약물 중독 및 관련 행동에 대한 신경 영상 (2012)

기능적 자기 공명 영상 (fMRI)

MR 이미지를 만들려면 물체가 강한 자기장 내에 있어야합니다. 인간 MRI 스캐너의 자력은 0.5에서 9.4 T까지입니다. 그러나 대부분의 임상 MRI 스캐너의 강도는 1.5–3 T입니다. 자기장 내에서, 물체 내의 특정 원자의 핵 스핀은 주 자기장과 평행 또는 반 평행으로 향하고 주에 대한 세차 (회전)합니다. Larmor 주파수라고하는 특정 주파수의 자기장. 자기 공명은 (조직 특정) Larmor 주파수에 적용된 무선 주파수 (RF) 펄스가 핵 스핀을 자극하여 더 낮은 에너지 상태에서 높은 에너지 상태로 상승시킬 때 발생합니다. 이것은 평형을 벗어난 순 자화의 회전으로 표시됩니다. 자화가 회전하면 RF 필드가 꺼지고 자화는 원래의 주 자화 방향에 대해 다시 한번 자유롭게 선행합니다. 이 시간 의존적 세차 운동은 수신기 RF 코일에 전류를 유도합니다. 자유 유도 감쇠라고하는 결과 지수 적으로 감쇠하는 전류는 MR 신호를 구성합니다. 이 기간 동안, 자화는 두 시간 상수 T를 특징으로하는 원래의 평형 상태 (이완이라고도 함)로 돌아갑니다.₁ 그리고 T₂ (라우터 버, 1973). 이러한 시간 상수는 조직 유형에 고유 한 물리적 및 화학적 특성에 따라 달라지며 해부학 적 이미지에서 조직 대비의 주요 원인입니다 (맨스필드와 모슬리, 1977). 세트₁ 그리고 T₂ 상이한 조직 유형 (예를 들어, 회백질, 백질 및 뇌척수액) 간의 차이는 고 대비 MR 이미지를 생성한다.

1990까지 MRI가 인간의 뇌 기능을 비 침습적, 신속하게, 완전한 뇌 범위와 비교적 높은 공간 및 시간적 해상도로 매핑하는 데 사용되었습니다. Belliveau et al. (1990)가돌리늄을 조영제로 사용하여 기능성 MRI (fMRI)를 처음 소개했습니다. 그런 다음 즉시 '혈액 산소 수준 의존성'(BOLD) 신호를 사용한 일련의 fMRI 연구 (오가와 등 1990a,b) 뇌 활동의 간접 측정을위한 내인성 조영제 (반데 티니 등, 1992; wong (Kwong) 등의 1992; 오가와 등 1992). 최근에는 Logothetis et al. (2001) BOLD 신호와 뉴런 로컬 필드 전위 사이의 인과 관계를 탐색했습니다 (참조 로고 테티스, 2003; Logothetis와 Wandell, 2004 리뷰 용).

fMRI는 비 침습성 (PET 및 SPECT와 달리 참가자를 방사능에 노출시키지 않음) 및 매우 높은 공간 분해능 (~ 1 mm)으로 인해 가장 널리 사용되는 기능적 신경 영상 기법이되었습니다. 이 기법의 한계에는 특히 신호 대 잡음비가 낮고 시간 해상도 (~ 1-2)가 다른 여러 가지 비 신경 및 영상 아티팩트에 대한 BOLD 응답의 높은 민감도 등이 있습니다. EEG (PET보다 훨씬 높음). 최근에는 휴면 상태에서 fMRI를 사용하여 연구원들이 휴먼 뇌의 휴면 기능 연결성을 조사 할 수있었습니다.로자 짜와 미나 티, 2011). 기능적 휴면 기능의 측정은 실험실 전체에서 재현 가능하고 일관된 것으로 나타났습니다 (Tomasi and Volkow, 2010) 및 약물 중독 (Gu 등, 2010).

갈망

약물의 약리학 적 효과는 비 약리학 적 맥락 요인 (예를 들어, 약물 섭취와 관련된 장소, 사람 또는 도구)에 의해 조절된다. 이러한 요인들이 약물의 약리학 적 효과와 일관되게 짝을 이루어 파블로프 식 조절을 통해 약물 사용과 관련된 강렬한 경험에 통합되어 '운동 자석'또는 '약물 큐'가됩니다 (Berridge, 2007; Berridge et al., 2008). 이 조절은 약물의 효과에 대한 개인의 기대를 형성하고 약물에 대한 신경 및 행동 반응을 수정합니다. 예를 들어, 약물에 중독 된 개인의 경우 주의력 및 기타인지 및 동기 부여 과정은 약물에 대해 편향되어 있고 감수성이있는 개인에서 약물을 소비하려는 시급한 욕구에서 비 약물 자극으로부터 멀어집니다 (예 : Johanson et al., 2006).

실험실 환경에서 갈망 상태는 일반적으로 참가자를 약물 관련 자극을 묘사하는 이미지에 노출시킴으로써 달성됩니다. 이 기술을 코카인 사용자와 함께 사용하여 PET [¹¹C] raclopride 연구에 따르면 코카인 큐 비디오는 등쪽 선조에서 DA의 상당한 방출을 유발할 수 있으며 이러한 증가는 특히 중독이 심한 개인의 자기보고 약물 갈망과 긍정적으로 관련되어 있음을 보여줍니다.Volkow et al., 2006, 2008). 또 다른 PET 연구에 따르면 만성 코카인 학대자들은 오른쪽 OFC와 NAcc에서인지 억제로 낮은 신진 대사로 정량화 한 큐 유도 갈망을 억제하도록 지시 받았을 때인지 제어 수준을 어느 정도 유지한다고합니다 (Volkow et al., 2010). 이 결과는 DA D 사이에 유의 한 연관성이 있기 때문에 결과적입니다₂ 복부 선조체에서의 수용체 결합 및 약물 자체 투여에 대한 동기, [¹¹C] raclopride (Martinez et al., 2005) 및 [¹⁸F] 데스 메 톡시 폴립 라이드 (Heinz 등, 2004).

CBF, 포도당 대사 또는 BOLD를 측정 한 연구에 따르면 약물 중독 개인의 약물 큐 유발 갈망은 생식기 및 복부 ACC의 활성화와 관련이 있습니다.Maas 등, 1998; Childress et al., 1999; 킬트 (Kilts) 등, 2001; x 슬러 (Wexler) 등, 2001; 브로디 (Brody) 등, 2002, 2004; Daglish et al., 2003; Tapert 등, 2003, 2004; Grusser et al., 2004; Myrick et al., 2004; McClernon et al., 2005; 윌슨 (Wilson) 등, 2005; Goldstein et al., 2007b), 중간 PFC (Grusser et al., 2004; Heinz 등, 2004; Tapert 등, 2004; 윌슨 (Wilson) 등, 2005; Goldstein et al., 2007b), OFC (Grant et al., 1996; Maas 등, 1998; 2000 등의 Sell et al.; 본슨 (Bonson) 등, 2002; 브로디 (Brody) 등, 2002; Wrase 등, 2002; Daglish et al., 2003; Tapert 등, 2003, 2004; Myrick et al., 2004) 인 슐라 (왕 (Wang) 등, 1999; 2000 등의 Sell et al.; 킬트 (Kilts) 등, 2001; 브로디 (Brody) 등, 2002; Daglish et al., 2003; Tapert 등, 2004), 복부 영역 및 기타 중뇌 핵 (1999 등의 Sell et al.; Due et al., 2002; 스 몰카 (Smolka) 등의 2006; Goldstein et al., 2009c). 기억 처리 및 검색과 관련된 뇌 영역은 편도를 포함하여 갈망하는 동안 활성화됩니다.Grant et al., 1996; Childress et al., 1999; 킬트 (Kilts) 등, 2001; 슈나이더 (Schneider) 등, 2001; 본슨 (Bonson) 등, 2002; Due et al., 2002), 해마 및 뇌간 (Daglish et al., 2003). 약리학 적 금단의 영향을 통제 할 때에도 이러한 효과가 관찰된다는 증거가있다 (Franklin et al., 2007).

일반적으로, 약물 남용자에 대한 갈망 연구에서 얻은 결과는 약물 신호를 처리 할 때 mesocortical (OFC 및 ACC 포함) 활성화가 증가했으며 약물 기대가이 과정에서 중요한 역할을한다는 것을 시사합니다. 이러한 증거는 부분적으로 약물 남용자들이 다른 비 약물 관련 단서에 초점을 맞추기가 어렵다는 것을 설명합니다. 흥미롭게도, 남성 코카인 학대자가 아닌 여성에서 PET 연구에 따르면 코카인 큐에 노출 된 후자가 조절과 관련된 전두엽 영역의 신진 대사가 감소하여 약물에 노출되면 재발하기에 남성보다 더 취약 할 수 있습니다.Volkow et al., 2011). 이 발견은 에스트로겐이 여성의 약물 남용 위험을 증가시킬 수 있음을 시사하는 전임상 연구와 일치합니다 (Anker와 Carroll, 2011).

EEG는 또한 다른 약물 남용 약물에 걸쳐 약물 관련 자극에 대한 반응성을 조사하는 데 사용되었습니다. 예를 들어, 알코올 의존 환자의 약물 신호 노출에 대한 응답으로 대뇌 피질의 활성화가 증가한 것으로보고되었습니다Kim et al., 2003) 및 코카인에 중독 된 개인 (높은 베타 및 낮은 알파 스펙트럼 파워로 정량화)Liu 등, 1998). 코카인 중독 개인에 대한 또 다른 연구는 코카인 도구를 처리하고 균열 코카인 비디오를 보는 동안 델타 파워의 감소와 함께 베타 스펙트럼 파워의 증가를 보여주었습니다.Reid 등, 2003). 이 패턴은 또한 휴식 중에 이들 개체를 건강한 대조군과 비교할 때 관찰되었다 (Noldy et al., 1994; Herning et al., 1997) 및 베타 증가는 이전 코카인 사용량과 관련이있었습니다 (Herning et al., 1997). 니코틴 중독에서 담배 관련 단서에 대한 반응으로 세타 및 베타 스펙트럼의 증가가 관찰되었습니다.Knott et al., 2008). 약물 신호에 반응하여 더 높은 피질 활성화가 ERP 연구에서도보고되었습니다. 예를 들어, 알코올의 약물 신호에 반응하여 P300 및 기타 P300와 유사한 전위의 진폭이 증가한 것으로보고되었습니다.Herrmann et al., 2000) 및 니코틴-(워렌과 맥도 노프, 1999) 중독 된 개인. 알코올 관련 중성 사진에 비해 약물 관련 사진에 대한 반응으로 증가 된 LPP 진폭이보고되었습니다.Herrmann et al., 2001; Namkoong et al., 2004; Heinze et al., 2007), 코카인 - (Franken et al., 2004; van de Laar 등 2004; 독촉 등 2011) 및 헤로인-(Franken et al., 2003) 중독 된 개인.

광범위하게, 이들 데이터는 약물-연관 자극이 유의하게 더 높은 신경 활성화와 관련되어 있고, 약물-연관 자극이 약물-중독 된 개인에 의해 직면되거나 예상 될 때 인센티브 경감의 증가 및 흥분을 시사한다. 이러한 결과는 중독을 뇌의 동기와 보상 시스템의 변경으로 바꾸는 이론을 뒷받침합니다 (Volkow and Fowler, 2000; Robinson과 Berridge, 2001; Goldstein과 Volkow, 2002), 가공이 약물 및 조절 된 신호에 편향되어 있고 갈망과 관련하여 다른 강화제로부터 멀리 떨어져있는 경우 (프랑켄, 2003; Mogg et al., 2003; 워터스 외, 2003).

억제 제어 및 폭식 상실

억제 조절은 유해하고 /하거나 부적절한 감정,인지 또는 행동의 억제를 조절하는 능력을 나타내는 신경 심리학 적 구성물입니다. 비판적으로, PFC의 필수 기능의 타협에 의해 조절되는 약물 사용 및 중독 동안 자기 제어 행동의 중단이 악화 될 가능성이 있습니다 : 피질 선조 영역 (NAcc 포함)에 대한 억제 효과 (Goldstein과 Volkow, 2002). 하향식 제어 (핵심 PFC 기능)의 이러한 장애는 일반적으로 면밀한 모니터링하에 유지되는 동작을 해제하여 제어가 중단되고 자극 중심의 동작이 촉진되는 스트레스 유사 반응을 시뮬레이션합니다. 인지 제어의 중단은 폭식에 기여합니다. 개인이 식사, 수면 및 신체적 안전 유지를 포함하여 생존에 필요한 행동을 희생시키면서 물질의 반복적이고 경감되지 않은 소비에 관여하는 개별 기간. 이 기간은 일반적으로 개인이 심하게 소진되고 /하거나 더 많은 약물을 조달 할 수 없을 때 중단됩니다.

신경 영상 연구는 폭식 행동의 근간을 이루는 신경 기질로서 탈라 모 -OFC 회로 및 ACC의 관여를 시사한다. 구체적으로, 중독 된 개인은 D의 현저한 감소를 가지고 있다고보고되었습니다₂ 선조체의 수용체 가용성 (참조) Volkow et al., 2009 PFC (특히 OFC, ACC 및 dorsolateral PFC)의 대사 감소와 관련이 있으며, 이러한 장애는 행동 반응 및 동기 부여 장애로 인한 것일 수는 없습니다.Goldstein et al., 2009a). 이들 PFC 영역이 염분 특성, 억제 조절, 감정 조절 및 의사 결정에 관여함에 따라,이 영역에서의 DA 조절 장애는 남용 약물의 동기 부여 가치를 향상시킬 수 있고 약물 섭취에 대한 제어력 상실을 초래할 수 있다고 가정한다 (Volkow 등, 1996a; Volkow and Fowler, 2000; Goldstein과 Volkow, 2002).

실제로, 이러한 영역, 특히 OFC가 강박 장애와 같은 강박 행동과 관련된 다른 자기 통제 장애에 중요하다는 증거가 있습니다.찰드와 킴, 1996; 멘지스 등, 2007; 챔버 레인 (Chamberlain) 등, 2008; 유 (Yoo) 등의 2008; Rotge et al., 2009).

인간의 강박 약물자가 투여를 테스트하기는 어렵지만, 영리한 실험실 설계는 인간의 폭식을 연구 할 때 직면하는 실질적인 제약 중 일부를 극복했습니다. 예를 들어, 최근 fMRI 연구에서 치료를 추구하지 않는 코카인에 의존하는 개인은 감독 된 1-h 세션에서 정맥 코카인을 언제 그리고 얼마나 자주자가 투여 할 것인지 선택할 수있었습니다. 반복 된 자기 유도 된 높은 수치는 OFC 및 ACC를 포함하여 변연계, 장애인, 중추 및 중 피질 영역에서의 활성과 음의 상관 관계가있었습니다. 대조적으로 갈망은 이러한 지역의 활동과 양의 상관 관계가 있습니다.Risinger et al., 2005) (또한 참조 Foltin et al., 2003). 다른 강박 행동 (더 이상 유익하지 않은 도박과 같은)에 대한 강박 약물 자기 관리 시뮬레이션은 중독성 장애의 통제력 상실에 대한 회로에 대한 귀중한 통찰력을 제공 할 수 있습니다. 흥미롭게도, 경구 MPH는 코카인에 중독 된 개체에서 충동을 현저하게 감소시키고 근본적인 ACC 반응을 개선시켰다 (Goldstein et al., 2010).

또 다른 관련 구성은 약물 중독 개인의 타협 된 자기 인식입니다. 기능적 자기 인식 및 통찰력은 최근에 검토 된 바와 같이, 고전 신경 학적 모욕 (예를 들어, 편마비에 대한 시각 소홀 또는 마취를 유발하는)을 고전적 정신 장애 (예를 들어, 정신 분열증, 조증 및 기타 기분 장애)에 이르는 다양한 신경 정신병 적 장애를 특징으로한다.Orfei et al., 2008). 인지 장애로서Goldstein과 Volkow, 2002), 약물 중독은 또한 근본적인 신경 기능 장애에 기인 할 수있는 자기 인식 및 행동 제어에서 유사한 이상을 공유한다. 예를 들어, 알코올 남용에 관한 연구에 따르면 알코올은 자기 관련 정보와 관련된 고질의인지 과정을 억제함으로써 개인의 자기 인식 수준을 감소시키는 것으로보고되었으며, 이는 추가 알코올 소비를 유도하고 지속하기에 충분한 조건입니다. (만나다 헐 앤 영, 1983; 헐 (Hull) 등, 1986 리뷰 용). 또한 최근 연구에 따르면 코카인에 중독 된 개인은 작업 관련 행동 반응 (정확도 및 반응 시간)과 자체보고 된 작업 참여 사이에 연결이 끊어져서 내부 동기 부여 드라이브를 인식하는 능력의 방해를 나타냅니다 (Goldstein et al., 2007a).

구체적으로, Insula 및 내측 PFC 영역 (ACC 및 내측 OFC 포함) 및 피질 하 영역 (선조 포함)의 이상은 통찰력 및 행동 제어와 관련이 있으며 (상호 형성 및 평가) (Bechara, 2005). 이러한 고려 사항은 보상 회로, 반응 억제의 신경인지 장애 및 경감 속성과의 연관성을 넘어서 중독의 개념화를 확장합니다 (Goldstein과 Volkow, 2002; Bechara, 2005) 및 메모리 회로의 신경 적응Volkow et al., 2003), 손상된 자기 인식 및 질병에 대한 통찰력 포함 (참조 Goldstein et al., 2009b 검토를 위해).

EEG를 사용한 연구에 따르면 저전압 베타 주파수 (킬로 (Kiloh) 등의 1981; Niedermeyer와 Lopes da Silva, 1982) 알콜 중독자. 이 베타 활동은 hyperarousal (Saletu-Zyhlarz et al., 2004)는 알코올 섭취의 양과 빈도에 해당하는 것으로 나타 났으며, 알코올 소비의 패턴에 따라 '낮음'과 '보통'알코올 음주자 (알코올 소비 패턴에 따라 결정됨)를 안정적으로 구분합니다.Ehlers 등, 1989; 엘러와 척, 1990). 양이 적고 저 성인 청년 알코올 음주자에 비해 양이 많은 음주자에서 델타의 동시 증가가보고되었습니다 (2010, Polich and Courtney), 시타 및 알파 주파수의 동반 증가 25 분 후 사후 유사 코카인 투여 (Reid 등, 2006).

Go / No-Go 작업에서 N200 및 P300 ERP 구성 요소를 수량화하여 억제 제어를 광범위하게 연구했습니다. 이러한 구성 요소는 성공적인 행동 억제 및인지 제어를 측정하는 것으로 생각됩니다 (Dong 외, 2009) 및 ACC 및 관련 지역에서 생성되며 일련의 긍정적 인 응답 (go trial) 내에서 응답이 보류 될 때 (no-go trial) 증가합니다 (팔켄 스타 인 (Falkenstein) 등, 1999; Bokura et al., 2001; Van Veen and Carter, 2002; Bekker et al., 2005). 알코올이있는 개인에서 무딘 N200 진폭이보고되었습니다 (Easdon et al., 2005), 코카인 (Sokhadze et al., 2008), 헤로인 (Yang 외, 2009), 니코틴 (Luijten et al., 2011), 심지어 인터넷 (Cheng 외, 2010; Dong 외, 2010) 중독. 그러나 폭식 음주자들은 지속적인주의 패턴 매칭 작업에서 대조군과 비교하여 N200 및 P300가 더 큰 것으로 나타났습니다 (크레 고 (Crego) 등의 2009) 및 얼굴 인식 작업 (Ehlers 등, 2007) : 실제로 통제력 상실보다 정서적 처리 장애 (동기 부여, 경련)와 일치 할 수 있습니다.

중독의 동물 모델은 폭식 행동의 기초가되는 신경 생물학에 대한 중요한 단서를 제공했습니다.Deroche-Gamonet et al., 2004; Vanderschuren and Everitt, 2004)는 이러한 행동이 DA, 세로토닌 성 및 글루타메이트 성 회로 (로와 로버츠, 1990; Cornish et al., 1999). 그러나 동물 연구의 유용성은 이러한 행동이 인간의 억제 적자가 조절과 겹치는 정도에 달려 있습니다. 특히, 그러한 행동이 인간의 억제 조절에 영향을 줄 수있는 추정 적인지 결핍과 관련 될 수있는 정도를 확인하는 것은 어렵다. 신경 이미징 연구는 이러한인지 결손의 근본 신경 기질을 조사하고 해당 행동 증상에 대한 링크를 제공함으로써 이러한 한계를 우회합니다.

이 연구는 국립 약물 남용 연구소 [1R01DA023579 to RZG] 및 일반 임상 연구 센터 [5-MO1-RR-10710]의 보조금으로 지원되었습니다.