansion of the fluid­filled spaces of the brain was interpreted as a sign of local tissue shrinkage rather than as irreversible tissue loss (i.e., atrophy) (Ron et al. 1982). The distinction between permanent and transient brain tissue damage was made in light of the landmark longitudinal imaging study of Carlen and colleagues (1978), who reported at least partial reversal of ventricular and sulcal enlargement in alcoholics who had remained sober for about 1 month to 2 years compared with an initial CT taken a few weeks after detoxification. Although imperfect (see Hill and Mikhael 1979), this seminal longitudinal study was an impetus for developing quantitative methods for deriving regional volumes of CSF in alcoholics and for employing adequate control groups to adjust volume measurements for variation attributable to sex differences, normal aging, and measurement error (e.g., resulting from differences in head placement in the scanner). 

Later controlled studies generated objective evidence for an age–alcoholism interaction, in which older alcoholics had more enlarged ventricles than would be expected for their age (Jernigan et al. 1982; Pfefferbaum et al. 1986, 1988). MRI. A quantum leap for in vivo image resolution and differentiation of tissue type and quality came with MRI (for a review of methods and findings, see Rosenbloom and Pfefferbaum 2008).

알콜 중독 환자의 두뇌에 대한 최초의 생체 내 (in vivo) 연구는 pneumoencephalography (PEG)를 사용하여 수행되었습니다. 뇌의 이미지를 얻기 위해 심실 시스템에서 뇌척수액 (CSF)을 제거한 다음 공기로 대체하여 촬영하였는데, 이로 인해 심한 두통을 앓게되었습니다. PEG로 얻은 영상은 2 차원 적이었으며 정량화에는 거의 사용되지 않는 한계가 있었습니다. 그러나, 그들은 알코올 중독을 해독하는 데있어서 심실 확장에 대한 생체 내의 초기 증거를 제공했습니다(Brewer and Perrett, 1971). 전산화 단층 촬영. 전산화 단층 촬영 (CT)의 출현과 함께 심실 및 대뇌 피질의 확대 (그림 2B 및 C 참조)의 측면에서 뇌 수축의 심각성을 인덱싱하는 데 상당한 진전이있었습니다. 뇌의 채워진 공간의 팽창은 비가역적인 조직 손실 (즉, 위축)보다는 국부적 인 조직 수축의 징후로 해석되었습니다 (Ron et al., 1982). 영구 및 일과성 뇌 조직 손상의 차이는 약 1 개월에서 2 개월 동안 술에 취한 알코올 중독 환자에서 심실 및 구강 확대의 적어도 부분적 역전을보고 한 Carlen과 동료 (1978)의 획기적인 종축 이미징 연구에 비추어 이루어졌습니다. 해독 후 몇 주가 걸리는 초기 CT와 비교해 불완전함에도 불구하고,이 정서적 연구는 알콜 중독에서 CSF의 지역적 부피를 도출하고 성별 차이, 정상적인 노령화에 기인한 변량에 대한 요인 측정을 조정하기 위한 적절한 대조군을 사용하는 양적 방법을 개발하는 자극제가 되었습니다 (Wahl and Mikhael, 1979). 

이후의 연구는 연령과 알코올 중독간의 관계에 대한 객관적인 증거를 도출했는데, 그 내용은 고령의 알코홀 중독자일수록 그들의 연령대에 비해 더 큰 뇌실을 가지고 있다는 것이엇습니다.  

Some of the quantitative methods developed for CT also were applicable to MRI (see figure 2D), but additional ones needed to be developed to differentiate gray matter from white matter (Lim and Pfefferbaum 1989). Application of semiautomated segmentation methods to measure volumes of gray matter (which contains cell bodies of neurons) and white matter (which contain the fiber bundles and extension of neurons that connect brain regions) revealed profiles of regional differences between alcoholics and control subjects that were modulated by age. In particular, among adults, older, but not younger, alcoholics showed a disproportionate deficit in both gray matter and white matter cortical volume when the volumes were statistically adjusted for brain tissue declines associated with normal aging in adulthood (Pfefferbaum et al. 1997). This age– alcoholism interaction also was present in other brain structures, including the corpus callosum (Pfefferbaum et al. 1996), hippocampus (Sullivan et al. 1995), and cerebellum (Sullivan et al. 2000a). 

CT를 위해 개발 된 몇 가지 정량적 방법은 MRI에도 적용 가능하지만 (그림 2D 참조), 회색 물질을 백질과 차별화하기 위해 추가적으로 개발이 필요했습니다 (Lim 및 Pfefferbaum 1989). 회색질 물질 (뉴런의 세포 기관을 포함)과 백질 (뇌 영역을 연결하는 뉴런의 섬유 다발 및 확장을 포함)의 부피를 측정하기위한 반자동 세분화 방법의 적용은 알코올 중독 환자와 나이에 대한 관계 연구를 가능케했습니다. 특히 성인기의 나이가 많지은 알코올 중독 환자는 성인기의 정상적인 노화와 관련된 뇌 조직 감소에 대해 통계적으로 회색 물질과 백질 피질의 양 모두에서 불균형 적 결핍을 보였습니다 (Pfefferbaum 등, 1997). 이 노화 - 알코올 중독의 상호 작용은 뇌량 (Pfefferbaum 등 1996), 해마 (Sullivan et al., 1995) 및 소뇌 (Sullivan 등 2000a)를 포함한 다른 뇌 구조에도 존재했습니다.

Although it is likely that older alcoholics could have consumed more alcohol in their lifetimes than younger ones, differences in amount drunk over a lifetime was not the only reason for the age–alcohol interaction. In vivo neuroimaging using conventional MRI has provided convergent validity for the gross white matter structural abnormalities (i.e., dysmorphology) observed postmortem by showing evidence for white matter volume shrinkage with chronic heavy drinking (Estruch et al. 1997; Hommer et al. 1996, 2001; Pfefferbaum et al. 1992, 1996; Symonds et al. 1999). Although postmortem studies have been essential in identifying sources of microstructural abnormalities in alcoholism, the process of preparing brain samples for analysis (i.e., fixation) and postmortem collapse of fluid­filled spaces (e.g., ventricles, sulci, and blood vessels) alter brain morphology from the living state; thus, postmortem results do not necessarily reflect all of the alcohol­related effects on the living brain (Pfefferbaum et al. 2004) (see figure 3). Therefore, depiction of the gross anatomy of the living alcoholic brain was a critical initial step for verifying alcoholism­associated untoward effect on brain structure; however, the characterization of the microstructural integrity of the residual white matter volume in vivo required further innovations in neuroimaging.

나이 든 알코올 중독자가 젊은 사람들보다 자신의 평생 동안 더 많은 알코올을 섭취했을 가능성이 있지만, 일생동안 마시는 양의 차이만이 연령 - 알코올 상호 작용의 유일한 이유는 아닙니다. MRI를 이용한 생체 내 neuroimaging은 만성의 다량 음주로 백질의 체적 수축에 대한 증거를 보여줌으로써 사후에 관찰된 총체적인 백질 구조의 이상 (즉, 이형성)에 대한 수렴 타당성을 제공했습니다 (Estruch et al. 1997; Hommer et al. 1996, 2001 Pfefferbaum et al., 1992, Symonds et al., 1999). 사후 연구가 알코올 중독의 미세 구조 이상 원인을 밝혀 내는데 필수적이었지만, 분석 (예 : 고정) 및 유체 주입 공간 (예 : 심실, 설사 및 혈관)의 사후 붕괴를 위해 뇌 시료를 준비하는 과정은 뇌 형태를 살아있는 상태; 따라서 사후 결과는 반드시 살아있는 뇌에 대한 알코올 관련 영향을 모두 반영하지는 않습니다 (Pfefferbaum 외 2004). 그러므로 살아있는 뇌의 총체적인 해부학을 묘사하는 것은 알콜 중독을 확인하기 위한 중요한 초기 단계였습니다. 그러나, 생체 내 잔류 백질 체적의 미세 구조적 완전성을 특성화하기 위해서는 신경 영상화에있어 더 많은 혁신이 필요했습니다.