Undersøgelse af Locus Coeruleus funktion i vedvarende opmærksomhed (LC)

Opmærksomhedsfejl har en negativ indvirkning på målforfølgelsen og har betydelige konsekvenser for ydeevnen i mange miljøer. Opmærksom kontrol af perceptuelle, motoriske og kognitive funktioner menes at være delvist bestemt af funktionen af ​​locus coeruleus-norepinephrin (LC-NE) systemet. LC, en lille hjernestammekerne, der er den primære kilde til NE i forhjernen, har motiverede hypoteser om menneskelig kognition, herunder psykiske lidelser med kendte ændringer i opmærksomhed og kognition (fx opmærksomhedsunderskud/hyperaktivitetsforstyrrelse (ADHD), skizofreni) endda selvom metoder til måling af human LC-aktivitet har betydelige begrænsninger. Eksisterende metoder til at studere LC-funktion hos mennesker er afhængige af pupillometri og fMRI.

Fordi pupildiameter korrelerer med LC-aktivitet, er den blevet brugt som en proxy for LC-aktivitet. Den anatomiske vej, der forbinder LC med pupiludvidelse, er imidlertid ikke blevet etableret, og pupildiameter korrelerer også med aktivitet i andre hjerneområder. Det er således problematisk at udlede LC-aktivitet fra pupillometri alene. fMRI er også blevet brugt til at måle aktivitet fra LC, men de billeddannelsesmetoder, der er brugt til dato, har været afhængige af opløsninger, der er grove i forhold til størrelsen og formen af ​​LC. Tidligere fMRI-resultater har derfor ikke været tilstrækkelige til hændelsesrelaterede analyser. Målet med det foreslåede arbejde er at udvikle og validere metoder til at bruge fMRI til at måle LC-aktivitet, specifikt hændelsesrelaterede responser, der vil muliggøre test af indflydelsesrige hypoteser om LC-funktion hos mennesker. Dette mål er passende for R21-mekanismen, som er beregnet til at "opmuntre sonderende/udviklingsforskning ved at yde støtte til de tidlige og konceptuelle stadier af projektudvikling" og at teste innovativ højrisikoforskning med høj belønning. Dette projekt har to specifikke mål, som begge testes med vedvarende opmærksomhedsopgaver. Det første mål bruger højopløsnings-fMRI til at maksimere antallet af målinger inden for LC kombineret med neuromelaninfølsom billeddannelse for at lokalisere BOLD-responser på LC. Efterforskerne vil måle (a) før-forsøgsaktivitet (dvs. under inter-forsøgsintervaller; denne periode menes at afspejle tonisk LC-aktivitet) og (b) forsøgsrespons (dvs. fasisk LC-aktivitet) ved at estimere beta-vægtene for hver forsøg. Det andet formål bruger modafinil-administration til at modulere LC-aktivitet og bekræfte placeringen af ​​BOLD-responser målt under de vedvarende opmærksomhedsopgaver til LC. Efterforskerne vil administrere modafinil og placebo til deltagere i et dobbeltblindt, placebo-kontrolleret crossover-studie. Pupillometridata vil også blive indsamlet for både modafinil- og placebotilstande, og efterforskerne vil bruge pupillometridataene til at teste for en korrelation med LC BOLD-responsamplitude. Denne kombination af teknikker vil vise, om fMRI kan bruges til at måle LC-aktivitet på en målrettet måde. Udvikling af disse værktøjer opfylder mål 1 (Strategi 1.3D) i 2020 Strategisk Plan for NIMH ved at tillade direkte måling af en hjernestruktur, der er central i opmærksomhedskontrol.