Effekter av acetylkolin og oppmerksomhet på visuelle romlige representasjoner i hjernen

Det langsiktige målet med dette prosjektet er å karakterisere hvordan oppmerksomhet og acetylkolin påvirker visuell persepsjon og hjernens representasjon av det visuelle miljøet. Acetylkolin er en naturlig forekommende nevrotransmitter, og frigjøring av acetylkolin er forhøyet i perioder med vedvarende oppmerksomhet. Både acetylkolin og oppmerksomhet forbedrer aspekter ved visuell persepsjon, men de underliggende hjernemekanismene er dårlig forstått. Det foreslåtte arbeidet vil ta opp disse spørsmålene hos friske mennesker ved å bruke funksjonell magnetisk resonansavbildning (fMRI) og MRS (magnetisk resonansspektroskopi) for å måle hjernens respons på visuelle stimuli. Våre tidligere studier har vist at økende nivåer av acetylkolin i hjernen forbedrer den romlige oppløsningen av hjernens representasjon av det visuelle miljøet. Den foreslåtte forskningen vil dokumentere nøyaktig hvilke hjerneområder som medierer denne effekten av acetylkolin og vil også karakterisere effekten av oppmerksomhet på disse målene for romlig oppløsning i hjernen.

Teknikken med fMRI (funksjonell magnetisk resonansavbildning) og MRS (magnetisk resonansspektroskopi), begge undertyper av MR, vil bli brukt for å måle hjerneaktivitet i forskjellige hjerneområder mens forsøkspersonene utfører en visuell oppmerksomhetsoppgave. Nivåer av acetylkolin i hjernebarken vil økes ved administrering av donepezil, en hemmer av acetylkolinesterase, enzymet som metaboliserer acetylkolin. Dessuten vil MRS-teknikken bli brukt for lokalt å kvantifisere nivåene av acetylkolin i forskjellige hjerneområder.

I tillegg til å gi informasjon om hvordan oppmerksomhet er representert i hjernen og hvordan den påvirker prosessering av visuelle stimuli, skal de foreliggende eksperimentene også belyse funksjonen til den kolinerge projeksjonen fra den basale forhjernen til hjernebarken. Siden denne projeksjonen antas å være selektivt svekket ved Alzheimers sykdom, kan kunnskap om dens funksjon i den friske hjernen være nyttig for å forstå etiologien til denne sykdommen og for utvikling av passende terapier.

ADFERDSFARMAKOLOGI:

Økter:

Forsøkspersonene vil utføre 6 atferdsøkter over flere dager utenfor skanneren, delt inn i to eksperimentelle deler. Det vil være 2 baseline økter uten donepezil/placebo og 4 testøkter med donepezil/placebo. Hver atferdsøkt (utenfor skanneren) vil vare 1-2 timer. Under testøkten vil forsøkspersonene få en pille med (2,5 eller 5 eller 10 mg) donepezil eller placebo per økt. Valget av pillen vil bli bestemt av å slå på en mynt. Medikamentdosen (2,5 eller 5 eller 10 mg) vil bli bestemt for å sikre at det er like mange deltakere per legemiddeldose. Pillen (medikament eller placebo) som ikke er valgt for den første eksperimentelle økten i et par, vil bli administrert under den andre eksperimentelle økten.

Oppgave:

En typisk kognitiv oppgave vil innebære presentasjon av bilder eller ord på en dataskjerm eller lyder gjennom hodetelefoner. Forsøkspersonene blir bedt om å svare på visse stimuli ved å trykke på en knapp. Alle stimuli presenteres på et behagelig nivå. Den kognitive oppgaven som utføres under atferden er et objektsporings-/måldeteksjonsparadigme der forsøkspersonene angir om et mål er presentert eller ikke i hver eksperimentelle forsøk. Målet, når det presenteres, er en visuell stimulans ved terskelen for deteksjon. I noen forsøk vil forsøkspersoner motta signaler som indikerer målplassering og/eller funksjoner som vil lette måldeteksjon. Forsøkspersoner vil bli bedt om å rapportere ved å trykke på en knapp på en svarboks. Forsøkspersonene vil få pauser hvert 5.-10. minutt eller oftere hvis de ønsker det.

MR OG FARMAKOLOGI:

Økter:

For eksperimenter som involverer MR, vil det være totalt 6 økter over flere dager, delt inn i to eksperimentelle deler. Det vil være to baseline MR-sesjoner uten donepezil/placebo og 4 testøkter (to donepezil, to placebo). Forsøkspersonene vil få en pille med (2,5 eller 5 eller 10 mg) donepezil eller placebo per økt. Valget av pillen vil bli bestemt av å slå på en mynt. Pillen som ikke er valgt for den første eksperimentelle delen vil bli administrert under den andre eksperimentelle delen.

For MR-eksperimenter vil eksperimentatoren eskortere forsøkspersonen til Brain Imaging Center i Li Ka Shing ca. 2,5 timer etter pilleadministrasjon, og fMRI-målinger vil begynne ca. 3 timer etter pilleadministrasjon. MR-øktene tar vanligvis 1-2,5 timer, og forsøkspersonen får hyppige pauser. Forsøkspersonen kan stoppe eksperimentet når som helst. Personer som gjennomgår MR-skanning vil bli bedt om å ligge på ryggen i MR-skanneren. Før den skannes vil en MR-bildespole laget av plast plasseres rundt motivets hode. Forsøkspersonen vil ikke komme i kontakt med spolen under forsøket. Skumputer vil bli plassert rundt forsøkspersonens hode for å begrense hodebevegelsen under studien.

Oppgave:

En typisk kognitiv oppgave vil innebære presentasjon av bilder eller ord på en dataskjerm eller lyder gjennom hodetelefoner. Forsøkspersonene blir bedt om å svare på visse stimuli ved å trykke på en knapp. Alle stimuli presenteres på et behagelig nivå. Den kognitive oppgaven som utføres under atferden er et objektsporings-/måldeteksjonsparadigme der forsøkspersonene angir om et mål er presentert eller ikke i hver eksperimentelle forsøk. Målet, når det presenteres, er en visuell stimulans ved terskelen for deteksjon. I noen forsøk vil forsøkspersoner motta signaler som indikerer målplassering og/eller funksjoner som vil lette måldeteksjon. Forsøkspersoner vil bli bedt om å rapportere ved å trykke på en knapp på en svarboks. Forsøkspersonene vil få pauser hvert 5.-10. minutt eller oftere hvis de ønsker det.