Dorsolaterale prefrontale cortex, werkgeheugen en prospectieve codering voor actie

admin 0 Comments Articles

Dorsolaterale prefrontale cortex, werkgeheugen en prospectieve codering voor actie

De rol van de dorsolaterale prefrontale cortex (DLPFC) in de controle van gedrag blijft een onderwerp van voortdurende controverse. De ontdekking van aanhoudende neurale ontlading in apen DLPFC neuronen tijdens het retentie-interval van delayed-response (DR) taken suggereerde dat dit gebied betrokken is bij on-line onderhoud en manipulatie van informatie (i.e., werkgeheugen). Functionele neuroimaging van de DLPFC toonde aan dat activiteit in deze regio niet noodzakelijkerwijs optreedt gedurende de gehele vertragingsperiode van een geheugen-geleide ruimtelijke vertraagde-respons taak, maar in plaats daarvan op het moment van de respons selectie (Rowe et al., 2000). Bovendien treedt vertraging-gerelateerde activiteit in DLPFC alleen op wanneer een respons kan worden geselecteerd aan het begin van het vertragingsinterval (Pochon et al., 2001).

Gebaseerd op deze resultaten, stelden Rowe et al. (2000) een rol voor van DLPFC voor de selectie van representaties voor komende acties, in plaats van de retentie van sensorische informatie. Deze interpretatie past bij functionele magnetische resonantie imaging en transcraniële magnetische stimulatie studies die laten zien dat DLPFC ook betrokken is bij actie selectie taken zonder een strikt werkgeheugen component. Deze selectie-afhankelijke activiteit lijkt sterker te zijn wanneer proefpersonen vrij een actie selecteren dan wanneer zij reageren op expliciete bewegingscues. Verder vertoont de DLPFC een grote flexibiliteit in het type informatie dat kan worden verwerkt. Hoewel DLPFC actief is tijdens selectietaken ongeacht de modaliteit, is de effectieve connectiviteit (d.w.z. de invloed die activiteit in het ene gebied heeft op activiteit in een ander gebied) tussen DLPFC en posterieure hersengebieden afhankelijk van het type verwerkte informatie en van de taakeisen (Egner en Hirsch, 2005; Rowe et al., 2005). Deze neuroimaging studies suggereren dat de dorsolaterale prefrontale cortex betrokken zou kunnen zijn bij actieselectie en een specifieke rol zou kunnen spelen in top-down controle van neurale activiteit in gebieden die taak-relevante representaties verwerken. Deze beeldvormende studies gaan echter niet in op de feitelijke neurale verwerking binnen deze regio.

Een neurofysiologische studie van Procyk en Goldman-Rakic (2006), onlangs gepubliceerd in het Journal of Neuroscience, vult de neuroimaging resultaten aan en informeert ze verder. In hun experiment moesten makaakapen twee ruimtelijke taken uitvoeren. In de eerste taak, de DR taak, werden apen getoucheerd op een van de vier ruimtelijke locaties en moesten ze een beweging uitvoeren naar het getoucheerde doel na een vertragingsperiode waarin er geen visuele input was. Deze taak komt overeen met het klassieke vertraagde-respons paradigma. In de tweede taak, de probleem-oplos-taak (PS), werd de apen niet verteld welke van de doelen nodig zou zijn op een gegeven proef. In plaats daarvan moest de aap, om beloond te worden, de juiste respons bepalen door trial and error (“zoek”-fase). Na het oplossen van de taak moest de juiste volgorde drie keer herhaald worden (“herhaling” fase). Deze combinatie van taken stelde de auteurs in staat om aanhoudende neurale vuren in ruimtelijk selectieve DLPFC neuronen te vergelijken tijdens de “standaard” vertragingsperiode van een DR taak en tijdens de periode tussen prestatie feedback en voorbereiding van de volgende respons tijdens de zoek- en herhalingsfasen van de PS taak.

De ruimtelijke selectiviteit van caudale DLPFC neuronen die vertragingsgerelateerde activiteit tot expressie brengen werd bepaald tijdens de herhalingsperiode van de PS taak. Van de ruimtelijk afgestemde cellen behield de meerderheid hun ruimtelijke selectiviteit over de taken (PS en DR) en fasen (zoeken en herhaling) heen. Om te onderzoeken of de vertraging-periode vuren van deze neuronen weerspiegelde de codering van het verleden locatie waarnaar de aap bewoog of gecodeerd de komende beweging locatie, werd de activiteit tijdens het zoeken trials geanalyseerd op basis van eerdere of komende reacties . Ruimtelijke selectiviteit van neuronale responsen was alleen aanwezig in het geval van komende responsen, wat een predominantie suggereert van een prospectieve codering van de komende beweging, in plaats van retrospectieve codering van informatie.

Dit resultaat past goed bij selectie-afhankelijke activering van de DLPFC (Rowe et al., 2000) en verklaart de vertraging-gerelateerde activering gerapporteerd in vertraagde-respons taken. Bovendien was het vuren van DLPFC neuronen sterker tijdens de zoekfase dan tijdens de herhalingsfase van de PS taak aan het eind van en tussen de trials , vergelijkbaar met de verhoogde DLPFC activiteit gevonden in beeldvormingsstudies over vrije selectie van acties.

Tijdens de PS taak werd de populatie activiteit progressief meer ruimtelijk selectief direct na incorrecte responsen, in de eerste fase van de vertragingsperiode, wanneer een nieuwe respons geselecteerd moest worden. Ruimtelijke selectiviteit werd sterker tot de eerste juiste proef, wanneer de aap de juiste respons had geïdentificeerd. Deze modulatie van DLPFC activiteit per taakperiode bracht Procyk en Goldman-Rakic ertoe te suggereren dat “de adaptieve eigenschappen van prefrontale vertragingsactiviteit naar verwachting de basismechanismen weerspiegelen waarmee ze verbonden structuren beïnvloeden” (Procyk en Goldman-Rakic, 2006). Ook dit resultaat is een aanvulling op neuroimaging studies, waarin een grotere koppeling tussen DLPFC en posterior hersengebieden kan worden gezien tijdens vrije selectie van informatie, wanneer de regel die nodig is voor selectie onbekend is (Rowe et al., 2005). Om de juiste informatie te selecteren die nodig is voor de taak bij de hand, interageert DLPFC met andere taakspecifieke gebieden die specifieke stimulus-gerelateerde informatie verwerken, waardoor mogelijk de verwerking in posterieure gebieden wordt bevooroordeeld om aan te sluiten bij de taak bij de hand.

Hoewel de resultaten van de huidige studie vrij goed lijken overeen te stemmen met eerdere beeldvormende studies, blijven de precieze mechanismen die verantwoordelijk zijn voor de toename in effectieve connectiviteit, evenals de evolutie van neurale activiteit in meer posterieure doelgebieden, onbekend. Het zou interessant zijn om op neurofysiologisch niveau de veranderingen in neuronale activiteit te zien tijdens probleem-oplossende taken voor niet-ruimtelijke signalen, en hoe cellen in prefrontale en posterieure gebieden synchroniseren naarmate het gedrag vordert. Omdat Procyk en Goldman-Rakic (2006) zich richtten op een ruimtelijke taak, zou een logisch vervolg zijn om deze processen te bestuderen bij niet-menselijke primaten met gebruikmaking van andere stimuli en andere stimulus modaliteiten. De experimenten van Procyk en Goldman-Rakic (2006) leveren een bouwsteen voor dergelijke studies.