Neuroimaging vir dwelmverslawing en verwante gedrag (2012)

Funksionele magnetiese resonansie beelding (fMRI)

Die skepping van 'n MR-beeld vereis dat die voorwerp binne 'n sterk magnetiese veld geplaas word. Magnetiese sterkte vir menslike MRI skandeerders wissel van 0.5 tot 9.4 T; Die sterkte van die meeste kliniese MRI-skandeerders is egter 1.5-3 T. Binne 'n magnetiese veld word die kernspins van sekere atome binne die voorwerp parallel of teen parallel aan die hoof magnetiese veld georiënteer magnetiese veld met 'n sekere frekwensie die Larmor frekwensie genoem. Magnetiese resonansie vind plaas wanneer 'n radiofrekwensie (RF) -puls, toegepas by die (weefsel-spesifieke) Larmor-frekwensie, die kernspinnetjies opwek, wat hulle van laer na hoër energietoestande verhoog. Dit word voorgestel deur 'n rotasie van die netto magnetisasie weg van sy ewewig. Sodra die magnetisasie geroteer is, word die RF-veld afgeskakel en die magnetisasie word weer vrylik oor die rigting van die oorspronklike hoofmagnetisasie. Hierdie tydafhanklike precessie veroorsaak 'n stroom in 'n ontvanger RF-spoel. Die gevolglike eksponensiële vervalstroom, wat die vrye induksieverval genoem word, vorm die MR sein. Gedurende hierdie tydperk keer magnetisering terug na sy oorspronklike ewewigstoestand (ook bekend as ontspanning), gekenmerk deur twee tydskonstantes T₁ en T₂ (Lauterbur, 1973). Hierdie tydskonstantes is afhanklik van fisiese en chemiese eienskappe wat uniek is vir weefseltipe en dus die primêre bron van weefselkontras in anatomiese beelde (Mansfield en Maudsley, 1977). Die stel₁ en T₂ verskille tussen verskillende weefseltipes (bv. grys materie, wit materie en serebrospinale vloeistof) lewer 'n hoë kontras MR beeld.

Dit was nie tot die 1990s dat MRI gebruik is om menslike breinfunksie nie-indringend vinnig, met volle breindekking, en met relatief hoë ruimtelike en temporale resolusie te kaarteer. Belliveau et al. (1990), met behulp van gadolinium as kontrasagent, was die eerste om die funksionele MRI (fMRI) bekend te stel. Dit is dan dadelik gevolg deur 'n reeks fMRI studies met die gebruik van die 'Bloedsuurstofafhanklike' (BOLD) sein (Ogawa et al., 1990a,b) as endogene kontrasmiddel vir indirekte mate van breinaktiwiteit (Bandettini et al., 1992; Kwong et al., 1992; Ogawa et al., 1992). Onlangs, werk deur Logothetis et al. (2001) het 'n oorsaaklike verband tussen die BOLD sein en neuronale plaaslike potensiaal ondersoek (sien Logothetis, 2003; Logothetis en Wandell, 2004 vir resensies).

fMRI is moontlik die mees gebruikte funksionele neuroimaging tegniek as gevolg van sy nie-indringende aard (in teenstelling met PET en SPECT, word dit nie blootgestel aan deelnemers aan radioaktiwiteit nie) en 'n baie hoë ruimtelike resolusie (~ 1 mm). Die beperkings van hierdie tegniek sluit in die hoë vatbaarheid van die BOLD-reaksie op verskeie nie-neurale en beeldende artefakte, veral as gevolg van die lae sein-ruisverhouding en lae temporale resolusie (~ 1-2 s) in vergelyking met ander tegnieke, soos EEG (hoewel baie hoër as dié van PET). Meer onlangs het die gebruik van fMRI in rus navorsers in staat gestel om rustende funksionele konneksiwiteit van die menslike brein te ondersoek (Rosazza en Minati, 2011). Maatreëls van rustende funksionele konnektiwiteit het getoon dat dit reproduceerbaar en konsekwent kan wees oor laboratoriums (Tomasi en Volkow, 2010) en om sensitief te wees vir siektes van die brein, insluitende dwelmverslawing (Gu et al., 2010).

drang

Die farmakologiese effekte van 'n geneesmiddel word gemoduleer deur nie-farmakologiese kontekstuele faktore (bv. Plekke, mense of toebehore wat verband hou met dwelminname). Aangesien hierdie faktore konsekwent gekoppel is aan die farmakologiese effekte van die geneesmiddel, word hulle geïntegreer in die intense ervaring wat met dwelmgebruik geassosieer word, en word 'motiverende magnete' of 'geneesmiddelwyses' deur Pavlovian-kondisioneringBerridge, 2007; Berridge et al., 2008). Hierdie kondisionering vorm 'n individu se verwagtinge van die effekte van 'n dwelm en op sy beurt verander die neurale en gedragsreaksies van die geneesmiddel. By byvoorbeeld dwelmverslaafde individue word aandag en ander kognitiewe en motiverende prosesse vooroordeel teenoor die geneesmiddel en weg van nie-geneesmiddelstimulasies wat uitloop op 'n dringende begeerte om die geneesmiddel in vatbare individue te verteer (bv. Johanson et al., 2006).

In laboratoriuminstellings word gewoonlik 'n drangstaat bereik deur deelnemers bloot te stel aan beelde wat dwelmverwante stimuli uitbeeld. Deur hierdie tegniek met kokaïengebruikers te gebruik, het PET [¹¹C] raclopride studies het aan die lig gebring dat kokaïenkoekvideo's 'n beduidende vrystelling van DA in die dorsale striatum kan oplewer en hierdie toename is positief geassosieer met selfversorgde dwelmmisbruik veral by ernstig verslaafde individue (Volkow et al., 2006, 2008). Nog 'n PET-studie het getoon dat chroniese kokaïenmisbruikers 'n mate van kognitiewe beheer behou wanneer hulle opdrag gee om cue-induced craving te inhibeer soos gekwantifiseer deur laer metabolisme met kognitiewe inhibisie in die regte OFC en die NAcc (Volkow et al., 2010). Hierdie resultate is gevolglik aangesien daar 'n beduidende assosiasie tussen DA D bestaan₂ reseptor binding in die ventrale striatum en die motivering vir dwelm self-administrasie, soos gemeet aan [¹¹C] raklopride (Martinez et al., 2005) en [¹⁸F] desmetoksyfallypride (Heinz et al., 2004).

Studies wat CBF, glukose metabolisme of BOLD meet, het ook getoon dat dwelm-geïnduceerde drang by dwelmverslaafde individue geassosieer word met aktiverings in die perienuele en ventrale ACC (Maas et al., 1998; Childress et al., 1999; Kilts et al., 2001; Wexler et al., 2001; Brody et al., 2002, 2004; Daglish et al., 2003; Tapert et al., 2003, 2004; Grusser et al., 2004; Myrick et al., 2004; McClernon et al., 2005; Wilson et al., 2005; Goldstein et al., 2007b), mediale PFCGrusser et al., 2004; Heinz et al., 2004; Tapert et al., 2004; Wilson et al., 2005; Goldstein et al., 2007b), OFC (Grant et al., 1996; Maas et al., 1998; Verkoop et al., 2000; Bonson et al., 2002; Brody et al., 2002; Wrase et al., 2002; Daglish et al., 2003; Tapert et al., 2003, 2004; Myrick et al., 2004) insula (Wang et al., 1999; Verkoop et al., 2000; Kilts et al., 2001; Brody et al., 2002; Daglish et al., 2003; Tapert et al., 2004), ventrale tegmentale area en ander mesencefaliese kerne (Verkoop et al., 1999; Due et al., 2002; Smolka et al., 2006; Goldstein et al., 2009c). Breinstreke wat betrokke is by geheueverwerking en -herwinning word ook geaktiveer tydens drang, insluitend die amygdala (Grant et al., 1996; Childress et al., 1999; Kilts et al., 2001; Schneider et al., 2001; Bonson et al., 2002; Due et al., 2002), hippokampus en breinstam (Daglish et al., 2003). Van die nota is bewys dat hierdie effekte waargeneem word, selfs wanneer die effekte van farmakologiese onttrekking beheer word (Franklin et al., 2007).

Oor die algemeen beweer bevindings van drangstudies in dwelmmisbruikers verhoogde mesokortikale (insluitend die OFC en ACC) aktivering by die verwerking van geneesmiddelwyses en dat dwelmverwagting 'n belangrike rol in hierdie proses speel. Sulke getuienis verklaar gedeeltelik die probleem vir dwelmmisbruikers om te fokus op ander nie-dwelmverwante leidrade. Interessant genoeg, by vroue, maar nie by manlike kokaïenmisbruikers, het 'n PET-studie 'n afname in metabolisme in prefrontale streke gehad wat betrokke was by selfbeheersing na blootstelling aan kokaïenwyses wat hulle kwesbaarder as mans kan laat terugval as hulle aan die geneesmiddel blootgestel word nieVolkow et al., 2011). Hierdie bevinding is in ooreenstemming met prekliniese studies wat daarop dui dat oestrogeen die risiko vir dwelmmisbruik by vroue kan verhoog (Anker en Carroll, 2011).

EEG is ook gebruik om die reaktiwiteit van dwelmverwante stimuli oor verskillende dwelmmiddels te ondersoek. Byvoorbeeld, verhoogde kortikale aktivering is aangemeld in reaksie op dwelmvat blootstelling in alkohol afhanklike pasiënte (gekwantifiseer deur EEG dimensionele kompleksiteit) (Kim et al., 2003), en by kokaïenverslaafde individue (gekwantifiseer deur hoë beta en lae alfa spektrale krag) (Liu et al., 1998). Nog 'n studie van kokaïenverslaafde individue het 'n toename in beta-spektrale krag vertoon, asook 'n afname in delta-krag, terwyl die hantering van kokaïen-toebehore en die lees van 'n crack-kokaïen-video (Reid et al., 2003). Hierdie patroon is ook waargeneem wanneer hierdie individue vergelyk word met gesonde beheermaatreëls tydens rus (Noldy et al., 1994; Herning et al., 1997) en hierdie toename in beta is geassosieer met die hoeveelheid kokaïengebruik wat voorheen gebruik is (Herning et al., 1997). By nikotienverslawing is 'n toename in die teta- en beta-spektrale krag waargeneem in reaksie op sigaretverwante leidrade (Knott et al., 2008). Hoër kortikale aktivering in reaksie op geneesmiddelwyses is ook in ERP-studies gerapporteer. Byvoorbeeld, verhoogde amplitude van P300 en ander P300-agtige potensiale is aangemeld in reaksie op geneesmiddelwyses in alkohol- (Herrmann et al., 2000) en nikotien- (Warren en McDonough, 1999) verslaafde individue. Verhoogde LPP amplitudes is ook aangemeld in reaksie op dwelmverwante prente in vergelyking met neutrale prente in alkohol- (Herrmann et al., 2001; Namkoong et al., 2004; Heinze et al., 2007), kokaïen- (Franken et al., 2004; Van die Laar et al., 2004; Dunning et al., 2011), en heroïen- (Franken et al., 2003) verslaafde individue.

In breë trekke dui hierdie data aan dat dwelmverwante stimuli verband hou met aansienlik hoër neurale aktiverings, wat dui op 'n toename in aansporingsvermoë en opwekking wanneer dwelmverwante stimuli voorkom of verwag word deur dwelmverslaafde individue. Hierdie resultate bevestig teorieë wat verslawing as 'n verandering in die brein se motivering en beloningstelsels (Volkow en Fowler, 2000; Robinson en Berridge, 2001; Goldstein en Volkow, 2002), waar verwerking bevooroordeeld is teenoor dwelms en gekondisioneerde leidrade en weg van ander versterkers wat geassosieer word met drang (Franken, 2003; Mogg et al., 2003; Waters et al., 2003).

Verlies van inhibitiewe beheer en bingeing

Inhibitiewe beheer is 'n neuropsigologiese konstruksie wat verwys na die vermoë om die inhibisie van skadelike en / of onvanpaste emosie, kognisie of gedrag te beheer. Kritiek word die ontwrigting van selfbeheerde gedrag waarskynlik vererger tydens dwelmgebruik en dronkenskap, soos gemoduleer deur 'n kompromie in 'n noodsaaklike funksie van die PFC: die inhibitiewe effek op die subkortiese striatale streke (insluitende NAcc)Goldstein en Volkow, 2002). Hierdie verswakking in top-down beheer ('n kern PFC funksie) sal gedrag vrystel wat normaalweg onder streng monitering gehou word, wat stresagtige reaksies simuleer waarin beheer opgeskort word en stimulusgedrewe gedrag gefasiliteer word. Hierdie opskorting van kognitiewe beheer dra by tot bingeing; 'n Diskrete tydsperiode waartydens 'n individu betrokke raak by die herhaalde en onverbeterde verbruik van die stof, dikwels ten koste van die gedrag wat benodig word vir oorlewing, insluitend eet, slaap, en handhawing van fisiese veiligheid. Hierdie tydperke stop gewoonlik wanneer die individu swaar uitgeput is en / of nie meer van die medisyne kan verkry nie.

Neuroimaging studies dui op die betrokkenheid van thalamo-OFC stroombaan en die ACC as neurale substrate onderliggende bingeing gedrag. Daar is spesifiek gerapporteer dat verslaafde individue beduidende verlagings in D het₂ reseptor beskikbaarheid in die striatum (sien Volkow et al., 2009 vir 'n oorsig), wat op sy beurt verband hou met verminderde metabolisme in die PFC (veral OFC, ACC en dorsolaterale PFC), en dat hierdie gestremdhede nie ten volle toegeskryf kan word aan gestremde gedragsresponse en motivering nie (Goldstein et al., 2009a). Aangesien hierdie PFC-streke betrokke is by toeskryfbaarheid, inhibitiewe beheer, emosieregulering en besluitneming, word gepostuleer dat DA-disregulasie in hierdie streke die motiveringswaarde van die dwelmmisbruik kan verbeter en kan lei tot verlies aan beheer oor dwelminname (Volkow et al., 1996a; Volkow en Fowler, 2000; Goldstein en Volkow, 2002).

Inderdaad, daar is bewyse wat toon dat hierdie gebiede, veral die OFC, krities is in ander siektes van selfbeheersing wat kompulsiewe gedrag insluit, soos obsessiewe-kompulsiewe versteuring (obsessiewe-kompulsiewe versteuring)Zald en Kim, 1996; Menzies et al., 2007; Chamberlain et al., 2008; Yoo et al., 2008; Rotge et al., 2009).

Alhoewel dit moeilik is om selfbeheersing van kompulsiewe dwelms by mense te toets, het slim laboratoriumontwerpe sommige van die praktiese beperkinge wat ondervind word by die bestudering van bingeing in die mens oorkom. Byvoorbeeld, in 'n onlangse fMRI-studie is nie-behandeling-soekende kokaïen-afhanklike individue toegelaat om te kies wanneer en hoe dikwels hulle binne-ineenkomstig kokaïen self-administreer binne 'n toesig oor 1-h-sessie. Herhaalde self-geïnduseerde hoë was negatief gekorreleer met aktiwiteit in limbiese, paralimbiese en mesokortiese streke, insluitend die OFC en ACC. Verlange, daarenteen, is positief gekorreleer met aktiwiteit in hierdie streke (Risinger et al., 2005) (sien ook Foltin et al., 2003). Simulering van kompulsiewe dwelm-selfadministrasie teenoor ander kompulsiewe gedrag (soos dobbelary wanneer dit duidelik nie meer voordelig is nie) kan waardevolle insig bied in die kringe wat die verlies aan beheer in verslawende siektes onderlê. Interessant genoeg, het mondelinge MPH aansienlik afgeneem impulsiwiteit en verbeter die onderliggende ACC response in kokaïenverslaafde individue (Goldstein et al., 2010).

Nog 'n verwante konstruksie is die gekompromitteerde selfbewussyn in dwelmverslaafde individue. Disfunksionele selfbewustheid en insig kenmerk verskillende neuropsigiatriese versteurings, wat klassieke neurologiese beledigings uitoefen (bv. Veroorsaak visuele verwaarlosing of anosognosie vir hemiplegie) tot klassieke psigiatriese versteurings (bv. Skisofrenie, manie en ander gemoedsversteurings), soos onlangs hersien (Orfei et al., 2008). As 'n kognitiewe versteuring (Goldstein en Volkow, 2002), dwelmverslawing deel ook soortgelyke abnormaliteite in selfbewussyn en gedragsbeheer wat aan 'n onderliggende neurale disfunksie toegeskryf kan word. Byvoorbeeld, studies in alkoholmisbruik het aangemeld dat alkohol die individu se vlak van selfbewussyn verminder deur hoë-orde kognitiewe prosesse wat verband hou met (bywoning, kodering of sensitiwiteit vir) self-relevante inligting, 'n voldoende voorwaarde om verdere alkoholgebruik te onderhou en te onderhou (sien Hull and Young, 1983; Hull et al., 1986 vir resensies). Daarbenewens het 'n onlangse studie getoon dat kokaïenverslaafde individue 'n verbreking tussen taakverwante gedragsreaksies (akkuraatheid en reaksietyd) en die selfversorgde taakbetrokkenheid manifesteer, wat die ontwrigting van hul vermoë om innerlike motiveringsdrywe te waarneem, uitlig (Goldstein et al., 2007a).

Spesifiek, abnormaliteite in die insula- en mediale PFC-streke (insluitende ACC en mediale OFC), en in subkortiese streke (insluitende die striatum), is geassosieer met insig en gedragsbeheer en met verwante funksies (gewoontevorming en waardasie) (Bechara, 2005). Hierdie oorwegings brei die konseptualisering van verslawing verder as sy assosiasie met die beloningskring, neurokognitiewe gestremdhede in reaksie-inhibisie en toegewyde toewysing uitGoldstein en Volkow, 2002; Bechara, 2005) en neuro aanpassings in geheue stroombane (Volkow et al., 2003), om gekompromitteerde selfbewustheid en insig in siekte in te sluit (sien Goldstein et al., 2009b vir 'n oorsig).

Studies wat EEG gebruik, het betroubaar gerapporteer laespanning-beta frekwensies (Kiloh et al., 1981; Niedermeyer en Lopes da Silva, 1982) in alkoholiste. Hierdie beta-aktiwiteit, wat moontlik hyperarousale weerspieël (Saletu-Zyhlarz et al., 2004) het getoon dat dit ooreenstem met die hoeveelheid en frekwensie van alkoholinname wat betroubaar differensieer tussen 'lae' en 'gematigde' alkoholgebruikers (bepaal deur die patroon van alkoholgebruik), asook die familiale geskiedenis van alkoholisme (Ehlers et al., 1989; Ehlers en Schuckit, 1990). Gelyktydige toename in delta is aangemeld by hoë-binge drinkers in vergelyking met nie-en lae-binge jong volwasse alkohol drinkers (Polich en Courtney, 2010), en met gepaardgaande toename in teta en alfa frekwensies 25 min na-binge-like kokaïen dosering (Reid et al., 2006).

Inhibitiewe beheer is wyd bestudeer deur N200- en P300 ERP-komponente in go / no-go take te kwantifiseer. Hierdie komponente het gedink om suksesvolle gedragsonderdrukking en kognitiewe beheer te meet (Dong et al., 2009) en genereer van ACC en geassosieerde streke, word verhoog wanneer 'n antwoord teruggehou word (nie-gaan-verhoor) binne 'n reeks positiewe reaksies (gaan proewe) (Falkenstein et al., 1999; Bokura et al., 2001; Van Veen en Carter, 2002; Bekker et al., 2005). Stompte N200 amplitudes is aangemeld by individue met alkohol (Easdon et al., 2005), kokaïen (Sokhadze et al., 2008), heroïen (Yang et al., 2009), nikotien (Luijten et al., 2011), en selfs internet (Cheng et al., 2010; Dong et al., 2010) verslawing. Binge drinkers het egter groter N200 en kleiner P300 vertoon in vergelyking met kontrole, in 'n volgehoue ​​aandagpatroon-ooreenstemmende taak (Crego et al., 2009) en gesigherkenningstaak (Ehlers et al., 2007), wat eintlik konsekwent kan wees met emosionele verwerkingsverswakking (motivering, versadiging) meer as met verlies van beheer.

Dieremodelle van verslawing het belangrike leidrade verskaf oor die neurobiologie onderliggende bingeing gedrag (Deroche-Gamonet et al., 2004; Vanderschuren en Everitt, 2004) toon dat hierdie gedrag DA, serotonergiese en glutamatergiese stroombane behels (Loh en Roberts, 1990; Cornish et al., 1999). Die nut van diere studies berus egter op die mate waartoe hierdie gedrag oorvleuel met remmende selfbeheersing by mense. In die besonder, dit is moeilik om vas te stel of die mate waarin sulke gedrag relevant kan wees vir die vermeende kognitiewe tekorte wat ondergeskikte inhibitiewe beheer in die mens kan ondervind. Neuroimaging studies omseil hierdie beperking deur die neurale substrates onderliggend aan hierdie kognitiewe tekorte te ondersoek en deur 'n verband te gee aan die ooreenstemmende gedrags manifestasies.

Hierdie werk is ondersteun deur toekennings van die Nasionale Instituut vir Dwelmmisbruik [1R01DA023579 tot RZG] en die Algemene Kliniese Navorsingsentrum [5-MO1-RR-10710].