Auswirkungen von Acetylcholin und Aufmerksamkeit auf visuelle räumliche Repräsentationen im Gehirn

Das langfristige Ziel dieses Projekts ist es, zu charakterisieren, wie Aufmerksamkeit und Acetylcholin die visuelle Wahrnehmung und die Darstellung der visuellen Umgebung im Gehirn beeinflussen. Acetylcholin ist ein natürlich vorkommender Neurotransmitter, und die Freisetzung von Acetylcholin ist in Zeiten anhaltender Aufmerksamkeit erhöht. Sowohl Acetylcholin als auch Aufmerksamkeit verbessern Aspekte der visuellen Wahrnehmung, aber die zugrunde liegenden Gehirnmechanismen sind kaum verstanden. Die vorgeschlagene Arbeit wird diese Fragen bei gesunden menschlichen Probanden angehen, indem funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRI) und MRS (Magnetresonanzspektroskopie) verwendet werden, um die Reaktionen des Gehirns auf visuelle Reize zu messen. Unsere früheren Studien haben gezeigt, dass steigende Acetylcholinspiegel im Gehirn die räumliche Auflösung der Darstellung der visuellen Umgebung durch das Gehirn verbessern. Die vorgeschlagene Forschung wird genau dokumentieren, welche Gehirnbereiche diese Wirkung von Acetylcholin vermitteln, und wird auch die Auswirkungen der Aufmerksamkeit auf diese Maße der räumlichen Auflösung im Gehirn charakterisieren.

Die Technik der fMRI (funktionelle Magnetresonanztomographie) und MRS (Magnetresonanzspektroskopie), beides Subtypen der MRT, wird eingesetzt, um die Gehirnaktivität in verschiedenen Gehirnbereichen zu messen, während die Probanden eine visuelle Aufmerksamkeitsaufgabe ausführen. Die Acetylcholinspiegel in der Großhirnrinde werden durch die Verabreichung von Donepezil, einem Inhibitor der Acetylcholinesterase, dem Enzym, das Acetylcholin metabolisiert, erhöht. Darüber hinaus wird die MRS-Technik eingesetzt, um die Acetylcholinspiegel in verschiedenen Hirnarealen lokal zu quantifizieren.

Neben Informationen darüber, wie Aufmerksamkeit im Gehirn repräsentiert wird und wie sie die Verarbeitung visueller Reize beeinflusst, sollen die vorliegenden Experimente auch Aufschluss über die Funktion der cholinergen Projektion vom basalen Vorderhirn zur Großhirnrinde geben. Da angenommen wird, dass diese Projektion bei der Alzheimer-Krankheit selektiv beeinträchtigt ist, kann das Wissen über ihre Funktion im gesunden Gehirn nützlich sein, um die Ätiologie dieser Krankheit zu verstehen und geeignete Therapien zu entwickeln.

VERHALTENSPHARMAKOLOGIE:

Sitzungen:

Die Probanden führen über mehrere Tage außerhalb des Scanners 6 Verhaltenssitzungen durch, die in zwei experimentelle Teile aufgeteilt sind. Es werden 2 Baseline-Sitzungen ohne Donepezil/Placebo und 4 Testsitzungen mit Donepezil/Placebo durchgeführt. Jede Verhaltenssitzung (außerhalb des Scanners) dauert 1-2 Stunden. Während der Testsitzung erhalten die Probanden pro Sitzung eine Tablette (2,5 oder 5 oder 10 mg) Donepezil oder ein Placebo. Die Wahl der Pille wird durch einen Münzwurf bestimmt. Die Medikamentendosis (2,5 oder 5 oder 10 mg) wird so festgelegt, dass eine gleiche Anzahl von Teilnehmern pro Medikamentendosis gewährleistet ist. Die Pille (Medikament oder Placebo), die nicht für die erste experimentelle Sitzung in einem Paar ausgewählt wurde, wird während der zweiten experimentellen Sitzung verabreicht.

Aufgabe:

Eine typische kognitive Aufgabe beinhaltet die Präsentation von Bildern oder Wörtern auf einem Computermonitor oder von Tönen über Kopfhörer. Die Probanden werden aufgefordert, auf bestimmte Reize per Knopfdruck zu reagieren. Alle Reize werden auf einem angenehmen Niveau präsentiert. Die kognitive Aufgabe, die während des Verhaltens durchgeführt wird, ist ein Objektverfolgungs-/Zielerkennungsparadigma, bei dem die Probanden angeben, ob bei jedem experimentellen Versuch ein Ziel präsentiert wird oder nicht. Das Ziel, wenn es präsentiert wird, ist ein visueller Stimulus an der Schwelle der Erkennbarkeit. Bei einigen Studien erhalten die Probanden Hinweise, die den Zielort und/oder Merkmale angeben, die die Zielerkennung erleichtern. Die Probanden werden aufgefordert, sich zu melden, indem sie eine Schaltfläche in einem Antwortfeld drücken. Die Probanden erhalten alle 5-10 Minuten oder häufiger, wenn sie dies wünschen, Pausen.

MRT UND PHARMAKOLOGIE:

Sitzungen:

Für Experimente mit MRT gibt es insgesamt 6 Sitzungen über mehrere Tage, aufgeteilt in zwei experimentelle Teile. Es werden zwei Basis-MRT-Sitzungen ohne Donepezil/Placebo und 4 Testsitzungen (zwei Donepezil, zwei Placebo) durchgeführt. Die Probanden erhalten pro Sitzung eine Tablette (2,5 oder 5 oder 10 mg) Donepezil oder Placebo. Die Wahl der Pille wird durch einen Münzwurf bestimmt. Die für den ersten Versuchsteil nicht ausgewählte Pille wird im zweiten Versuchsteil verabreicht.

Für MRT-Experimente begleitet der Experimentator das Subjekt etwa 2,5 Stunden nach der Verabreichung der Pille zum Brain Imaging Center in Li Ka Shing, und die fMRI-Messungen beginnen etwa 3 Stunden nach der Verabreichung der Pille. Die MRT-Sitzungen dauern in der Regel 1-2,5 Stunden, und der Patient erhält häufig Pausen. Der Proband kann das Experiment jederzeit beenden. Personen, die sich einer MRT-Untersuchung unterziehen, werden gebeten, sich im MRT-Scanner auf den Rücken zu legen. Vor dem Scannen wird eine MRT-Bildgebungsspule aus Kunststoff um den Kopf des Probanden gelegt. Die Versuchsperson kommt während des Experiments nicht mit der Spule in Kontakt. Schaumstoffpolster werden um den Kopf des Probanden gelegt, um die Kopfbewegung während der Studie einzuschränken.

Aufgabe:

Eine typische kognitive Aufgabe beinhaltet die Präsentation von Bildern oder Wörtern auf einem Computermonitor oder von Tönen über Kopfhörer. Die Probanden werden aufgefordert, auf bestimmte Reize per Knopfdruck zu reagieren. Alle Reize werden auf einem angenehmen Niveau präsentiert. Die kognitive Aufgabe, die während des Verhaltens durchgeführt wird, ist ein Objektverfolgungs-/Zielerkennungsparadigma, bei dem die Probanden angeben, ob bei jedem experimentellen Versuch ein Ziel präsentiert wird oder nicht. Das Ziel, wenn es präsentiert wird, ist ein visueller Stimulus an der Schwelle der Erkennbarkeit. Bei einigen Studien erhalten die Probanden Hinweise, die den Zielort und/oder Merkmale angeben, die die Zielerkennung erleichtern. Die Probanden werden aufgefordert, sich zu melden, indem sie eine Schaltfläche in einem Antwortfeld drücken. Die Probanden erhalten alle 5-10 Minuten oder häufiger, wenn sie dies wünschen, Pausen.