Although alcohol ingestion, particularly in excess, is well known to result in physiological, cognitive and behavioral dysfunctions in animals, the effect of alcohol on brain dynamics is poorly understood. The aim of this study was to examine the effect of alcohol and cognition on cortical complexity and functional connectivity in healthy subjects.
EEGs were recorded before alcohol consumption as a baseline and 1 hour after acute alcohol consumption (alcohol dose: 1.5g/kg) from 14 healthy males in a resting condition and during a mental arithmetic task.
The approximate entropy (ApEn), a statistical measure of regularity, was used to estimate the complexity of EEG recordings and partial directed coherence (PDC) was used to measure the directional information inflow between cortical regions.
We found that, in subjects after alcohol administration, the EEG exhibited significantly decreased ApEn values in the parietal, temporal, and occipital regions, compared with normal states. More significantly, The PDC analysis revealed that the subjects after alcohol consumption exhibited an increase in PDC values (i.e. functional connectivity) in delta, theta, and alpha bands in the frontal regions and a decrease in right hemisphere dominant synchronizations.
These results suggest that alcohol consumption produce a decrease in complexity and abnormal rearrangement in functional connectivity, possibly arising from the cortical impairment due to alcohol consumption. Our findings support the idea that the ApEn and PDC can be useful assessment tools for evaluating the effects of alcohol on the brain dynamics.
알코올은 담배와 더불어 중독이 가능한 약물 중에서 가장 널리 사람들에게 이용되는 약물이다. 적절한 알코올의 섭취는 건강에 좋다는 보고들도 있으나, 그 섭취량이 과도하게 되면 생리학적, 인지기능적, 그리고 사회-경제적으로도 많은 문제를 야기하는 것으로 잘 알려져 있다. 그러나 알코올의 섭취가 대뇌 동역학에 미치는 영향은 크게 알려지지 않은 상태이다.
본 논문은 정상인들이 급성으로 알코올을 섭취하였을 경우에, 알코올이 뇌파에 미치는 영향을 측정해 보고자 하였다. 16개의 채널에서 각각 측정된 뇌파의 복잡성을 알아보기 위해 근사엔트로피라는 방법을 사용하였고, 16채널이 이루는 쌍들 간의 기능적 연결성을 측정하기 위해 Partial Directed Coherence (PDC)라는 분석방법을 이용하였다. 근사엔트로피는 노이즈가 있는 짧은 시계열의 데이터에서도 효과적으로 그 신호의 예측가능성을 정량화 해주는 분석방법이고, 특히 PDC는 두 채널간의 정보의 교류에 대한 양적 정보만이 아니라 직접적인 방향성을 제시해주는 새로운 분석방법이다.
본 연구는 정상인이 급성으로 알코올을 섭취했을 경우에 측두엽, 두정엽, 그리고 후두엽 영역에서 뇌파의 복잡성이 감소하는 것을 관찰하였고, 기능적 연결성의 경우에는 전두엽 영역에서 증가되면서 오른쪽 대뇌 반구에서 감소되는 경향을 측정하였다. 또한 계산능력을 사용할 경우 왼쪽 대뇌 반구에서 기능적 연결성이 최적화되면서 뇌가 인지기능을 수행한다는 것을 알 수 있었다.
본 논문은 뇌파의 활동을 동역학적으로 정량화하는 분석법이 알코올이 대뇌에 미치는 작용 기작을 알아내기에 유용한 도구임을 제시하였으며, 대뇌의 인지기능을 위해서 뇌의 각 영역들이 서로 최적화된 정보의 교류를 한다는 것을 제시할 수 있다.
