Untersuchung der Funktion des Locus Coeruleus bei anhaltender Aufmerksamkeit (LC)

Aufmerksamkeitsstörungen wirken sich negativ auf die Zielverfolgung aus und haben in vielen Umgebungen erhebliche Auswirkungen auf die Leistung. Es wird angenommen, dass die Aufmerksamkeitskontrolle von Wahrnehmungs-, Motor- und kognitiven Funktionen teilweise durch die Funktion des Locus coeruleus-Noradrenalin-Systems (LC-NE) bestimmt wird. Der LC, ein kleiner Hirnstammkern, der die Hauptquelle für NE im Vorderhirn darstellt, hat Hypothesen über die menschliche Kognition begründet, einschließlich psychischer Störungen mit bekannten Veränderungen der Aufmerksamkeit und Kognition (z. B. Aufmerksamkeitsdefizit-/Hyperaktivitätsstörung (ADHS), Schizophrenie). Allerdings weisen Methoden zur Messung der menschlichen LC-Aktivität erhebliche Einschränkungen auf. Bestehende Methoden zur Untersuchung der LC-Funktion beim Menschen basieren auf Pupillometrie und fMRT.

Da der Pupillendurchmesser mit der LC-Aktivität korreliert, wurde er als Proxy für die LC-Aktivität verwendet. Der anatomische Weg, der die LC mit der Pupillenerweiterung verbindet, ist jedoch nicht geklärt, und der Pupillendurchmesser korreliert auch mit der Aktivität in anderen Gehirnbereichen. Daher ist es problematisch, allein aus der Pupillometrie auf die LC-Aktivität zu schließen. fMRT wurde auch verwendet, um die Aktivität des LC zu messen, aber die bisher verwendeten Bildgebungsmethoden beruhten auf Auflösungen, die im Verhältnis zur Größe und Form des LC grob waren. Bisherige fMRT-Ergebnisse waren daher für ereignisbezogene Analysen nicht ausreichend. Ziel der vorgeschlagenen Arbeit ist die Entwicklung und Validierung von Methoden zur Verwendung von fMRT zur Messung der LC-Aktivität, insbesondere ereignisbezogener Reaktionen, die die Prüfung einflussreicher Hypothesen zur LC-Funktion beim Menschen ermöglichen. Dieses Ziel ist für den R21-Mechanismus angemessen, der „exploratorische/Entwicklungsforschung durch Unterstützung für die frühen und konzeptionellen Phasen der Projektentwicklung fördern“ und innovative, risikoreiche und lohnende Forschung testen soll. Dieses Projekt verfolgt zwei spezifische Ziele, die beide mit Daueraufmerksamkeitsaufgaben getestet werden. Das erste Ziel nutzt hochauflösende fMRT, um die Anzahl der Messungen innerhalb der LC zu maximieren, kombiniert mit neuromelaninempfindlicher Bildgebung, um BOLD-Reaktionen auf LC zu lokalisieren. Die Forscher messen (a) die Aktivität vor dem Versuch (d. h. während der Intervalle zwischen den Versuchen; es wird angenommen, dass dieser Zeitraum die tonische LC-Aktivität widerspiegelt) und (b) die Reaktion auf den Versuch (d. h. die phasische LC-Aktivität), indem sie jeweils die Betagewichte schätzen Versuch. Das zweite Ziel nutzt die Verabreichung von Modafinil, um die LC-Aktivität zu modulieren und den Ort der BOLD-Reaktionen zu bestätigen, die während der Aufgaben zur anhaltenden Aufmerksamkeit auf den LC gemessen wurden. Die Forscher werden den Teilnehmern einer doppelblinden, placebokontrollierten Crossover-Studie Modafinil und Placebo verabreichen. Pupillometriedaten werden auch sowohl für die Modafinil- als auch für die Placebo-Bedingung gesammelt, und die Forscher werden die Pupillometriedaten verwenden, um eine Korrelation mit der LC BOLD-Reaktionsamplitude zu testen. Diese Kombination von Techniken wird zeigen, ob fMRT zur gezielten Messung der LC-Aktivität eingesetzt werden kann. Die Entwicklung dieser Tools erfüllt Ziel 1 (Strategie 1.3D) des Strategischen Plans 2020 des NIMH, indem sie die direkte Messung einer Gehirnstruktur ermöglicht, die für die Aufmerksamkeitskontrolle von zentraler Bedeutung ist.