Effetti dell'acetilcolina e attenzione sulle rappresentazioni spaziali visive nel cervello

L'obiettivo a lungo termine di questo progetto è caratterizzare il modo in cui l'attenzione e l'acetilcolina influenzano la percezione visiva e la rappresentazione cerebrale dell'ambiente visivo. L'acetilcolina è un neurotrasmettitore presente in natura e il rilascio di acetilcolina è elevato durante i periodi di attenzione prolungata. Sia l'acetilcolina che l'attenzione migliorano gli aspetti della percezione visiva, ma i meccanismi cerebrali sottostanti sono poco conosciuti. Il lavoro proposto affronterà queste domande in soggetti umani sani utilizzando la risonanza magnetica funzionale (fMRI) e la MRS (spettroscopia di risonanza magnetica) per misurare le risposte del cervello agli stimoli visivi. I nostri studi precedenti hanno dimostrato che l'aumento dei livelli di acetilcolina nel cervello migliora la risoluzione spaziale della rappresentazione cerebrale dell'ambiente visivo. La ricerca proposta documenterà esattamente quali aree del cervello mediano questo effetto dell'acetilcolina e caratterizzerà anche gli effetti dell'attenzione su queste misure di risoluzione spaziale nel cervello.

La tecnica di fMRI (risonanza magnetica funzionale) e MRS (spettroscopia di risonanza magnetica), entrambi sottotipi di MRI, sarà impiegata per misurare l'attività cerebrale in diverse aree cerebrali mentre i soggetti stanno eseguendo un compito di attenzione visiva. I livelli di acetilcolina nella corteccia cerebrale saranno aumentati dalla somministrazione di donepezil, un inibitore dell'acetilcolinesterasi, l'enzima che metabolizza l'acetilcolina. Inoltre, la tecnica della MRS sarà impiegata per quantificare localmente i livelli di acetilcolina in diverse aree cerebrali.

Oltre a fornire informazioni su come l'attenzione è rappresentata nel cervello e su come influenza l'elaborazione degli stimoli visivi, i presenti esperimenti dovrebbero anche far luce sulla funzione della proiezione colinergica dal prosencefalo basale alla corteccia cerebrale. Poiché si ritiene che questa proiezione sia selettivamente compromessa nella malattia di Alzheimer, la conoscenza della sua funzione nel cervello sano può essere utile per comprendere l'eziologia di questa malattia e per lo sviluppo di terapie appropriate.

FARMACOLOGIA COMPORTAMENTALE:

Sessioni:

I soggetti eseguiranno 6 sessioni comportamentali per diversi giorni fuori dallo scanner, suddivise in due parti sperimentali. Ci saranno 2 sessioni di riferimento senza donepezil/placebo e 4 sessioni di test con donepezil/placebo. Ogni sessione comportamentale (fuori dallo scanner) durerà 1-2 ore. Durante la sessione di test, ai soggetti verrà somministrata una pillola di (2,5 o 5 o 10 mg) donepezil o placebo per sessione. La scelta della pillola sarà determinata dal lancio di una moneta. Il dosaggio del farmaco (2,5 o 5 o 10 mg) sarà determinato in modo da garantire che vi sia un numero uguale di partecipanti per dosaggio del farmaco. La pillola (farmaco o placebo) non selezionata per la prima sessione sperimentale in coppia sarà somministrata durante la seconda sessione sperimentale.

Compito:

Un tipico compito cognitivo comporterà la presentazione di immagini o parole sul monitor di un computer o suoni attraverso le cuffie. Ai soggetti viene chiesto di rispondere a determinati stimoli premendo un pulsante. Tutti gli stimoli sono presentati a un livello confortevole. Il compito cognitivo eseguito durante il comportamento è un paradigma di rilevamento di oggetti/bersagli in cui i soggetti indicano se un bersaglio è presentato o meno in ogni prova sperimentale. Il bersaglio, quando viene presentato, è uno stimolo visivo alla soglia della rilevabilità. In alcune prove, i soggetti riceveranno indicazioni che indicano la posizione del bersaglio e/o le caratteristiche che faciliteranno il rilevamento del bersaglio. Ai soggetti verrà chiesto di segnalare premendo un pulsante su una casella di risposta. I soggetti riceveranno pause ogni 5-10 minuti o più frequentemente se lo desiderano.

RM E FARMACOLOGIA:

Sessioni:

Per gli esperimenti che coinvolgono la risonanza magnetica, ci saranno un totale di 6 sessioni in diversi giorni, suddivise in due parti sperimentali. Ci saranno due sessioni di risonanza magnetica di base senza donepezil/placebo e 4 sessioni di test (due donepezil, due placebo). Ai soggetti verrà somministrata una pillola di (2,5 o 5 o 10 mg) donepezil o placebo per sessione. La scelta della pillola sarà determinata dal lancio di una moneta. La pillola non selezionata per la prima parte sperimentale verrà somministrata durante la seconda parte sperimentale.

Per gli esperimenti di risonanza magnetica, lo sperimentatore accompagnerà il soggetto al Brain Imaging Center di Li Ka Shing circa 2,5 ore dopo la somministrazione della pillola e le misurazioni fMRI inizieranno circa 3 ore dopo la somministrazione della pillola. Le sessioni di risonanza magnetica richiedono in genere 1-2,5 ore e al soggetto vengono concesse frequenti pause. Il soggetto può interrompere l'esperimento in qualsiasi momento. Ai soggetti sottoposti a scansione MRI verrà chiesto di sdraiarsi sulla schiena nello scanner MRI. Prima di essere scansionato, una bobina di imaging MRI in plastica verrà posizionata attorno alla testa del soggetto. Il soggetto non entrerà in contatto con la bobina durante l'esperimento. Cuscinetti di gommapiuma saranno posizionati intorno alla testa del soggetto per limitare il movimento della testa durante lo studio.

Compito:

Un tipico compito cognitivo comporterà la presentazione di immagini o parole sul monitor di un computer o suoni attraverso le cuffie. Ai soggetti viene chiesto di rispondere a determinati stimoli premendo un pulsante. Tutti gli stimoli sono presentati a un livello confortevole. Il compito cognitivo eseguito durante il comportamento è un paradigma di rilevamento di oggetti/bersagli in cui i soggetti indicano se un bersaglio è presentato o meno in ogni prova sperimentale. Il bersaglio, quando viene presentato, è uno stimolo visivo alla soglia della rilevabilità. In alcune prove, i soggetti riceveranno indicazioni che indicano la posizione del bersaglio e/o le caratteristiche che faciliteranno il rilevamento del bersaglio. Ai soggetti verrà chiesto di segnalare premendo un pulsante su una casella di risposta. I soggetti riceveranno pause ogni 5-10 minuti o più frequentemente se lo desiderano.