술이 뇌와 행동에 미치는 영향-9

Functional MRI. 기능적 뇌자기공명영상

Whereas MRI and DTI provide visual and quantitative information about brain structure, functional MRI (fMRI) can detect changes in blood oxygenation that occur when a subject performs cognitive or motor tasks while in the scanner (see figure 2F). In short, fMRI is a safe, noninvasive method that can detect the small but consistent changes in blood oxygenation when a specific brain region is activated (i.e., the blood oxygen level–dependent or BOLD response) (Adalsteinsson et al. 2002). It has enabled detection of how alcoholics and control subjects may differ in the brain systems that are recruited to perform a task. For example, fMRI studies performed in recovering alcoholics have revealed that in test situations in which alcoholics are adequately practiced to perform cognitive tasks on which they usually show impairment, the brain systems activated during task performance differ from those activated by control subjects. A theme emerging from these studies has been that alcoholics can show performance compensation at the price of cortical processing inefficiency. For instance, when engaging spatial working memory and attention, control subjects activate the dorsal neural stream and dorsolateral prefrontal cortex. By contrast, alcoholics activate the ventral neural stream and ventrolateral prefrontal cortex (Pfefferbaum et al. 2001).

MRI와 DTI가 뇌 구조에 대한 시각적 정보와 정량적 정보를 제공하는 반면, 기능적 MRI (fMRI)는 피실험자가 스캐너에서인지 또는 운동 과제를 수행할 때 발생하는 혈액 산소 공급의 변화를 감지 할 수 있습니다. 요약하면, fMRI는 특정 뇌 영역이 활성화되었을 때 (즉, 혈중 산소 농도 의존적 또는 맹검 반응) 작지만 일정한 혈액 산소 공급의 변화를 검출 할 수있는 안전하고 비 침습적인 방법입니다 (Adalsteinsson et al., 2002). 그것은 작업 수행을 위해 모집된 뇌 시스템에서 알코올 중독자와 통제 대상이 어떻게 다른지 감지 할 수있게 해줍니다. 예를 들어, 알코올 중독자를 회복시키기 위해 수행된 fMRI 연구는 알코올 중독자가 일반적으로 손상을 나타내는 인지 작업을 수행하기 위해 적절하게 실행되는 테스트 상황에서 작업 수행 중에 활성화된 뇌 시스템이 대조군에 의해 활성화 된 것과는 다르다는 것을 밝혀 냈습니다. 이 연구에서 나오는 주제는 알코올 중독자가 대뇌 피질의 대가로 성과 보상을 나타낼 수 있다는 것입니다. 예를 들어, 신경이 쓰이거나 기억이 필요한 작업을 할 때, 대조 대상자는 지느러미 신경 흐름과 외측 전전 두 피질을 활성화시킵니다. 대조적으로, 알콜 중독은 복부 신경 흐름과 ventrolateral prefrontal cortex를 활성화시킵니다 (Pfefferbaum et al., 2001).

In a verbal working memory setting, alcoholics recruit more widely spread areas of frontal and cerebellar brain regions than do control subjects to achieve normal levels of performance (Desmond et al. 2003). Finally, in a task requiring resolution of proactive interference (that is, interference resulting from previously encountered information), alcoholics activate a frontally based brain system associated with high­level executive function rather than the basal forebrain system that is activated in control subjects and which is adequate for completing this lowlevel function (De Rosa et al. 2004). Degradation of brain structure appears to underlie alcoholism­related alterations in the selection of cognitive strategies to execute a task, and the new neural pathways taken can be identified with fMRI. These analyses found that a change in processing strategy occurs, where alcoholics use inefficient neural systems to complete a task at hand because the preferred neural nodes or connecting fiber tracks are compromised. Such compensatory activation may be crucial for adequately completing a task but curtails available capacity to carry out multiple activities in parallel. Ultimately, structural abnormalities impose a fundamental change in the choice of cognitive operations possible for the alcoholic (see figure 5). In this way, alcohol­induced insult to the brain that limits higher­order cognitive capacity may sustain the propensity to engage in harmful drinking and enable the alcohol dependence syndrome.

구술 작업 메모리 설정에서 알코올 중독자는 정상적인 수준의 성과를 달성하기 위해 통제 대상보다 (desmond et al., 2003) 전두엽 및 소뇌 뇌 영역의보다 넓은 영역을 사용합니다. 마지막으로, 사전 간섭 (즉, 이전에 발생한 정보로 인한 간섭)을 해결해야하는 작업에서 알콜 중독자는 대조군에서 활성화되는 적합한 뇌 시스템보다 고위 수준의 실행 기능과 관련된 전두 기반의 뇌 시스템을 활성화합니다. 뇌 구조의 열화는 인지 기능의 선택에 있어 알콜 중독의 변화에 기초를두고 있으며, 새로운 신경 경로는 fMRI로 확인할 수 있습니다. 이 분석은 처리 전략의 변화가 발생하는 것으로 나타났습니다. 알콜 중독자가 선호하는 신경 노드 또는 연결 섬유 트랙이 손상 되었기 때문에 비효율적인 신경 시스템을 사용하여 작업을 완료했습니다. 이러한 보상적 활성화는 업무를 적절히 완료하는 데 중요할 수 있지만 여러 활동을 병행하여 수행 할 수 있는 가용 용량을 줄입니다. 궁극적으로, 구조적인 이상은 알코올 중독자가 할 수있는인지 기능의 선택에 근본적인 변화를 부과합니다. 이런 방식으로 뇌에 대한 알코올에 의한 간섭은 상위인지 능력을 제한하여 유해 음주에 관여하고 알코올 의존 증후군을 가능하게하는 성향을 유지할 수 있습니다.

These compensatory brain mechanisms identified with fMRI are consistent with earlier theories about processing inefficiency based on cognitive testing only (Nixon et al. 1995; Ryback 1971). Another theme of fMRI studies has been the identification of reward, emotional control, and oversight systems in recovering alcoholics; youth with low versus high risk for developing alcohol use disorders; or in craving paradigms. In discerning emotional information suggested by pictures focusing on facial features, high­risk youth displayed less brain activation compared with low­risk youth, suggesting a predisposition for attenuated ability to interpret facial emotion (Hill et al. 2007). Craving paradigms use alcohol beverage stimuli (e.g., a chilled glass of foaming beer) to examine differences between alcoholics and control subjects in brain activation in response to alcoholrelevant stimuli (Myrick et al. 2004; Tapert et al. 2003). These studies have resulted in the identification of alcohol reward brain systems (Makris et al. 2008) (see figure 6). Brain regions commonly invoked in rewarding conditions are the nucleus accumbens and ventral tegmental area. As a point of translation, these brain regions identified in humans also are implicated in animal models of alcohol dependence and craving (Koob 2009).

fMRI로 확인 된 이러한 보상 적 뇌 메커니즘은 알코올 중독자를 회복시키는 데있어 보상, 정서적 통제 및 감시 시스템을 확인하는 것이었습니다. 알코올 사용 장애를 일으킬 위험이 낮은 청소년은 뇌 활성화가 적어 얼굴 감정을 해석 할 수있는 능력이 약화 될 수 있음을 암시합니다 (Hill 외. 2007). 갈망 패러다임은 알코올 관련 자극 (예를 들어, 발포 맥주의 냉각 유리)을 사용하여 알코올 관련 자극에 대한 뇌 활성화에있어서 알코올 중독 환자와 대조 대상 간의 차이를 조사했습니다 (Myrick et al., 2004; Tapert et al., 2003). 이 연구들은 알코올 보상 뇌 시스템의 확인을 가져왔습니다.