Simultane Überwachung der hämodynamischen Reaktion im präfrontalen Cortex und Genitalorgan bei sexueller Erregung mittels Nahinfrarotspektroskopie (2018)

Kommentare: Neinsager von Pornosucht behaupten, dass das Betrachten der Natur neurologisch nicht anders ist als das Betrachten von Pornos. Natürlich ist diese Behauptung Unsinn - wie diese Studie zeigt.

Evgenii Kim, MSc, Sungchul Kim, MSc, Phillips V. Zephaniah, MSc, Songhyun LeePhD, Eloise Anguluan, MSc, Kwangsung Park, MD, PhD, Jae Gwan Kim, PhD

DOI: https://doi.org/10.1016/j.esxm.2018.05.001

Abstrakt

Hintergrund

Die Überwachung der Gehirnaktivität zusammen mit der Reaktion des Genitalorgans auf die sexuelle Stimulation kann eine wichtige Rolle beim Verständnis der darunter liegenden Mechanismen der sexuellen Erregung sowie bei der Diagnose der erektilen Dysfunktion spielen. Mehrere Studien haben die Aktivität des Gehirns beobachtet, die den sexuellen Reizen entspricht, aber nur wenige Studien haben eine gleichzeitige Messung der Gehirnaktivierung und der Penisreaktion gezeigt.

Ziel

Einführung der Nahinfrarotspektroskopie (NIRS) als tragbare, einfach zu implementierende und kostengünstige Technik zur gleichzeitigen Erfassung der Gehirnaktivität und der Hämodynamik im Genitalorgan während der sexuellen Erregung.

Methoden

Hämodynamische Messungen von 15 gesunden Männern wurden unter Verwendung eines selbstgebauten NIRS-Systems erhalten. Im ersten Experiment wurde die Hämodynamik im präfrontalen Kortex (N = 10) während der visuellen sexuellen Stimulation (VSS) und der neutralen visuellen Stimulation (NVS) gemessen, um die Gehirnaktivität im Zusammenhang mit sexueller Erregung zu identifizieren. Im nachfolgenden Experiment wurde die Hämodynamik von Gehirn und Penis gleichzeitig unter Verwendung von NIRS während VSS und NVS gemessen (N = 5).

Die Ergebnisse

Der präfrontale Kortex zeigte Aktivität im Zusammenhang mit VSS, jedoch nicht mit NVS. Gleichzeitige Messungen zeigten einen entsprechenden Anstieg der Konzentration von sauerstoffangereichertem und desoxygeniertem Hämoglobin im Penis, was auf einen Anstieg des Blutvolumens bei sexueller Erregung bei gesunden Männern hinweist. Bei den hämodynamischen Veränderungen zwischen Gehirn und Genitalorgan wurde eine durchschnittliche Antwortverzögerung von 4 Sekunden beobachtet.

Fazit

In dieser vorläufigen Studie haben wir ein NIRS-System vorgestellt, das nicht nur hämodynamische Veränderungen im Gehirn, die auf sexuelle Erregung zurückzuführen sind, sondern auch die gleichzeitige Messung der Penishämodynamik erfassen kann. Wir glauben, dass das NIRS-System eine potenzielle Technik zur Ergänzung der sexuellen Medizin sein kann und zur Diagnose der erektilen Dysfunktion weiter ausgebaut werden kann.

Kim E., Kim S., Zephaniah P. et al. Gleichzeitige Überwachung der hämodynamischen Reaktion im präfrontalen Kortex und im Genitalorgan während der sexuellen Erregung mittels Nahinfrarotspektroskopie. Sex Med 2018; XX: XXX - XXX.

Schlüsselwörter:

Nahinfrarotspektroskopie, Hämodynamik, Präfrontaler Kortex, Visuelle sexuelle Stimulation, Erektionsstörungen

Einleitung

Die Unfähigkeit, eine für den Geschlechtsverkehr ausreichende Erektion zu erreichen, die als erektile Dysfunktion (ED) bekannt ist, hat einen erheblichen negativen Einfluss auf die Lebensqualität. Eine Reihe von psychischen Störungen kann zu ED beitragen, z. B. Stress, Depressionen und Leistungsangst. Ebenso kann es eine der frühesten Manifestationen einer darunter liegenden schweren körperlichen Erkrankung sein, einschließlich Diabetes, Multiple Sklerose oder Herz-Kreislauf-Erkrankungen. Daher ist die Unterscheidung zwischen psychologischer und organischer Herkunft von ED eine kritische Aufgabe für den Kliniker.

Die normale sexuelle Erregung beinhaltet eine Reihe von physiologischen Reaktionen, unter denen die Erektion des Penis die endgültige Reaktion im männlichen Körper ist. Es wurde auch gezeigt, dass während der sexuellen Erregung eine neuronale Reaktion vorliegt, die auf eine psychologische Rolle im Erregungsprozess hindeuten könnte. Da der psychologische Aspekt durch Messungen der Gehirnaktivität nachgewiesen werden kann, haben zahlreiche Studien versucht, die Gehirnfunktion während der sexuellen Erregung zu verstehen. Die Ergebnisse dieser Studien verbinden die sexuelle Erregung mit vielen tiefen Gehirn- und Kortikalisstrukturen bei normalen gesunden Männern1, 2, 3 was darauf hindeutet, dass sexuelle Erregung tatsächlich ein komplexer neuronaler Prozess ist. In den meisten Studien wurden Positronen-Emissions-Tomographie (PET) oder funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRI) verwendet, um die Gehirnreaktion zu beobachten, zusammen mit Plethysmographie, Luftmanschette oder das im Handel erhältliche Gerät RigiScan (Timm Medical Technologies Inc., Eden Prairie, MN) zur Überwachung der Penis-Tumeszenz und Starrheit. Obwohl PET und fMRI etablierte Technologien zur Überwachung der Gehirnaktivität während der sexuellen Erregung sind, können sie technisch anspruchsvoll und teuer sein. Darüber hinaus müssen diese Modalitäten in einer klinischen Umgebung verabreicht werden, die die psychologischen Reaktionen, insbesondere bei sexueller Erregung, stark beeinflussen kann.

In dieser Studie schlagen wir die Verwendung eines Systems vor, das die gleichzeitige Überwachung der zerebralen und penilen Hämodynamik mittels Nahinfrarotspektroskopie (NIRS) ermöglicht. NIRS ist nichtinvasiv, kostengünstig und tragbar und eignet sich für die Überwachung der hämodynamischen Reaktion in einer komfortablen und natürlichen Umgebung. NIRS hat sich zu einer weit verbreiteten Technik auf dem Gebiet der Biomedizin entwickelt, insbesondere für die Hirnforschung.4 Darüber hinaus kann NIRS im Vergleich zu fMRI und PET eine höhere zeitliche Auflösung bis zu einer Größenordnung von Millisekunden erreichen.5 Ein derart hohes zeitliches Merkmal könnte eine wichtige Rolle für den Vergleich der hämodynamischen Reaktion des Gehirns und der Genitalorgane sowie deren Einfluss auf die ED spielen.

NIRS hat sich bisher als zuverlässiges Instrument zur Messung der Hämodynamik des Penis erwiesen und bietet gleichzeitig eine bequemere und bequemere Einstellung für den Patienten.6, 7 Im Gegensatz zu dem vorherrschenden im Handel erhältlichen Gerät RigiScan, das die Schwellung und Steifheit des Penis durch an Stamm und Spitze des Genitalorgans gebundene Schleifen misst,8, 9 NIRS kann vaskulogene Informationen mit einer einfachen Quelle-Detektor-Konfiguration bereitstellen, um die Unannehmlichkeiten für das Subjekt zu minimieren. Andere Verfahren wurden angewendet, um die vaskuläre Beteiligung während der Penisschwellung zu bewerten, einschließlich der selektiven Pudendalangiographie, der Duplex-Doppler-Sonographie und der Kavernosometrie.10, 11 Sie sind jedoch durch die hohen Kosten und die Komplexität der Methodik begrenzt. Das Ziel dieser Studie ist die Einführung von NIRS als praktische Option für die Untersuchung der männlichen sexuellen Erregung durch Messung des vaskulogenen Zustands während der Erektion des Penis und der damit einhergehenden Gehirnreaktion. Die Autoren hoffen, dass die Studie dazu führen wird, dass NIRS zur Unterstützung der richtigen Diagnose von ED verwendet wird.

Methoden

Diese Studie wurde vom Institutional Review Board des Gwangju Institute of Science and Technology (20140319-HR-10-01-02) überprüft und genehmigt. 15 Gesunde rechte Hände (Alter 24 ± 3 Jahre) nahmen an der Studie teil. Die Fächer wurden durch Werbung an Universitäten eingestellt. Vor dem Experiment wurde von jedem Probanden eine schriftliche Einwilligungserklärung eingeholt.

Ein selbstgebautes NIRS-System, das in einer früheren Studie beschrieben wurde6 wurde zur Messung der zerebralen und penilen Hämodynamik während der visuellen sexuellen Stimulation (VSS) verwendet. Im ersten Teil des Experiments wurde die Hämodynamik des präfrontalen Kortex bei 10-Patienten gemessen, um das Vorhandensein einer messbaren Signaländerung im Zusammenhang mit der sexuellen Erregung zu identifizieren. Im zweiten Teil wurde die gleichzeitige Veränderung der Hämodynamik sowohl im präfrontalen Kortex als auch im Genitalorgan von 5-Probanden gemessen.

Die NIRS-Sonden bestanden aus einer Lichtquelle und einem Detektor, wobei als Lichtdetektor eine monolithische Fotodiode mit Einzelimpedanzverstärker (OPT101; Texas Instruments Inc., Dallas, TX) verwendet wurde. Die Lichtquelle war eine Licht emittierende Diode, die Wellenlängen von 735 nm und 850 nm emittierte (L735 / 850-40D32; Epitex Inc., Kyoto, Japan). Die 2-Wellenlängen der lichtemittierenden Diodenquelle beleuchteten das Gewebe nacheinander, und das durchgelassene Licht wurde von den Fotodetektoren erfasst. Der gesamte Zyklus der Datenerfassung dauert 0.25 Sekunden für eine zeitliche Auflösung von 4 Hz.

Die Platzierung der Sonden im Stirn- und Genitalorgan ist in dargestellt Abbildung 1A, B. Die Kopfsonde hatte einen Abstand zwischen Quelle und Detektor von 3 cm, was eine Eindringtiefe liefert, die ausreicht, um ein Signal aus der oberflächlichen Hämodynamik und auch aus kortikalen Bereichen zu beobachten. Daher wurde ein kürzerer Kanal von 0.8 cm verwendet, um eine hämodynamische Änderung innerhalb oberflächlicher Schichten zu erfassen, und später wurden die Daten des kurzen Kanals aus dem längeren Kanal unterdrückt, um die kritische Aktivierung zu isolieren. Die Kopfsonden wurden von den Experimentatoren unter Verwendung von doppelseitigen 20 × 8-Klebescheiben (BioSemi Instrumentation, Amsterdam, Niederlande) angebracht, die eine angemessene Fixierung der Sonden ohne Unbehagen für das Subjekt ermöglichen. Der Penis-NIRS-Sensor wurde von den Probanden selbst mit medizinischem Klebeband an der rechten medialen Seite des Genitalorgans befestigt. Zuvor wurden die Probanden angewiesen, wie die Sonde richtig am Genitalorgan befestigt werden kann. Nach Bestätigung eines stabilen Signals für die 2 Sonden wurde das Versuchsprotokoll vom Experimentator in einem separaten Raum ferngesteuert. Die Sonden für das Genitalorgan wurden mit einem Abstand zwischen Quelle und Detektor von 1 cm konstruiert, um eine Eindringtiefe bereitzustellen, die ausreicht, um hämodynamische Veränderungen des Corpus Cavernosum zu überwachen.6

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Abbildung 1

Die Position von Nahinfrarotspektroskopiesonden: auf der Stirn (A) und Genitalorgan (B). CVerfahrenszeitpunkt für die Versuche. SD = kurze Distanz.

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Das schematische Diagramm für das Protokoll der Versuche ist in gezeigt Abbildung 1C. Um die Anzahl der Bewegungsartefakte zu reduzieren, wurden die Probanden angewiesen, bewegungslos in einem bequemen Sessel zu sitzen und sich auf einen Monitor zu konzentrieren. 2 Vor einem schwarzen Bildschirm mit weißem Kreuz wurden verschiedene Videoclips angezeigt. Um die Gehirnaktivität durch sexuelle Erregung und nicht durch einfache visuelle Stimulation hervorzuheben, wurden Videoclips mit einer erotischen Episode (VSS) und einem neutralen Video mit der Natur (neutrale visuelle Stimulation [NVS]) gezeigt. Im ersten Experiment wurde die Reihenfolge von VSS und NVS zwischen den 10-Probanden randomisiert, um die hämodynamischen Antworten beider visueller Stimulation klar zu unterscheiden. Im zweiten Experiment wurde die VSS vor der NVS gezeigt. Der erotische Clip beinhaltete den Geschlechtsverkehr zwischen einem Mann und einer Frau. Während der Ruhephasen wurden die Probanden gebeten, sich auf ihre Atmung zu konzentrieren, um ihre Herzfrequenz wieder in einen normalen Zustand zu bringen. Die Dauer und Reihenfolge der Clips wurde den Probanden unbekannt gehalten, um vorzeitige Erregung und / oder Tagträume zu verhindern.

Die Lichtintensitätsabschwächung wurde durch Anwendung des modifizierten Beer-Lambert-Gesetzes in Änderungen der Konzentration von oxygeniertem Hämoglobin (HbO) und desoxygeniertem Hämoglobin (Hb) umgewandelt. Herzpulsations- und Atmungssignale wurden aus den NIRS-Daten entfernt, indem ein Butterworth-Tiefpassfilter mit einer Grenzfrequenz bei 0.6 Hz verwendet wurde. Die hämodynamischen Änderungen gegenüber der oberflächlichen Schicht wurden aus den Stirnkanälen unterdrückt, indem das Sondensignal für kurze Distanzen von den Signalen für lange Distanzen über die gesamte Messung subtrahiert wurde.12 Die Veränderungen der HbO- und Hb-Konzentration im Gehirn und im Genitalorgan wurden während der unterschiedlichen visuellen Stimulation von 2 verglichen.

Die Ergebnisse

Die gemittelten hämodynamischen Veränderungen am Ende der visuellen Reize im Vergleich zum Beginn der Reize für alle Probanden im ersten Experiment, bei dem nur die zerebrale Hämodynamik (N = 10) überwacht wurde, sind in gezeigt Abbildung 2. Ein statistisch signifikanter Unterschied wurde zwischen VSS und NVS gefunden (P <01, α = 0.01), jedoch nicht zwischen der rechten und der linken Hemisphäre (P > .05) unter Verwendung eines 2-Schwanz-gepaarten Wilcoxon-Tests.

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Abbildung 2

Durchschnittliche Konzentrationsänderung der zerebralen Hämodynamik zwischen Ende und Beginn der Stimulation (N = 10). Ein signifikanter Unterschied (∗) in der Hämodynamik wurde zwischen visueller sexueller Stimulation (VSS) und neutraler visueller Stimulation (NVS) festgestellt. In beiden Fällen wurde kein signifikanter Unterschied zwischen der rechten und der linken Hemisphäre festgestellt. DPF = differentieller Weglängenfaktor.

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Die gemittelte hämodynamische Reaktion im präfrontalen Kortex und im Genitalorgan während der gleichzeitigen Messung (N = 5) ist in gezeigt Abbildung 3. Die zeitlichen Profile der zerebralen Hämodynamik bei der gleichzeitigen Messung unterschieden sich nicht wesentlich von der vorhergehenden unabhängigen Messung. Die präfrontale Reaktion während der VSS zeigt einen dramatischen Anstieg des HbO und eine weniger starke Abnahme des Hb im präfrontalen Kortex im Vergleich zum Ausgangswert. Die Veränderung der zerebralen Hämodynamik während der VSS geht mit einer Zunahme von HbO und Hb im Genitalorgan einher, was auf eine Zunahme des Blutvolumens hindeutet, die mit einer erfolgreichen Erektion des Penis einhergeht. Es wurde beobachtet, dass der Beginn der Penisreaktion durchschnittlich um 4 ± 1.5 Sekunden nach Beginn der zerebralen hämodynamischen Veränderung während der VSS nachlässt. Nach Beendigung der VSS beginnt die Hämodynamik sowohl des Gehirns als auch des Penis nachzulassen, wobei HbO und Hb zerebral zu einem Ausgangszustand tendieren, während das Gesamtblutvolumen im Genitalorgan abnimmt. Die Einleitung des NVS zeigt eine minimale Reaktion in der zerebralen und penilen Hämodynamik.

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Abbildung 3

Die durchschnittlichen hämodynamischen Änderungen während der gleichzeitigen Messung (N = 5) (einseitige Fehlerbalken repräsentieren SD). Perioden visueller sexueller (rote Region) und neutraler visueller (blaue Region) Stimulation. DPF = differentieller Weglängenfaktor; HbO = sauerstoffhaltiges Hämoglobin; Hb = sauerstofffreies Hämoglobin.

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Diskussion

In dieser Studie bietet NIRS die gleichzeitige Messung der Gehirnaktivität und der Reaktion des Penis auf die sexuelle Stimulation, wobei nicht nur der Zustand der Penisgefäße und die Gehirnfunktion gemessen werden, sondern auch deren Reaktionen auf die sexuelle Erregung direkt verknüpft werden. Mit NIRS konnten wir hämodynamische Veränderungen im präfrontalen Kortex im Zusammenhang mit VSS feststellen. Die hämodynamischen Veränderungen im präfrontalen Kortex können durch eine Erhöhung des HbO und eine entsprechende Abnahme des Hb beschrieben werden. Dieses hämodynamische Muster kann durch neurovaskuläre Kopplung erklärt und somit als Maß für die neuronale Aktivität identifiziert werden, was darauf hinweist, dass der präfrontale Kortex während der VSS aktiviert wurde. Darüber hinaus verursachte der neutrale Videoclip keine signifikanten Änderungen der Hämoglobinkonzentration im Vergleich zu VSS, was darauf hinweist, dass der präfrontale Kortex als Reaktion auf sexuelle Erregung und nicht als visuelle Stimuli stark aktiviert ist. Die Studie impliziert nicht die direkte Beteiligung des präfrontalen Kortex am Auslösen der Erektion des Penis. Es ist jedoch bekannt, dass der präfrontale Kortex an höheren kognitiven Prozessen einschließlich sexueller Wünsche beteiligt ist13 und ist bei Patienten mit schwerer Depression unteraktiviert,14 Dies macht es zu einem bemerkenswerten Merkmal bei der Identifizierung psychologischer ED.

Bei den simultanen Messungen zeigten alle Probanden eine Reaktion des Penis auf sexuelle Erregung, die durch eine erhöhte Konzentration von HbO und Hb gekennzeichnet war, die auf eine Erhöhung des Gesamtblutvolumens zurückzuführen war. Der dramatische Anstieg des Gesamtblutvolumens, der durch sexuelle Stimulation ausgelöst wird, ist mit einer gesunden Erektion des Penis verbunden, während die unzureichende Änderung des Blutvolumens auf eine vaskuläre ED hindeuten kann.7 Die Verzögerung zwischen den Reaktionen im Gehirn und dem Genitalorgan ist eine normale physiologische Reaktion, was bedeutet, dass die sexuelle Erregung zuerst im Gehirn initiiert wurde und sich erfolgreich im Genitalorgan manifestierte. Eine längere Zeitverzögerung zwischen den Reaktionen könnte auf einige neurologische Störungen hindeuten.15

In Anbetracht der zukünftigen Implementierung dieser Technik in einem medizinischen Umfeld, in dem die Einfachheit der Durchführung eines Verfahrens große Auswirkungen hat, haben wir uns dazu entschieden, hämodynamische Veränderungen nur mit dem präfrontalen Lappen zu erfassen. NIRS kann jedoch leicht auf die Messung des gesamten Cortex erweitert werden.16 Der größte Nachteil von NIRS bei der Erkennung der zerebralen Hämodynamik ist die hohe Verunreinigung systemischer hämodynamischer Veränderungen in den oberflächlichen Kopfschichten, die die Genauigkeit der NIRS zum Erkennen der Gehirnaktivität verringern. Um dieses Problem zu lösen, haben wir einen zusätzlichen Kanal mit einem kurzen Abstand zwischen Quelle und Detektor verwendet, der die Hämodynamik meist aus oberflächlichen Schichten (Kopfhaut und Schädel) aufzeichnet. Mit dieser Technik können wir das physiologische Rauschen unterdrücken und kortikale Signale extrahieren, die mit der Stimulationsaufgabe zusammenhängen.

Fazit

In dieser vorläufigen Studie haben unsere Ergebnisse gezeigt, dass NIRS ein nützliches Instrument ist, um bequem die hämodynamischen Veränderungen zu beobachten, die Gehirn und Körper während der sexuellen Stimulation mit einem einzigen System durchlaufen. In zukünftigen Studien planen wir, die Bevölkerung der aktuellen Arbeit auf eine größere Anzahl von Probanden auszudehnen, einschließlich Patienten mit unterschiedlichen Fällen von ED, um die Diagnose von ED zu verbessern.

Erklärung der Urheberschaft

Kategorie 1

  • (A)

Konzeption und Design

  • Evgenii Kim; Jae Gwan Kim
  • (B)

Erwerb von Daten

  • Evgenii Kim; Sungchul Kim; Zephaniah Phillips V; Songhyun Lee
  • (C)

Analyse und Interpretation von Daten

  • Evgenii Kim; Kwangsung Park; Jae Gwan Kim

Kategorie 2

  • (A)

Ausarbeitung des Artikels

  • Evgenii Kim; Zephaniah Phillips V; Eloise Anguluan
  • (B)

Überarbeitung für den intellektuellen Inhalt

  • Evgenii Kim; Kwangsung Park

Kategorie 3

  • (A)

Endgültige Genehmigung des abgeschlossenen Artikels

  • Jae Gwan Kim

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