Locus Coeruleuksen toiminnan tutkiminen jatkuvassa huomioinnissa (LC)

Huomiohäiriöt vaikuttavat negatiivisesti tavoitteen saavuttamiseen ja niillä on merkittäviä seurauksia suoritukseen monissa ympäristöissä. Perceptuaalisten, motoristen ja kognitiivisten toimintojen tarkkaavaisuuden hallinnan uskotaan osittain määräytyvän locus coeruleus-norepinefriinijärjestelmän (LC-NE) toiminnan perusteella. LC, pieni aivorungon ydin, joka on NE:n ensisijainen lähde etuaivoissa, on motivoinut hypoteeseja ihmisen kognitiosta, mukaan lukien mielenterveyshäiriöt, joihin liittyy tunnettuja huomion ja kognition muutoksia (esim. tarkkaavaisuus-/hyperaktiivisuushäiriö (ADHD), skitsofrenia) vaikka ihmisen LC-aktiivisuuden mittausmenetelmillä on merkittäviä rajoituksia. Nykyiset menetelmät LC-toiminnan tutkimiseksi ihmisillä perustuvat pupillimetriaan ja fMRI:hen.

Koska pupillien halkaisija korreloi LC-aktiivisuuden kanssa, sitä on käytetty LC-aktiivisuuden välityspalvelimena. Anatomista polkua, joka yhdistää LC:n pupillien laajentumiseen, ei kuitenkaan ole varmistettu, ja pupillin halkaisija korreloi myös muiden aivoalueiden aktiivisuuden kanssa. Siten LC-aktiivisuuden päättäminen pelkästään pupillometriasta on ongelmallista. fMRI:tä on käytetty myös mittaamaan aktiivisuutta LC:stä, mutta tähän mennessä käytetyt kuvantamismenetelmät ovat luottaneet resoluutioihin, jotka ovat karkeita suhteessa LC:n kokoon ja muotoon. Aiemmat fMRI-tulokset eivät siksi ole riittäneet tapahtumiin liittyviin analyyseihin. Ehdotetun työn tavoitteena on kehittää ja validoida menetelmiä fMRI:n käyttämiseksi mittaamaan LC-aktiivisuutta, erityisesti tapahtumiin liittyviä vasteita, jotka mahdollistavat vaikuttavien hypoteesien testaamisen LC-toiminnasta ihmisillä. Tämä tavoite soveltuu R21-mekanismille, jonka tarkoituksena on "kannustaa tutkivaa/kehittäviä tutkimusta tarjoamalla tukea hankkeiden kehittämisen varhaisille ja käsitteellisille vaiheille" ja testata innovatiivista, riskialtista ja palkitsevaa tutkimusta. Tällä projektilla on kaksi erityistä tavoitetta, jotka molemmat testataan jatkuvan huomion tehtävillä. Ensimmäinen tavoite käyttää korkean resoluution fMRI:tä maksimoimaan mittausten lukumäärä LC:ssä yhdistettynä neuromelaniiniherkkään kuvantamiseen BOLD-vasteiden paikallistamiseksi LC:hen. Tutkijat mittaavat (a) esitutkinnan aktiivisuuden (eli kokeiden välisten aikavälien aikana; tämän ajanjakson uskotaan heijastavan tonic-LC-aktiivisuutta) ja (b) tutkimusvasteen (eli faasisen LC-aktiivisuuden) arvioimalla kunkin beta-painot. oikeudenkäyntiä. Toinen tavoite käyttää modafiniilin antamista moduloimaan LC-aktiivisuutta ja vahvistamaan BOLD-vasteiden sijaintia, jotka on mitattu jatkuvan huomion tehtävien aikana LC:hen. Tutkijat antavat modafiniilia ja lumelääkettä kaksoissokkoutetussa, lumekontrolloidussa crossover-tutkimuksessa. Pupillometriatietoja kerätään myös sekä modafiniili- että lumelääkeolosuhteista, ja tutkijat käyttävät pupillometriatietoja testatakseen korrelaatiota LC BOLD -vasteamplitudin kanssa. Tämä tekniikoiden yhdistelmä osoittaa, voidaanko fMRI:tä käyttää LC-aktiivisuuden mittaamiseen kohdistetulla tavalla. Näiden työkalujen kehittäminen täyttää NIMH:n vuoden 2020 strategisen suunnitelman tavoitteen 1 (strategia 1.3D), koska se mahdollistaa keskittymisen hallinnassa keskeisen aivorakenteen suoran mittaamisen.