大脑控制中心的灰色问题与处理奖励的能力有关; 沉迷于可卡因的人们的结构功能障碍(2011)

ScienceDaily(11月29,2011) —您大脑的决策,思想处理部分中的灰质越多,评估奖励和后果的能力就越强。 这似乎是一个显而易见的结论,但是美国能源部布鲁克海文国家实验室进行的一项新研究首次表明了健康人的结构与功能之间的联系,以及可卡因成瘾者的结构与功能都受到损害。

这项研究发表在 认知神经科学杂志.

穆罕默德·帕尔瓦兹(Muhammad Parvaz)表示:“这项研究首次证明了奖励大脑前额叶皮层部分中涉及高级执行功能的大脑灰质结构完整性处理的重要性,”布鲁克海文实验室的一名博士后研究员,论文的共同主要作者。

“先前在布鲁克海文和其他地方进行的研究已经探究了成瘾中前额叶皮层的结构完整性和奖励处理的功能组件,但这些研究是分开进行的,”帕尔瓦兹说。 他补充说:“我们想知道是否可以将奖励处理的特定功能'映射'到潜在的大脑结构上-两者是否以及如何关联。”

与健康状态相比,已经在一系列神经精神疾病中观察到了灰质量的差异(由神经细胞体组成的脑部物质的数量,而不是形成细胞之间连接的“白质”轴突)。该论文的另一位共同主要作者安娜·科诺娃(Anna Konova)。 她说:“我们想更多地了解这些差异在健康个体和成瘾者中的功能含义。”

为了探索这种结构与功能的关系,科学家们进行了磁共振成像(MRI)脑部扫描,以测量17名健康人和22名可卡因使用者的脑容量。 扫描收集整个大脑的结构测量结果,并且可以逐个体素(相当于三维像素)进行分析,以获取单个大脑区域的详细测量结果。

在MRI扫描的短时间内,科学家还使用了置于研究对象头皮上的电极来测量称为P300的特定电信号(从持续的脑电图或EEG得出的与事件相关的电位,即时间锁定到特定事件)。 此特定措施可以索引与奖励处理有关的大脑活动。 在这些电子录音中,受试者执行了定时的心理任务(根据一组特定的规则按按钮),有望获得不同程度的金钱奖励,从无金钱到每次正确反应的不超过45美分的总潜在奖励$ 50。

研究小组先前的研究表明,在健康受试者中,P300信号的幅度随着所提供的金钱奖励的数量而增加。 然而,可卡因成瘾的个体在P300大脑活动测量中没有表现出这种差异反应,即使他们像健康受试者一样,当潜在奖励更大时,将任务评定为更有趣和令人兴奋。

目前的研究通过将它们首次与结构测量结合起来扩展了这些结果。

科学家使用统计方法寻找在高奖励和无奖励条件下观察到的大脑活动差异(大脑的P300反应随奖励增加而变化了多少)与大脑各个部位的灰质体积之间的相关性。在MRI扫描中逐个体素测量。

在健康受试者中,随着奖励增加,P300信号的变化幅度与前额皮质的三个区域中的灰质体积最强烈相关。

Konova说:“与非奖励条件相比,那些特定区域的灰质含量越高,获得最高金钱奖励的大脑活动就越多。”

与健康受试者相比,上瘾可卡因的人在这些区域的灰质体积减少,在P300脑活动测量的奖励条件之间没有可检测到的差异。 在可卡因上瘾的受试者中,前者和后者之间的结构和功能指标之间也没有显着相关性。

帕尔瓦兹说:“这些发现表明,奖励过程受损可能归因于大脑结构完整性的缺陷,特别是在涉及较高阶认知和情感功能的前额叶皮层区域。” “因此,这项研究验证了通过MRI获得的结构性指标的使用,以指示功能缺陷。”

这对于理解吸毒成瘾者可能会失去控制和不利的决策至关重要,Konova解释说:“这些结构功能缺陷可能会转化为现实世界中的功能失调行为。 具体来说,比较奖励的能力受损,前额叶皮层灰质减少,可能最终导致享乐和控制行为的能力受损,特别是在高风险的情况下(例如,渴望或在压力下)导致个人即使有灾难性后果也要吸毒。”

作者承认,关于大脑结构和功能的这些变化是否是成瘾的原因或后果仍然存在疑问。 但是,如本研究所示,多模态成像技术的使用可能为解决这些以及与理解健康和疾病状态中的人类动机相关的其他问题开辟了新方法,尤其与治疗药物成瘾有关。

这项研究是在布鲁克海文实验室的神经心理成像小组主任Rita Goldstein和论文的相应作者的指导下在布鲁克海文实验室进行的。 负责布鲁克海文MRI设施的国家酒精滥用和酒精中毒研究所的达多·托马西(Dardo Tomasi)和国家药物滥用研究所(NIDA)的主任娜拉·沃尔科(Nora Volkow)是合著者。 这项研究由美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)的Goldstein以及石溪大学(Stony Brook University)的一般临床研究中心资助。