Samtidig övervakning av hemodynamiskt svar i den pre-frontala cortex och könsorganet under sexuellt upphörande med hjälp av nära infraröd spektroskopi (2018)

Kommentarer: Naysayers för porrberoende gör påståendet att det inte är neurologiskt att se på naturen än att titta på porr. Naturligtvis är detta påstående nonsens - som denna studie visar.

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

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

Abstrakt

Bakgrund

Övervakningen av hjärnaktivitet tillsammans med könsorganresponsen mot sexuell stimulans kan spela en viktig roll för att förstå de underliggande mekanismerna för sexuell upphetsning samt diagnostisera erektil dysfunktion. Flera studier har observerat hjärnaktivitet som motsvarar sexuell stimuli, men endast ett fåtal studier har visat en samtidig mätning av hjärnaktivering och penisrespons.

Syfte

Att introducera närainfrarödspektroskopi (NIRS) som en bärbar, lätt implementerad och billig teknik för att samtidigt registrera hjärnaktivitet och hemodynamik i könsorganet under sexuell upphetsning.

Metoder

Hemodynamiska mätningar av 15 friska män erhölls med hjälp av ett hembyggt NIRS-system. I det första experimentet mättes hemodynamik i den pre-frontala cortex (N = 10) under visuell sexuell stimulering (VSS) och neutral visuell stimulering (NVS) för att identifiera hjärnaktivitet relaterad till sexuell upphetsning. I det efterföljande experimentet mättes cerebral och penis hemodynamik samtidigt (N = 5) med användning av NIRS under VSS och NVS.

Resultat

Pre-frontal cortex visade aktivitet relaterad till VSS men inte till NVS. Samtidiga mätningar visade en motsvarande ökning av penisoxiderad och deoxygenerad hemoglobinkoncentration som indikerar en ökning av blodvolymen i samband med sexuell upphetsning hos friska män. En genomsnittsresponsfördröjning på 4 sekunder observerades i de hemodynamiska förändringarna mellan hjärnan och könsorganet.

Slutsats

I denna preliminära studie presenterade vi ett NIRS-system som inte bara kunde detektera cerebrala hemodynamiska förändringar relaterade till sexuell upphetsning utan även samtidig mätning av penilhemodynamik. Vi tror att NIRS-systemet kan vara en potentiell teknik för att komplettera området för sexuell medicin och kan utvidgas ytterligare för att diagnostisera erektil dysfunktion.

Kim E, Kim S, Zephaniah P, et al. Samtidig övervakning av hemodynamiskt svar i pre-frontal cortex och könsorgan under sexuell upphetsning med hjälp av infraröd spektroskopi. Sex Med 2018; XX: XXX – XXX.

Nyckelord:

Nära infraröd spektroskopi, hemodynamik, Pre-Frontal Cortex, Visuell Sexuell Stimulering, Erektil dysfunktion

Beskrivning

Oförmågan att uppnå tillräcklig erektion som är tillräcklig för att utföra samlag, känd som erektil dysfunktion (ED), leder till en signifikant negativ inverkan på livskvaliteten. Ett antal psykiska störningar kan bidra till ED såsom stress, depression och prestationsangst. På samma sätt kan det också vara en av de tidigaste manifestationerna av en underliggande allvarlig fysisk sjukdom, inklusive diabetes, multipel skleros eller kardiovaskulära sjukdomar. Att skilja mellan det psykologiska och organiska ursprunget hos ED är alltså en kritisk uppgift för kliniken.

Den normala sexuella upphetsningen innefattar ett antal fysiologiska svar, bland vilka penis erektion är det mest definitiva svaret i den manliga kroppen. Det har också visats att det finns ett neuralt svar under sexuell upphetsning, vilket kan indikera en psykologisk roll i upphetsningsprocessen. Eftersom den psykologiska aspekten kan avslöjas genom hjärnaktivitetsmätningar har många studier försökt förstå hjärnans funktion under sexuell upphetsning. Resultat från dessa studier associerar sexuell upphetsning med många djupa hjärn- och kortikala strukturer hos normala friska män1, 2, 3 vilket tyder på att sexuell upphetsning verkligen är en komplex neuroprocess. De flesta studier har använt positronutsläppstomografi (PET) eller funktionell magnetisk resonansavbildning (fMRI) för att observera hjärnans respons tillsammans med plethysmografi, pneumatisk manschett eller den kommersiella enheten RigiScan (Timm Medical Technologies Inc, Eden Prairie, MN) för att övervaka penile tumescens och styvhet. Men även om PET och fMRI är etablerade tekniker för att övervaka hjärnans aktivitet under sexuell upphetsning, kan de vara tekniskt krävande och dyra. Dessutom måste dessa modaliteter administreras i en klinisk miljö, vilket i stor utsträckning kan påverka psykologiska reaktioner, särskilt för sexuell upphetsning.

I denna studie föreslår vi att använda ett system som möjliggör samtidig övervakning av hjärn- och penilhemodynamik med hjälp av nära infraröd spektroskopi (NIRS). NIRS är icke-invasiv, billig och bärbar, och passar väl för hemodynamisk responsövervakning i en bekväm och naturlig miljö. NIRS har blivit en allmänt använd teknik på det biomedicinska området, särskilt för hjärnforskning.4 Dessutom kan NIRS uppnå högre temporal upplösning, upp till en order av millisekunder, jämfört med fMRI och PET.5 Sådan hög temporal funktion kan spela en viktig roll för att jämföra hjärnan och genitalorganets hemodynamiska svar och hur det påverkas av ED.

NIRS har tidigare visat sig vara ett pålitligt verktyg för att mäta penishemodynamik och samtidigt ge en bekvämare och bekvämare inställning till patienten.6, 7 I motsats till den rådande kommersiella enheten RigiScan, som mäter penile tumescence och styvhet genom slingor bundna till stammen och spetsen av genitalorganet,8, 9 NIRS kan tillhandahålla vaskulogen information med en enkel källdetektorkonfiguration för att minimera obehag för patienten. Andra metoder har tillämpats för att bedöma vaskulär involvering under penile tumescens inklusive selektiv pudendalangiografi, duplex Doppler-ultraljud och cavernosometri.10, 11 Men de är begränsade av den dyra kostnaden och komplexiteten i metodiken. Syftet med denna studie är att introducera NIRS som ett praktiskt alternativ för studier av manlig sexuell upphetsning genom att mäta det vaskulogena tillståndet under penis erektion och samtidig hjärnansvar. Författarna hoppas att studien kommer att leda till att NIRS utnyttjas för att hjälpa till med en korrekt diagnos av ED.

Metoder

Denna studie har granskats och godkänts av Institutional Review Board of Gwangju Institute of Science and Technology (20140319-HR-10-01-02). 15 högerhänt friska män (ålder 24 ± 3 år) deltog i studien. Ämnenna rekryterades genom universitetsannonser. Skriftligt informerat samtycke erhölls från varje ämne före experimentet.

Ett hembyggt NIRS-system som beskrivs i en tidigare studie6 användes för att mäta hjärn- och penilhemodynamik under visuell sexuell stimulering (VSS). I experimentens första del mättes hemodynamik från pre-frontal cortex i 10-ämnen för att identifiera förekomsten av en mätbar förändring i signal relaterad till sexuell upphetsning. I den andra delen mättes den samtidiga förändringen av hemodynamik i både pre-frontal cortex och genitalorgan från 5-ämnen.

NIRS-sonderna bestod av en ljuskälla och detektor, där en monolitisk fotodiod med en-försörjnings-transimpedansförstärkare användes som en ljussensor (OPT101; Texas Instruments Inc, Dallas, TX). Ljuskällan var en ljusemitterande diodgivande våglängder av 735 nm och 850 nm (L735 / 850-40D32; Epitex Inc, Kyoto, Japan). 2-våglängderna från den ljusemitterande diodkällan upplyste successivt vävnaden och det överförda ljuset detekterades av fotodetektorerna. Den kompletta cykeln för datainsamling tar 0.25 sekunder, för en tidsmässig upplösning av 4 Hz.

Placeringen av proberna i pannan och könsorganet visas i Figur 1A, B. Huvudproben hade ett käll-detektorseparationsavstånd på 3 cm, vilket ger ett penetreringsdjup som är tillräckligt för att observera en signal från ytlig hemodynamik och även kortikala områden. Därför användes en kortare kanal på 0.8 cm för att detektera hemodynamisk förändring i ytliga lager och senare undertrycktes kortkanaldata från den längre kanalen för att isolera den kritiska aktiveringen. Huvudproberna fästes av experimententerna med dubbelsidiga lim 20 × 8 skivor (BioSemi Instrumentation, Amsterdam, Nederländerna), vilket möjliggör adekvat fixering av sonder utan obehag för patienten. Penis-NIRS-sensorn fästes av försökspersonerna själva på den högra mediala sidan av könsorganet med medicinsk tejp. Före detta instruerades försökspersonerna om hur man skulle fästa sonden korrekt på könsorganet. Efter att ha bekräftat en stabil signal för de två sonderna kontrollerades experimentprotokollet på distans av experimentet i ett separat rum. Sondarna för könsorganet utformades med en källdetektoravskiljning på 2 cm för att ge ett penetreringsdjup tillräckligt för att övervaka hemodynamiska förändringar från corpus cavernosum.6

Öppnar stor bild

Figur 1

Placeringen av nära infraröda spektroskopiprober: på pannan (A) och könsorganet (B). C, Tid för proceduren för experimenten. SD = kort sträcka.

Visa Stor Bild | Visa Hi-Res-bild | Ladda ner PowerPoint Slide

Schematiskt diagram för försöksprotokollet visas i Figur 1C. För att minska antalet rörelseartefakter instruerades ämnena att vara rörliga i en bekväm stol och att fokusera på en bildskärm. 2 Olika videoklipp visades föregås av en svart skärm med ett vitt kors. För att framhäva hjärnaktivitet från sexuell upphetsning snarare än enkel visuell stimulans visades videoklipp med en erotisk episod (VSS) och en neutral video med naturen (neutral visuell stimulering [NVS]) till ämnet. I det första experimentet randomiserades ordningen för VSS och NVS mellan 10-ämnena för att göra en klar skillnad mellan de hemodynamiska svaren från båda visuella stimulanserna. I det andra experimentet visades VSS före NVS. Det erotiska klippet omfattade samlag mellan en man och en kvinna. Under viloperioderna uppmanades ämnena att fokusera på andningen för att återställa hjärtfrekvensen till ett normalt tillstånd. Varaktigheten och sekvensen av klippen hölls okänd för individerna för att förhindra förmognad upphetsning och / eller dagdrömning.

Ljusintensitetsdämpning omvandlades till förändringar i oxygenerad hemoglobin (HbO) och deoxygenerad hemoglobin (Hb) -koncentration genom att tillämpa den modifierade Beer-Lambert-lagen. Hjärtpulsations- och respirationssignaler avlägsnades från NIRS-data genom att använda ett Butterworth lågpassfilter med cutoff-frekvens vid 0.6 Hz. De hemodynamiska förändringarna från det ytliga skiktet undertrycktes från pannkanalerna genom skalning och subtraktion av kortdistanssond-signalen från långdistanssond-signalerna över hela mätningen.12 Förändringarna av HbO och Hb-koncentrationen i hjärnan och könsorganet jämfördes under 2 olika visuella stimulanser.

Resultat

De genomsnittliga hemodynamiska förändringarna i slutet av de visuella stimuli jämfört med början av stimuli för alla försökspersoner i det första experimentet som övervakar endast cerebral hemodynamik (N = 10) visas i Figur 2. En statistiskt signifikant skillnad uppstod mellan VSS och NVS (P <.01, α = 0.01) men inte mellan höger och vänster halvklot (P > .05) med ett 2-svansparat Wilcoxon-test.

Öppnar stor bild

Figur 2

Genomsnittlig koncentrationsförändring i cerebral hemodynamik mellan slutet och början av stimuleringen (N = 10). En signifikant skillnad (∗) i hemodynamik hittades mellan visuell sexuell stimulering (VSS) och neutral visuell stimulering (NVS). Ingen signifikant skillnad hittades mellan höger och vänster halvklot för båda fallen. DPF = differentiell väglängdsfaktor.

Visa Stor Bild | Visa Hi-Res-bild | Ladda ner PowerPoint Slide

Det genomsnittliga hemodynamiska svaret i den pre-frontala cortex och könsorganet under samtidig mätning (N = 5) visas i Figur 3. De tidsmässiga profilerna av cerebral hemodynamik vid samtidig mätning skilde sig inte särskilt från föregående oberoende mätning. Pre-frontal respons under VSS visar en dramatisk ökning av HbO och en mindre intens minskning av Hb i pre-frontal cortex jämfört med baslinjen. Förändringen av cerebral hemodynamik under VSS medföljer en ökning av både HbO och Hb i könsorganet vilket indikerar en ökning av blodvolymen förknippad med en framgångsrik penis erektion. Påbörjandet av penisresponsen observerades att fördröja med i genomsnitt 4 ± 1.5 sekunder från uppkomsten av cerebral hemodynamisk förändring under VSS. När VSS upphörde börjar både hjärn- och penilhemodynamiken minska, med cerebral HbO och Hb-trending mot ett baslinje tillstånd, medan den totala blodvolymen i genitalorganet minskar. Initiering av NVS visar ett minimalt svar i både cerebral och penile hemodynamik.

Öppnar stor bild

Figur 3

De genomsnittliga hemodynamiska förändringarna under samtidig mätning (N = 5) (ensidiga felstaplar representerar SD). Perioder av visuell sexuell (röd region) och neutral visuell (blå region) stimulering. DPF = differentiell väglängdsfaktor; HbO = syresatt hemoglobin; Hb = deoxigenerat hemoglobin.

Visa Stor Bild | Visa Hi-Res-bild | Ladda ner PowerPoint Slide

Diskussion

I den här studien erbjuder NIRS samtidig mätning av hjärnaktivitet och penisrespons på sexuell stimulans, vilket inte bara ger förutsättning för penisvaskulaturen och hjärnfunktionen utan också direkt kopplar deras svar på sexuell upphetsning. Med NIRS kunde vi identifiera hemodynamiska förändringar i pre-frontal cortex relaterad till VSS. De hemodynamiska förändringarna i pre-frontal cortex kan beskrivas med en ökning av HbO och en motsvarande minskning i Hb. Detta hemodynamiska mönster kan förklaras med neurovaskulär koppling och kan således identifieras som ett mått på neural aktivitet som indikerar att pre-frontal cortex aktiverades under VSS. Dessutom orsakade det neutrala videoklippet inte signifikanta förändringar av hemoglobinkoncentrationen i motsats till VSS, vilket indikerar att pre-frontal cortex är starkt aktiverad som svar på sexuell upphetsning snarare än visuella stimuli. Studien innebär inte direkt involvering av pre-frontal cortex vid utlösande penis erektion. Pre-frontal cortex är dock känd för att vara involverad i högre kognitiva processer inklusive sexuella önskningar13 och är underaktiverad hos patienter med större depression,14 vilket gör detta till en anmärkningsvärd funktion för att identifiera psykologisk ED.

Under de samtidiga mätningarna visade alla ämnen ett penissvar mot sexuell upphetsning, kännetecknad av en ökning av koncentrationen av både HbO och Hb som en följd av en ökning av den totala blodvolymen. Den dramatiska ökningen av den totala blodvolymen som utlöses av sexuell stimulering är förknippad med en hälsosam penis erektion, medan den otillräckliga förändringen i blodvolymen kan indikera vaskulär ED.7 Förseningen mellan svar i hjärnan och könsorganet är ett normalt fysiologiskt svar, vilket innebär att sexuell upphetsning först initierades i hjärnan och framgångsrikt manifesterades i könsorganet. En långvarig tidsfördröjning mellan svaren kan vara en indikation på några neurologiska störningar.15

Med tanke på det framtida genomförandet av denna teknik i en medicinsk miljö, där enkelheten att administrera ett förfarande har stor inverkan, bestämde vi oss för att endast registrera hemodynamiska förändringar från pre-frontalloben. NIRS kan dock enkelt utvidgas till att mäta hela cortexen.16 Den största bristen på NIRS vid detektering av cerebral hemodynamik är den höga kontamineringen av systemiska hemodynamiska förändringar inom ytliga skikt av huvudet som minskar noggrannheten hos NIRS för att detektera hjärnaktivitet. För att lösa detta problem tillämpade vi en ytterligare kanal med kort avstånd mellan källa och detektor, vilket registrerar hemodynamiken oftast från ytliga lager (hårbotten och skalle). Tekniken tillåter oss att undertrycka det fysiologiska bruset och extrahera kortikala signaler som är relaterade till stimuleringsuppgiften.

Slutsats

I denna preliminära studie har våra resultat visat att NIRS är ett användbart verktyg för att bekvämt observera de hemodynamiska förändringar som hjärnan och kroppen genomgår under sexuell stimulans med ett enda system. I framtida studier planerar vi att utöka befolkningen i det nuvarande arbetet med att inkludera ett större antal ämnen inklusive patienter med olika fall av ED med målet att förbättra diagnosen ED.

Förklaring av författarskap

Kategori 1

  • (A)

Conception och Design

  • Evgenii Kim; Jae Gwan Kim
  • (B)

Förvärv av data

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

Analys och tolkning av data

  • Evgenii Kim; Kwangsung Park; Jae Gwan Kim

Kategori 2

  • (A)

Utarbeta artikeln

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

Ändra den för intellektuellt innehåll

  • Evgenii Kim; Kwangsung Park

Kategori 3

  • (A)

Slutlig godkännande av den slutförda artikeln

  • Jae Gwan Kim

Referensprojekt

  1. Arnow, BA, Desmond, JE, Banner, LL et al. Hjärnaktivering och sexuell upphetsning hos friska, heterosexuella män. Hjärna. 2002; 125: 1014-1023

|

  1. Miyagawa, Y., Tsujimura, A., Fujita, K. et al. Differentiell hjärnbearbetning av audiovisuella sexuella stimuli hos män: jämförande positronemissionstomografistudie av initiering och upprätthållande av penile erektion under sexuell upphetsning. Neuroimage. 2007; 36: 830-842
  2. Visa i artikel
  3. | CrossRef
  4. | PubMed
  5. | Scopus (35)

|

  1. Moulier, V., Mouras, H., Pélégrini-Issac, M. et al. Neuroanatomiska korrelater av penis erektion framkallad av fotografiska stimuli hos män. Neuroimage. 2006; 33: 689-699
  2. Visa i artikel
  3. | CrossRef
  4. | PubMed
  5. | Scopus (75)

|

  1. Boas, DA, Dale, AM och Franceschini, MA Diffus optisk bildbehandling av hjärnaktivering: metoder för att optimera bildkänslighet, upplösning och noggrannhet. Neuroimage. 2004; 23: S275-S288
  2. Visa i artikel
  3. | CrossRef
  4. | PubMed
  5. | Scopus (436)

|

  1. Jasdzewski, G., Strangman, G., Wagner, J. et al. Skillnader i det hemodynamiska svaret mot händelsesrelaterad motor och visuella paradigmer som uppmätt med nära infraröd spektroskopi. Neuroimage. 2003; 20: 479-488
  2. Visa i artikel
  3. | CrossRef
  4. | PubMed
  5. | Scopus (164)

|

  1. Kim, E., Lee, S., Phillips, Z. et al. En skillnad mellan penishemodynamik under visuell sexuell stimulering observerad med nära-infraröd spektroskopi. BMC Urol. 2015; 15: 11
  2. Visa i artikel
  3. | CrossRef
  4. | PubMed
  5. | Scopus (2)

|

  1. Burnett, A., Allen, R., Davis, D. et al. Nära infraröd spektrofotometri för diagnos av vaskulär erektil dysfunktion. Int J Impot Res. 2000; 12: 247
  2. Visa i artikel
  3. | CrossRef
  4. | PubMed
  5. | Scopus (11)

|

  1. Elhanbly, S. och Elkholy, A. Nattliga penile erektioner: RigiScans roll vid diagnos av vaskulär erektil dysfunktion. J Sex Med. 2012; 9: 3219–3226
  2. Visa i artikel
  3. | Abstrakt
  4. | Hela texten
  5. | Fulltext PDF
  6. | PubMed
  7. | Scopus (9)

|

  1. Mohr, DC Erektil dysfunktion: en genomgång av diagnostiska och behandlingsmetoder. Clin Psychol Rev. 1990; 10: 123-150
  2. Visa i artikel
  3. | CrossRef
  4. | Scopus (38)

|

  1. Meuleman, EJ, Hatzichristou, D., Rosen, RC et al. Diagnostiska tester för manlig erektil dysfunktion återbesökt. J Sex Med. 2010; 7: 2375–2381
  2. Visa i artikel
  3. | Abstrakt
  4. | Hela texten
  5. | Fulltext PDF
  6. | PubMed
  7. | Scopus (19)

|

  1. Wespes, E., Delcour, C., Struyven, J. et al. Cavernometry-cavernography: dess roll i organisk impotens. Eur Urol. 1984; 10: 229-232
  2. Visa i artikel
  3. | CrossRef
  4. | PubMed
  5. | Scopus (48)

|

  1. Saager, RB och Berger, AJ Direkt karakterisering och avlägsnande av störande absorptionstrender i tvåskikts grumliga medier. J Opt Soc Am A Opt Image Sci Vis. 2005; 22: 1874–1882
  2. Visa i artikel
  3. | CrossRef
  4. | PubMed
  5. | Scopus (115)

|

  1. Spinella, M. Prefrontala systemets roll i sexuellt beteende. Int J Neurosci. 2007; 117: 369-385
  2. Visa i artikel
  3. | CrossRef
  4. | PubMed
  5. | Scopus (18)

|

  1. Koenigs, M. och Grafman, J. Den funktionella neuroanatomin av depression: olika roller för ventromedial och dorsolateral prefrontal cortex. Behav Brain Res. 2009; 201: 239-243
  2. Visa i artikel
  3. | CrossRef
  4. | PubMed
  5. | Scopus (342)

|

  1. Thompson, P., Dick, J., Asselman, P. et al. Undersökning av motorfunktion i ryggmärgsskador genom stimulering av motorcortex. Ann Neurol. 1987; 21: 389-396
  2. Visa i artikel
  3. | CrossRef
  4. | PubMed
  5. | Scopus (64)

|

  1. Ferrari, M. och Quaresima, V. En kort översikt över historien om mänsklig funktionell nära-infraröd spektroskopi (fNIRS) utveckling och användningsområden. Neuroimage. 2012; 63: 921–935
  2. Visa i artikel
  3. | CrossRef
  4. | PubMed
  5. | Scopus (544)

|