Undersøkelse av Locus Coeruleus funksjon i vedvarende oppmerksomhet (LC)

Oppmerksomhetssvikt påvirker måloppnåelsen negativt og har betydelige konsekvenser for ytelsen i mange miljøer. Oppmerksom kontroll av perseptuelle, motoriske og kognitive funksjoner antas å være delvis bestemt av funksjonen til locus coeruleus-norepinephrin (LC-NE) systemet. LC, en liten hjernestammekjerne som er den primære kilden til NE i forhjernen, har motiverte hypoteser om menneskelig kognisjon, inkludert psykiske lidelser med kjente endringer i oppmerksomhet og kognisjon (f.eks. oppmerksomhetssvikt/hyperaktivitetsforstyrrelse (ADHD), schizofreni) til og med selv om metoder for å måle menneskelig LC-aktivitet har betydelige begrensninger. Eksisterende metoder for å studere LC-funksjon hos mennesker er avhengige av pupillometri og fMRI.

Fordi pupilldiameter korrelerer med LC-aktivitet, har den blitt brukt som en proxy for LC-aktivitet. Den anatomiske banen som knytter LC til pupillutvidelse er imidlertid ikke etablert, og pupilldiameter korrelerer også med aktivitet i andre hjerneområder. Dermed er det problematisk å utlede LC-aktivitet fra pupillometri alene. fMRI har også blitt brukt til å måle aktivitet fra LC, men avbildningsmetodene som er brukt til dags dato har basert seg på oppløsninger som er grove i forhold til størrelsen og formen på LC. Tidligere fMRI-resultater har derfor ikke vært tilstrekkelige for hendelsesrelaterte analyser. Målet med det foreslåtte arbeidet er å utvikle og validere metoder for bruk av fMRI for å måle LC-aktivitet, spesielt hendelsesrelaterte responser som vil tillate testing av innflytelsesrike hypoteser om LC-funksjon hos mennesker. Dette målet er passende for R21-mekanismen, som er ment å "oppmuntre utforskende/utviklingsforskning ved å gi støtte til de tidlige og konseptuelle stadiene av prosjektutvikling" og å teste nyskapende forskning med høy risiko og høy belønning. Dette prosjektet har to spesifikke mål, som begge er testet med vedvarende oppmerksomhetsoppgaver. Det første målet bruker høyoppløselig fMRI for å maksimere antall målinger innenfor LC kombinert med nevromelaninsensitiv avbildning for å lokalisere BOLD-responser på LC. Etterforskerne vil måle (a) aktivitet før forsøk (dvs. under inter-forsøksintervaller; denne perioden antas å reflektere tonisk LC-aktivitet) og (b) prøverespons (dvs. fasisk LC-aktivitet) ved å estimere beta-vektene for hver prøve. Det andre målet bruker modafinil-administrasjon for å modulere LC-aktivitet og bekrefte plasseringen av BOLD-responser målt under vedvarende oppmerksomhetsoppgaver til LC. Etterforskerne vil administrere modafinil og placebo til deltakere i en dobbeltblind, placebokontrollert crossover-studie. Pupillometridata vil også bli samlet inn for både modafinil- og placebotilstandene, og etterforskerne vil bruke pupillometridataene for å teste for en korrelasjon med LC BOLD-responsamplitude. Denne kombinasjonen av teknikker vil demonstrere om fMRI kan brukes til å måle LC-aktivitet på en målrettet måte. Å utvikle disse verktøyene oppfyller mål 1 (strategi 1.3D) i 2020-strategiplanen til NIMH ved å tillate direkte måling av en hjernestruktur som er sentral i oppmerksomhetskontroll.