Effecten van acetylcholine en aandacht voor visuele ruimtelijke representaties in de hersenen

Het langetermijndoel van dit project is om te karakteriseren hoe aandacht en acetylcholine de visuele perceptie en de representatie van de visuele omgeving door de hersenen beïnvloeden. Acetylcholine is een van nature voorkomende neurotransmitter en de afgifte van acetylcholine is verhoogd tijdens perioden van aanhoudende aandacht. Zowel acetylcholine als aandacht versterken aspecten van visuele perceptie, maar de onderliggende hersenmechanismen worden slecht begrepen. Het voorgestelde werk zal deze vragen bij gezonde menselijke proefpersonen behandelen door gebruik te maken van functionele magnetische resonantiebeeldvorming (fMRI) en MRS (magnetische resonantiespectroscopie) om de reacties van de hersenen op visuele prikkels te meten. Onze eerdere studies hebben aangetoond dat toenemende niveaus van acetylcholine in de hersenen de ruimtelijke resolutie van de weergave van de visuele omgeving door de hersenen verbeteren. Het voorgestelde onderzoek zal precies documenteren welke hersengebieden dit effect van acetylcholine mediëren en zal ook de effecten van aandacht op deze metingen van ruimtelijke resolutie in de hersenen karakteriseren.

De techniek van fMRI (functionele magnetische resonantie beeldvorming) en MRS (magnetische resonantie spectroscopie), beide subtypes van MRI, zullen worden gebruikt om hersenactiviteit in verschillende hersengebieden te meten terwijl proefpersonen een visuele aandachtstaak uitvoeren. De niveaus van acetylcholine in de hersenschors zullen worden verhoogd door toediening van donepezil, een remmer van acetylcholinesterase, het enzym dat acetylcholine metaboliseert. Bovendien zal de techniek van MRS worden gebruikt om de niveaus van acetylcholine in verschillende hersengebieden lokaal te kwantificeren.

Naast het verstrekken van informatie over hoe aandacht in de hersenen wordt gerepresenteerd en hoe dit de verwerking van visuele stimuli beïnvloedt, moeten de huidige experimenten ook licht werpen op de functie van de cholinerge projectie van de basale voorhersenen naar de hersenschors. Aangezien wordt aangenomen dat deze projectie selectief is aangetast bij de ziekte van Alzheimer, kan kennis over de functie ervan in de gezonde hersenen nuttig zijn voor het begrijpen van de etiologie van deze ziekte en voor het ontwikkelen van geschikte therapieën.

GEDRAGSFARMACOLOGIE:

Sessies:

De proefpersonen voeren zes gedragssessies uit gedurende meerdere dagen buiten de scanner, opgesplitst in twee experimentele delen. Er zijn 2 basislijnsessies zonder donepezil/placebo en 4 testsessies met donepezil/placebo. Elke gedragssessie (buiten de scanner) duurt 1-2 uur. Tijdens de testsessie krijgen proefpersonen één pil (2,5 of 5 of 10 mg) donepezil of placebo per sessie. De keuze van de pil wordt bepaald door het opgooien van een munt. De medicijndosering (2,5 of 5 of 10 mg) wordt zo bepaald dat er een gelijk aantal deelnemers per medicijndosering is. De pil (medicijn of placebo) die niet is geselecteerd voor de eerste experimentele sessie in een paar, wordt toegediend tijdens de tweede experimentele sessie.

Taak:

Een typische cognitieve taak omvat de presentatie van afbeeldingen of woorden op een computerscherm of geluiden via een koptelefoon. De proefpersonen wordt gevraagd om op bepaalde prikkels te reageren door op een knop te drukken. Alle prikkels worden gepresenteerd op een comfortabel niveau. De cognitieve taak die tijdens het gedrag wordt uitgevoerd, is een objectvolg-/doeldetectieparadigma waarin proefpersonen aangeven of een doelwit wordt gepresenteerd of niet bij elke experimentele proef. Het doelwit, wanneer het wordt gepresenteerd, is een visuele stimulus op de drempel van detecteerbaarheid. Bij sommige onderzoeken ontvangen proefpersonen aanwijzingen die de locatie en/of kenmerken van het doelwit aangeven die de detectie van het doelwit vergemakkelijken. Onderwerpen wordt gevraagd om te rapporteren door op een knop op een antwoordbox te drukken. De proefpersonen krijgen elke 5-10 minuten een pauze of vaker als ze dat willen.

MRI EN FARMACOLOGIE:

Sessies:

Voor experimenten met MRI zijn er in totaal 6 sessies verdeeld over meerdere dagen, opgesplitst in twee experimentele delen. Er zullen twee baseline MRI-sessies zijn zonder donepezil/placebo en vier testsessies (twee donepezil, twee placebo). De proefpersonen krijgen één pil (2,5 of 5 of 10 mg) donepezil of placebo per sessie. De keuze van de pil wordt bepaald door het opgooien van een munt. De pil die niet is geselecteerd voor het eerste experimentele deel, wordt toegediend tijdens het tweede experimentele deel.

Voor MRI-experimenten begeleidt de onderzoeker de proefpersoon ongeveer 2,5 uur na toediening van de pil naar het Brain Imaging Center in Li Ka Shing, en fMRI-metingen beginnen ongeveer 3 uur na toediening van de pil. De MRI-sessies duren doorgaans 1-2,5 uur en de proefpersoon krijgt regelmatig pauzes. De proefpersoon kan het experiment op elk moment stopzetten. Proefpersonen die een MRI-scan ondergaan, wordt gevraagd op hun rug in de MRI-scanner te gaan liggen. Alvorens te worden gescand, wordt een MRI-spoel van plastic rond het hoofd van de proefpersoon geplaatst. De proefpersoon komt tijdens het experiment niet in contact met de spoel. Er worden schuimkussentjes rond het hoofd van de proefpersoon geplaatst om hoofdbewegingen tijdens het onderzoek te beperken.

Taak:

Een typische cognitieve taak omvat de presentatie van afbeeldingen of woorden op een computerscherm of geluiden via een koptelefoon. De proefpersonen wordt gevraagd om op bepaalde prikkels te reageren door op een knop te drukken. Alle prikkels worden gepresenteerd op een comfortabel niveau. De cognitieve taak die tijdens het gedrag wordt uitgevoerd, is een objectvolg-/doeldetectieparadigma waarin proefpersonen aangeven of een doelwit wordt gepresenteerd of niet bij elke experimentele proef. Het doelwit, wanneer het wordt gepresenteerd, is een visuele stimulus op de drempel van detecteerbaarheid. Bij sommige onderzoeken ontvangen proefpersonen aanwijzingen die de locatie en/of kenmerken van het doelwit aangeven die de detectie van het doelwit vergemakkelijken. Onderwerpen wordt gevraagd om te rapporteren door op een knop op een antwoordbox te drukken. De proefpersonen krijgen elke 5-10 minuten een pauze of vaker als ze dat willen.