Monitorizarea simultană a răspunsului hemodinamic în cortexul prefrontal și organul genital în timpul excitării sexuale utilizând spectroscopia near-infraroșu (2018)

Comentarii: Defavoratorii dependenței de porno susțin că vizionarea naturii nu este diferită din punct de vedere neurologic de a viziona porno. Desigur, această afirmație este un nonsens - așa cum arată acest studiu.

Evgenii Kim, MSc, Sungchul Kim, MSc, Phillips V. Sofonia, MSc, Songhyun Lee, Doctor, Eloise Anguluan, MSc, Parcul Kwangsung, MD, PhD, Jae Gwan Kim, Dr

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

Abstract

Context

Monitorizarea activității creierului împreună cu răspunsul organelor genitale la stimularea sexuală poate juca un rol important în înțelegerea mecanismelor care stau la baza excitării sexuale, precum și în diagnosticarea disfuncției erectile. Mai multe studii au observat activitatea creierului corespunzătoare stimulilor sexuali, dar doar câteva studii au arătat o măsurare simultană a activării creierului și a răspunsului penisului.

Urmări

Introducerea spectroscopiei în infraroșu apropiat (NIRS) ca o tehnică portabilă, ușor de implementat și cu costuri reduse pentru a înregistra simultan activitatea creierului și hemodinamica în organul genital în timpul excitării sexuale.

Metode

Măsurătorile hemodinamice la 15 bărbați sănătoși au fost obținute folosind un sistem NIRS construit acasă. În experimentul inițial, hemodinamica în cortexul prefrontal (N = 10) a fost măsurată în timpul stimulării sexuale vizuale (VSS) și stimulării vizuale neutre (NVS) pentru a identifica activitatea creierului legată de excitarea sexuală. În experimentul următor, hemodinamica cerebrală și a penisului au fost măsurate simultan (N = 5) folosind NIRS în timpul VSS și NVS.

REZULTATE

Cortexul pre-frontal a arătat activitate legată de VSS, dar nu și de NVS. Măsurătorile simultane au arătat o creștere corespunzătoare a concentrației de hemoglobină oxigenată și dezoxigenată a penisului, indicând o creștere a volumului sanguin asociată cu excitația sexuală la bărbații sănătoși. O întârziere medie a răspunsului de 4 secunde a fost observată în modificările hemodinamice dintre creier și organul genital.

Concluzie

În acest studiu preliminar, am prezentat un sistem NIRS capabil nu numai să detecteze modificări hemodinamice cerebrale legate de excitația sexuală, ci și măsurarea simultană a hemodinamicii penisului. Credem că sistemul NIRS poate fi o tehnică potențială pentru a completa domeniul medicinei sexuale și poate fi extins în continuare pentru a diagnostica disfuncția erectilă.

Kim E, Kim S, Zephaniah P și colab. Monitorizarea simultană a răspunsului hemodinamic în cortexul pre-frontal și organul genital în timpul excitării sexuale folosind spectroscopie în infraroșu apropiat. Sex Med 2018;XX:XXX–XXX.

Cuvinte cheie:

Spectroscopie în infraroșu apropiat, Hemodinamica, Cortexul pre-frontal, Stimularea sexuală vizuală, disfunctii erectile

Introducere

Incapacitatea de a obține o erecție adecvată suficientă pentru a efectua actul sexual, cunoscută sub numele de disfuncție erectilă (DE), duce la un impact negativ semnificativ asupra calității vieții. O serie de tulburări psihologice pot contribui la ED, cum ar fi stresul, depresia și anxietatea de performanță. De asemenea, poate fi, de asemenea, una dintre cele mai timpurii manifestări ale unei boli fizice grave subiacente, inclusiv diabetul, scleroza multiplă sau tulburările cardiovasculare. Astfel, distincția între originea psihologică și cea organică a DE este o sarcină critică pentru clinician.

Excitarea sexuală normală implică o serie de răspunsuri fiziologice, printre care erecția penisului este cel mai definitiv răspuns în corpul masculin. De asemenea, s-a demonstrat că există un răspuns neuronal în timpul excitării sexuale, ceea ce ar putea indica un rol psihologic în procesul de excitare. Deoarece aspectul psihologic poate fi dezvăluit prin măsurătorile activității creierului, numeroase studii au încercat să înțeleagă funcția creierului în timpul excitării sexuale. Rezultatele acestor studii asociază excitarea sexuală cu multe structuri profunde ale creierului și corticale la bărbații normali sănătoși1, 2, 3 sugerând că excitarea sexuală este într-adevăr un proces neuronal complex. Cele mai multe studii au folosit tomografia cu emisie de pozitroni (PET) sau imagistica prin rezonanță magnetică funcțională (fMRI) pentru a observa răspunsul creierului, împreună cu pletismografie, manșetă pneumatică sau dispozitivul comercial RigiScan (Timm Medical Technologies Inc, Eden Prairie, MN) pentru a monitoriza tumescența penisului si rigiditate. Cu toate acestea, chiar dacă PET și fMRI sunt tehnologii consacrate pentru a monitoriza activitatea creierului în timpul excitării sexuale, ele pot fi solicitante și costisitoare din punct de vedere tehnic. În plus, aceste modalități trebuie administrate într-un mediu clinic, care ar putea influența foarte mult răspunsurile psihologice, în special pentru excitarea sexuală.

În acest studiu, ne propunem să utilizăm un sistem care va permite monitorizarea concomitentă a hemodinamicii cerebrale și penisului folosind spectroscopie în infraroșu apropiat (NIRS). Fiind non-invaziv, cu costuri reduse și portabil, NIRS este potrivit pentru monitorizarea răspunsului hemodinamic într-un cadru confortabil și natural. NIRS a devenit o tehnică utilizată pe scară largă în domeniul biomedical, în special pentru cercetarea creierului.4 În plus, NIRS poate obține o rezoluție temporală mai mare, de până la un ordin de milisecunde, în comparație cu fMRI și PET.5 O astfel de caracteristică temporală ridicată ar putea juca un rol important pentru compararea răspunsului hemodinamic al creierului și al organelor genitale și modul în care este afectat de ED.

NIRS s-a dovedit anterior a fi un instrument de încredere pentru a măsura hemodinamica penisului și, în același timp, oferă un setare mai convenabil și mai confortabil pentru pacient.6, 7 Spre deosebire de dispozitivul comercial predominant RigiScan, care măsoară tumescența și rigiditatea penisului prin bucle legate de tulpina și vârful organului genital,8, 9 NIRS poate furniza informații vasculogenice cu o configurație simplă sursă-detector pentru a minimiza disconfortul pentru subiect. Au fost aplicate și alte metode pentru a evalua implicarea vasculară în timpul tumescenței penisului, inclusiv angiografia pudendală selectivă, ultrasonografia Doppler duplex și cavernosometria.10, 11 Cu toate acestea, ele sunt limitate de costul scump și de complexitatea metodologiei. Scopul acestui studiu este de a introduce NIRS ca o opțiune practică pentru studiile excitației sexuale masculine prin măsurarea stării vasculogene în timpul erecției penisului și a răspunsului cerebral concomitent. Autorii speră că studiul va duce la utilizarea NIRS pentru a ajuta la diagnosticarea corectă a DE.

Metode

Acest studiu a fost revizuit și aprobat de Consiliul de revizuire instituțional al Institutului de Știință și Tehnologie Gwangju (20140319-HR-10-01-02). La studiu au participat 15 bărbați sănătoși dreptaci (vârsta 24 ± 3 ani). Subiecții au fost recrutați prin reclame universitare. Consimțământul informat scris a fost obținut de la fiecare subiect înainte de experiment.

Un sistem NIRS construit acasă, descris într-un studiu anterior6 a fost utilizat pentru a măsura hemodinamica cerebrală și peniană în timpul stimulării sexuale vizuale (VSS). În prima parte a experimentului, hemodinamica cortexului prefrontal la 10 subiecți a fost măsurată pentru a identifica existența unei schimbări măsurabile a semnalului legat de excitația sexuală. În a doua parte, a fost măsurată modificarea simultană a hemodinamicii atât în ​​cortexul prefrontal, cât și în organul genital de la 5 subiecți.

Sondele NIRS au constat dintr-o sursă de lumină și un detector, unde a fost folosită o fotodiodă monolitică cu un amplificator de trans-impedanță cu alimentare unică (OPT101; Texas Instruments Inc, Dallas, TX). Sursa de lumină a fost o diodă emițătoare de lumină care emite lungimi de undă de 735 nm și 850 nm (L735/850-40D32; Epitex Inc, Kyoto, Japonia). Cele 2 lungimi de undă de la sursa diodei emițătoare de lumină au iluminat secvențial țesutul, iar lumina transmisă a fost detectată de fotodetectoare. Ciclul complet de achiziție a datelor durează 0.25 secunde, pentru o rezoluție temporală de 4 Hz.

Amplasarea sondelor în frunte și organul genital sunt prezentate în figura 1A, B. Sonda de cap avea o distanță de separare sursă-detector de 3 cm, ceea ce asigură o adâncime de penetrare suficientă pentru a observa un semnal din hemodinamica superficială și, de asemenea, din zonele corticale. Prin urmare, un canal mai scurt de 0.8 cm a fost utilizat pentru a detecta modificarea hemodinamică în straturile superficiale și mai târziu datele de canal scurt au fost suprimate din canalul mai lung pentru a izola activarea critică. Sondele de cap au fost atașate de experimentatori folosind discuri adezive cu două fețe de 20 × 8 (BioSemi Instrumentation, Amsterdam, Țările de Jos), care permit fixarea adecvată a sondelor fără disconfort subiectului. Senzorul NIRS penisan a fost fixat de către subiecți înșiși pe partea mediană dreaptă a organului genital folosind bandă medicală. Înainte de aceasta, subiecții au fost instruiți despre cum să atașeze corect sonda la organul genital. După confirmarea unui semnal stabil pentru cele 2 sonde, protocolul experimental a fost controlat de la distanță de către experimentator într-o cameră separată. Sondele pentru organul genital au fost proiectate cu o separare sursă-detector de 1 cm pentru a oferi o adâncime de penetrare suficientă pentru a monitoriza modificările hemodinamice din corpul cavernos.6

Deschide imaginea mare

figura 1

Locația sondelor de spectroscopie în infraroșu apropiat: pe frunte (A) și organul genital (B). C, Timpul procedurii pentru experimente. SD = distanță scurtă.

Afișați imaginea mare | Vizualizați imaginea Hi-Res | Descărcați prezentarea PowerPoint

Diagrama schematică pentru protocolul experimentelor este prezentată în figura 1C. Pentru a reduce numărul de artefacte de mișcare, subiecții au fost instruiți să stea nemișcați pe un scaun confortabil și să se concentreze pe un monitor. 2 Au fost prezentate diferite clipuri video precedate de un ecran negru cu o cruce albă. Pentru a evidenția activitatea creierului din excitarea sexuală, mai degrabă decât prin simpla stimulare vizuală, subiectului i-au fost prezentate clipuri video care prezintă un episod erotic (VSS) și un videoclip neutru care prezintă natura (stimulare vizuală neutră [NVS]). În primul experiment, ordinea VSS și NVS au fost randomizate între cei 10 subiecți pentru a face o distincție clară între răspunsurile hemodinamice de la ambele stimulări vizuale. În al doilea experiment, VSS a fost prezentat înainte de NVS. Clipul erotic includea act sexual între un bărbat și o femeie. În perioadele de odihnă, subiecților li s-a cerut să se concentreze asupra respirației pentru a-și readuce ritmul cardiac la o stare normală. Durata și secvența clipurilor au fost păstrate necunoscute subiecților pentru a preveni excitarea prematură și/sau visarea cu ochii deschiși.

Atenuarea intensității luminii a fost convertită în modificări ale concentrației de hemoglobină oxigenată (HbO) și hemoglobină deoxigenată (Hb) prin aplicarea legii Beer-Lambert modificate. Semnalele de pulsație a inimii și respirație au fost eliminate din datele NIRS prin utilizarea unui filtru trece-jos Butterworth cu frecvență de tăiere la 0.6 Hz. Modificările hemodinamice din stratul superficial au fost suprimate din canalele frunții prin scalarea și scăderea semnalului sondei la distanță scurtă din semnalele sondei la distanță lungă pe întreaga măsurătoare.12 Modificările concentrației de HbO și Hb în creier și organe genitale au fost comparate în timpul celor 2 stimulări vizuale diferite.

REZULTATE

Schimbările hemodinamice medii la sfârșitul stimulilor vizuali comparativ cu începutul stimulilor pentru toți subiecții din primul experiment care monitorizează doar hemodinamica cerebrală (N = 10) este prezentată în figura 2. S-a găsit o diferență semnificativă statistic între VSS și NVS (P < .01, α = 0.01), dar nu între emisfera dreaptă și stângă (P > .05) folosind un test Wilcoxon cu 2 cozi perechi.

Deschide imaginea mare

figura 2

Modificarea medie a concentrației în hemodinamica cerebrală între sfârșitul și începutul stimulării (N = 10). O diferență semnificativă (∗) în hemodinamică a fost găsită între stimularea sexuală vizuală (VSS) și stimularea vizuală neutră (NVS). Nu a fost găsită nicio diferență semnificativă între emisfera dreaptă și stângă pentru ambele cazuri. DPF = factor de lungime diferenţial.

Afișați imaginea mare | Vizualizați imaginea Hi-Res | Descărcați prezentarea PowerPoint

Răspunsul hemodinamic mediu în cortexul prefrontal și organul genital în timpul măsurării simultane (N = 5) este prezentat în figura 3. Profilurile temporale ale hemodinamicii cerebrale în măsurarea simultană nu au fost în mod semnificativ diferite de măsurarea independentă anterioară. Răspunsul pre-frontal în timpul VSS arată o creștere dramatică a HbO și o scădere mai puțin intensă a Hb în cortexul pre-frontal în comparație cu valoarea inițială. Modificarea hemodinamicii cerebrale în timpul VSS însoțește o creștere atât a HbO, cât și a Hb în organul genital, indicând o creștere a volumului sanguin asociat cu o erecție reușită a penisului. S-a observat că debutul răspunsului penian a întârziat cu o medie de 4 ± 1.5 secunde de la debutul modificării hemodinamice cerebrale în timpul VSS. Când s-a încheiat VSS, atât hemodinamica cerebrală, cât și cea a penisului începe să scadă, HbO și Hb cerebrale tinzând spre o stare de bază, în timp ce volumul total de sânge din organul genital scade. Inițierea NVS arată un răspuns minim atât în ​​hemodinamica cerebrală, cât și în cea a penisului.

Deschide imaginea mare

figura 3

Modificările hemodinamice medii în timpul măsurării simultane (N = 5) (barele de eroare unilaterale reprezintă SD). Perioade de stimulare vizuală sexuală (regiune roșie) și vizuală neutră (regiune albastră). DPF = factor de lungime diferenţial; HbO = hemoglobina oxigenată; Hb = hemoglobina dezoxigenată.

Afișați imaginea mare | Vizualizați imaginea Hi-Res | Descărcați prezentarea PowerPoint

Discuție

În acest studiu, NIRS oferă măsurarea concomitentă a activității creierului și a răspunsului penisului la stimularea sexuală, oferind nu numai starea vasculaturii penisului și a funcției creierului, ci și le asociază direct răspunsurile la excitarea sexuală. Folosind NIRS, am putut identifica modificările hemodinamice în cortexul pre-frontal legate de VSS. Modificările hemodinamice în cortexul prefrontal pot fi descrise printr-o creștere a HbO și o scădere corespunzătoare a Hb. Acest model hemodinamic poate fi explicat prin cuplarea neurovasculară și, prin urmare, poate fi identificat ca o măsură a activității neuronale care indică faptul că cortexul pre-frontal a fost activat în timpul VSS. Mai mult, clipul video neutru nu a provocat modificări semnificative ale concentrației hemoglobinei, spre deosebire de VSS, ceea ce indică faptul că cortexul prefrontal este foarte activat ca răspuns la excitarea sexuală, mai degrabă decât la stimulii vizuali. Studiul nu implică implicarea directă a cortexului prefrontal în declanșarea erecției penisului. Cu toate acestea, se știe că cortexul prefrontal este implicat în procese cognitive superioare, inclusiv în dorințele sexuale13 și este subactivat la pacienții cu depresie majoră,14 făcând aceasta o caracteristică notabilă în identificarea DE psihologică.

În timpul măsurătorilor simultane, toți subiecții au demonstrat un răspuns penian la excitația sexuală, caracterizat printr-o creștere a concentrației atât a HbO, cât și a Hb rezultată dintr-o creștere a volumului total de sânge. Creșterea dramatică a volumului total de sânge declanșată de stimularea sexuală este asociată cu o erecție sănătoasă a penisului, în timp ce modificarea insuficientă a volumului sanguin ar putea indica DE vasculară.7 Întârzierea dintre răspunsurile din creier și organul genital este un răspuns fiziologic normal, ceea ce înseamnă că excitarea sexuală a fost inițiată mai întâi în creier și s-a manifestat cu succes în organul genital. O întârziere prelungită între răspunsuri ar putea indica unele tulburări neurologice.15

Având în vedere implementarea viitoare a acestei tehnici într-un cadru medical, în care simplitatea de a administra o procedură are un mare impact, am decis să înregistrăm modificările hemodinamice doar din lobul prefrontal. Cu toate acestea, NIRS poate fi extins cu ușurință în măsurarea întregului cortex.16 Deficiența majoră a NIRS în detectarea hemodinamicii cerebrale este contaminarea ridicată a modificărilor hemodinamice sistemice în straturile superficiale ale capului care reduc acuratețea NIRS pentru a detecta activitatea creierului. Pentru a rezolva această problemă, am aplicat un canal suplimentar cu o distanță scurtă între sursă și detector, care înregistrează hemodinamica în cea mai mare parte din straturile superficiale (scalp și craniu). Tehnica ne permite să suprimăm zgomotul fiziologic și să extragem semnale corticale care sunt legate de sarcina de stimulare.

Concluzie

În acest studiu preliminar, rezultatele noastre au arătat că NIRS este un instrument util pentru a observa în mod convenabil modificările hemodinamice pe care le suferă creierul și corpul în timpul stimulării sexuale folosind un singur sistem. În studiile viitoare, intenționăm să extindem populația lucrării curente pentru a include un număr mai mare de subiecți, inclusiv pacienți cu diferite cazuri de DE, cu scopul de a îmbunătăți diagnosticul de DE.

Declarația de autor

categoria 1

  • (A)

Concepție și design

  • Evgenii Kim; Jae Gwan Kim
  • (B)

Achiziționarea de date

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

Analiza și interpretarea datelor

  • Evgenii Kim; Parcul Kwangsung; Jae Gwan Kim

categoria 2

  • (A)

Elaborarea articolului

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

Revizuirea lui pentru conținut intelectual

  • Evgenii Kim; Parcul Kwangsung

categoria 3

  • (A)

Aprobarea finală a articolului finalizat

  • Jae Gwan Kim

Referinte

  1. Arnow, BA, Desmond, JE, Banner, LL și colab. Activarea creierului și excitarea sexuală la bărbați sănătoși, heterosexuali. Creier. 2002; 125: 1014–1023

|

  1. Miyagawa, Y., Tsujimura, A., Fujita, K. şi colab. Procesarea diferențială a creierului a stimulilor sexuali audiovizuali la bărbați: studiu comparativ cu tomografia cu emisie de pozitroni al inițierii și menținerii erecției penisului în timpul excitației sexuale. Neuroimagine. 2007; 36: 830–842
  2. Vezi în articol
  3. | CrossRef
  4. | PubMed
  5. | Scopus (35)

|

  1. Moulier, V., Mouras, H., Pélégrini-Issac, M. et al. Corelații neuroanatomice ale erecției penisului evocate de stimuli fotografici la bărbați umani. Neuroimagine. 2006; 33: 689–699
  2. Vezi în articol
  3. | CrossRef
  4. | PubMed
  5. | Scopus (75)

|

  1. Boas, DA, Dale, AM și Franceschini, MA Imagistica optică difuză a activării creierului: abordări pentru optimizarea sensibilității, rezoluției și acurateței imaginii. Neuroimagine. 2004; 23: S275–S288
  2. Vezi în articol
  3. | CrossRef
  4. | PubMed
  5. | Scopus (436)

|

  1. Jasdzewski, G., Strangman, G., Wagner, J. şi colab. Diferențele în răspunsul hemodinamic la paradigmele motor și vizuale legate de evenimente, măsurate prin spectroscopie în infraroșu apropiat. Neuroimagine. 2003; 20: 479–488
  2. Vezi în articol
  3. | CrossRef
  4. | PubMed
  5. | Scopus (164)

|

  1. Kim, E., Lee, S., Phillips, Z. şi colab. O discrepanță a hemodinamicii penisului în timpul stimulării sexuale vizuale observată prin spectroscopie în infraroșu apropiat. BMC Urol. 2015; 15:11
  2. Vezi în articol
  3. | CrossRef
  4. | PubMed
  5. | Scopus (2)

|

  1. Burnett, A., Allen, R., Davis, D. şi colab. Spectrofotometrie în infraroșu apropiat pentru diagnosticul disfuncției erectile vasculogene. Int J Impot Res. 2000; 12: 247
  2. Vezi în articol
  3. | CrossRef
  4. | PubMed
  5. | Scopus (11)

|

  1. Elhanbly, S. și Elkholy, A. Erecții nocturne ale penisului: rolul RigiScan în diagnosticul disfuncției erectile vasculare. J Sex Med. 2012; 9: 3219–3226
  2. Vezi în articol
  3. | Abstract
  4. | Full text
  5. | Text integral PDF
  6. | PubMed
  7. | Scopus (9)

|

  1. Mohr, DC Disfuncția erectilă: o revizuire a procedurilor de diagnostic și tratament. Clin Psychol Rev. 1990; 10: 123–150
  2. Vezi în articol
  3. | CrossRef
  4. | Scopus (38)

|

  1. Meuleman, EJ, Hatzichristou, D., Rosen, RC și colab. Au fost revizuite teste de diagnostic pentru disfuncția erectilă masculină. J Sex Med. 2010; 7: 2375–2381
  2. Vezi în articol
  3. | Abstract
  4. | Full text
  5. | Text integral PDF
  6. | PubMed
  7. | Scopus (19)

|

  1. Wespes, E., Delcour, C., Struyven, J. şi colab. Cavernometrie-cavernografie: rolul său în impotența organică. Eur Urol. 1984; 10: 229–232
  2. Vezi în articol
  3. | CrossRef
  4. | PubMed
  5. | Scopus (48)

|

  1. Saager, RB și Berger, AJ Caracterizarea directă și îndepărtarea tendințelor de absorbție interferente în mediile tulburi cu două straturi. J Opt Soc Am A Opt Image Sci Vis. 2005; 22: 1874–1882
  2. Vezi în articol
  3. | CrossRef
  4. | PubMed
  5. | Scopus (115)

|

  1. Spinella, M. Rolul sistemelor prefrontale în comportamentul sexual. Int J Neurosci. 2007; 117: 369–385
  2. Vezi în articol
  3. | CrossRef
  4. | PubMed
  5. | Scopus (18)

|

  1. Koenigs, M. și Grafman, J. Neuroanatomia funcțională a depresiei: roluri distincte pentru cortexul prefrontal ventromedial și dorsolateral. Behav Brain Res. 2009; 201: 239–243
  2. Vezi în articol
  3. | CrossRef
  4. | PubMed
  5. | Scopus (342)

|

  1. Thompson, P., Dick, J., Asselman, P. şi colab. Examinarea funcției motorii în leziunile măduvei spinării prin stimularea cortexului motor. Ann Neurol. 1987; 21: 389–396
  2. Vezi în articol
  3. | CrossRef
  4. | PubMed
  5. | Scopus (64)

|

  1. Ferrari, M. și Quaresima, V. O scurtă trecere în revistă a istoriei dezvoltării și a domeniilor de aplicare a spectroscopiei funcționale în infraroșu apropiat uman (fNIRS). Neuroimagine. 2012; 63: 921–935
  2. Vezi în articol
  3. | CrossRef
  4. | PubMed
  5. | Scopus (544)

|