Effects of naltrexone on resting-state functional connectivity

Autor: Reinhardt, Pablo Nino
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2019
DOI: 10.25365/thesis.57396
Popis: Die Methode der funktionellen Magnetresonanztomographie im Ruhezustand (rs-fMRI), die es ermöglicht, spontane neuronale Fluktuationen im Gehirn im Ruhezustand zu messen, hat in den letzten Jahren in den Neurowissenschaften an Bedeutung gewonnen. Unter anderem hat rs-fMRI zu einem vertieften Verständnis neuronaler Modulationen funktioneller Konnektivität, sowohl in gesunden als auch klinischen Populationen beigetragen. Zusammen mit dem Potential von maschinellem Lernen (ML) wurde es immer populärer, mithilfe von rs-fMRI den Einfluss neuropharmakologisch aktiver Substanzen, wie beispielsweise Naltrexon (NTX), auf neuronale Konnektivität zu messen. NTX, ein hochwirksamer non-selektiver Opioid Rezeptor Antagonist, der häufig Verwendung in der Behandlung von Abhängigkeitserkrankungen findet, wurde in den sozialen, kognitiven und affektiven, Neurowissenschaften auch immer wieder für die Manipulation neuronaler Aktivität im Zusammenhang mit Belohnung oder Empathie für Schmerz in gesunden als auch klinischen Populationen herangezogen. Jedoch war es vergangenen Studien, teilweise aufgrund von zu geringer Stichprobengrößen und der methodischen Beschränkung auf univariate fMRI Analyseverfahren, noch nicht möglich konvergierende Ergebnisse hinsichtlich der NTX-induzierten neuronalen Konnektivitätsveränderungen hervorzubringen. Daher sind die Mechanismen NTX-induzierter neuronaler Konnektivitätsveränderungen bisherig noch großteils unverstanden. Unter Verwendung graph-theoretischer, funktioneller und effektiver Konnektivitätsanalysen und aktueller Methoden des ML (tiefe neuronale Netze) zielen wir darauf ab, mit unserem kombinierten methodischen Ansatz Limitationen vorheriger Studien zu überwinden und zu einem vertieften Verständnis von neuronalen Effekten von NTX in gesunden Personen beizutragen. Mit diesem explorativen, multi-methdologischen Ansatz streben wir neue Erkenntnisse bezüglich der neuronalen modulatorischen Effekte von NTX auf Areale wie die insula, den cingulären cortex, sowie präfrontale Areale, die in Empathie und Belohnungsprozesse involviert sind, an. Auf Grundlage unserer Untersuchung können wir zeigen, dass die Administration von NTX in gesunden ProbandInnen zu neuronalen Modulationen in Arealen, die in affektiven Prozessen, Empathie, propriozeptiver Integration und Belohnung involviert sind, führt. Zusammengefasst leistet unsere Studie einen wichtigen Beitrag zum fortgeschrittenen Verständnis der neuronalen Wirkmechanismen von NTX in gesunden ProbandInnen, was sowohl zukünftiger neurowissenschaftlicher als auch klinischer Forschung zugute kommen wird.
Resting state functional magnetic resonance imaging (rs-fMRI) has gained substantial momentum within the field of the neurosciences for its ability to elucidate spontaneous neuronal fluctuations in the brain during rest. Amongst others, this methods has largely contributed to a proliferated understanding of aberrations in neuronal connectivity in healthy and clinical populations alike. Conjoined with the power of machine learning (ML) approaches, it has by these means become increasingly popular to employ rs-fMRI data for investigating the influence of neuropharmacological compounds, such as Naltrexone (NTX), on neuronal connectivity. NTX, a powerful non-selective opioid receptor antagonist, is a commonly administered treatment in substance use disorders, but has also been drawn on to manipulate neuronal activity related to reward or empathy for pain in healthy study populations in experimental paradigms of the social, cognitive and affective neurosciences. However, partially due to rather small sample sizes and a limitation of fMRI analysis to mostly univariate approaches, past research has failed to yield converging evidence on the neuronal effects of NTX. Thus, to date, neuronal connectivity aberrations induced by NTX, especially in healthy subgroups, remain largely unclear. With the aim to bridge limitations of previous research and to do justice to the substantial importance of a proliferated understanding of NTX-induced neuronal connectivity aberrations for both neuroscientific or clinical research, as well as for clinical application, the present study intends to elucidate NTX-related neuronal connectivity modulations in healthy individuals at rest by exploiting joined graph theoretical, functional and effective connectivity analyses as well as ML. This exploratory multi-methodological account thereby aims to investigate key areas eligible for empathy and reward-related processes, encompassing the insula, cingulate, medial and ventrolateral prefrontal cortex. By these means, we are able demonstrate that the intake of NTX entails neuronal aberrations in functional and effective connectivity, as well as changes on a graph theoretical level in regions involved in affective coding, empathy judgement, proprioceptive integration and reward. Taken together, our study lays grounds for an advanced understanding of the mechanism of action of NTX in healthy individuals and, in this vein, will largely benefit future neuroscientific research as well as clinical practice.
Databáze: OpenAIRE
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