Dorsolateral prefrontal cortex, arbetsminne och prospektiv handlingskodning

admin 0 Comments Articles

Dorsolateral prefrontal cortex, arbetsminne och prospektiv handlingskodning

Den dorsolaterala prefrontala cortexens (DLPFC) roll i kontrollen av beteende är ett ämne som fortfarande är kontroversiellt. Upptäckten av ihållande neurala urladdningar i apornas DLPFC-neuroner under retentionsintervallet vid uppgifter med fördröjd respons (DR) föreslog att denna region är involverad i online-underhåll och hantering av information (dvs. arbetsminne). Funktionell neuroimaging av DLPFC visade att aktiviteten i denna region inte nödvändigtvis sker under hela fördröjningsperioden i en minnesstyrd spatial fördröjd svarsuppgift, utan i stället vid tidpunkten för valet av svar (Rowe et al., 2000). Dessutom förekommer fördröjningsrelaterad aktivitet i DLPFC endast när ett svar kan väljas i början av fördröjningsintervallet (Pochon et al., 2001).

Baserat på dessa resultat föreslog Rowe et al. (2000) att DLPFC skulle spela en roll för valet av representationer för kommande handlingar, snarare än för att behålla sensorisk information. Denna tolkning stämmer överens med studier av funktionell magnetresonansavbildning och transkraniell magnetstimulering som visar att DLPFC också är involverad i uppgifter om val av handlingar utan en strikt arbetsminneskomponent. Denna valberoende aktivitet verkar vara starkare när försökspersoner fritt väljer en handling än när försökspersoner reagerar på explicita rörelsesignaler. DLPFC uppvisar dessutom en stor flexibilitet när det gäller vilken typ av information som kan bearbetas. Även om DLPFC är aktivt under urvalsuppgifter oavsett modalitet, beror den effektiva konnektiviteten (dvs. det inflytande som aktiviteten i en region har på aktiviteten i en annan region) mellan DLPFC och bakre hjärnområden på typen av bearbetad information och på uppgiftskraven (Egner och Hirsch, 2005; Rowe et al., 2005). Dessa neuroimagingstudier tyder på att den dorsolaterala prefrontala cortexen kan vara involverad i handlingsval och skulle kunna spela en specifik roll i top-down-kontrollen av den neurala aktiviteten i regioner som bearbetar uppgiftsrelevanta representationer. Dessa avbildningsstudier tar dock inte upp den faktiska neurala bearbetningen inom denna region.

En neurofysiologisk studie av Procyk och Goldman-Rakic (2006), som nyligen publicerades i Journal of Neuroscience, kompletterar och informerar ytterligare om resultaten av neuroavbildningen. I deras experiment fick makakapor utföra två rumsliga uppgifter . I den första uppgiften, DR-uppgiften, fick aporna en av fyra rumsliga platser som ledtråd och skulle utföra en rörelse mot det ledtrådsmärkta målet efter en fördröjningsperiod under vilken det inte fanns någon visuell input. Denna uppgift motsvarar det klassiska paradigmet med fördröjd respons. I den andra uppgiften, problemlösningsuppgiften (PS), informerades aporna inte om vilket av målen som skulle krävas vid varje given prövning. För att bli belönad var apan i stället tvungen att bestämma det korrekta svaret genom försök och misstag (”sökfasen”). Efter att ha löst uppgiften måste den korrekta sekvensen upprepas tre gånger (”upprepningsfasen”). Denna kombination av uppgifter gjorde det möjligt för författarna att jämföra den ihållande neurala avfyrningen i rumsligt selektiva DLPFC-neuroner under den ”vanliga” fördröjningsperioden i en DR-uppgift och under perioden mellan återkoppling av prestationen och förberedelse av nästa svar under sök- och repetitionsfaserna i PS-uppgiften.

Den rumsliga selektiviteten hos de kaudala DLPFC-neuroner som uttrycker fördröjningsrelaterad aktivitet fastställdes under repetitionsperioden i PS-uppgiften. Av de rumsligt inställda cellerna behöll majoriteten sin rumsliga selektivitet över uppgifter (PS och DR) och faser (sökning och repetition) . För att ta reda på om fördröjningsperiodens avfyrning av dessa neuroner avspeglade kodningen av den tidigare plats som apan rörde sig till eller kodade den kommande rörelseplatsen, analyserades aktiviteten under sökförsök i enlighet med tidigare eller kommande svar . Rumslig selektivitet av neuronala svar fanns endast när det gällde kommande svar, vilket tyder på en dominans av en prospektiv kodning av den kommande rörelsen, snarare än retrospektiv kodning av information.

Detta resultat stämmer väl överens med selektionsberoende aktivering av DLPFC (Rowe et al., 2000) och förklarar den fördröjningsrelaterade aktivering som rapporteras i fördröjda svarsuppgifter. Dessutom var DLPFC:s neuronala avfyrning starkare under sökningen än under repetitionsfasen i PS-uppgiften i slutet av och mellan försöken , vilket liknar den ökade DLPFC-aktivitet som hittats i avbildningsstudier om fritt val av handlingar.

Under PS-uppgiften blev befolkningsaktiviteten successivt mer rumsligt selektiv omedelbart efter felaktiga svar, i den första fasen av fördröjningsperioden, när ett nytt svar måste väljas. Den rumsliga selektiviteten blev starkare fram till det första korrekta försöket, när apan hade identifierat det korrekta svaret. Denna modulering av DLPFC-aktiviteten efter uppgiftsperioden fick Procyk och Goldman-Rakic att föreslå att ”de adaptiva egenskaperna hos prefrontal fördröjningsaktivitet förväntas återspegla de grundläggande mekanismer genom vilka de påverkar anslutna strukturer” (Procyk och Goldman-Rakic, 2006). Återigen kompletterar detta resultat neuroimagingstudier, där större koppling mellan DLPFC och bakre hjärnregioner kan ses under fritt urval av information, när den regel som krävs för urvalet är okänd (Rowe et al., 2005). För att välja rätt information som behövs för den aktuella uppgiften interagerar DLPFC med andra uppgiftsspecifika områden som bearbetar specifik stimulusrelaterad information, vilket potentiellt kan styra bearbetningen i de bakre områdena så att den passar den aktuella uppgiften.

Och även om resultaten från den aktuella studien tycks stämma ganska väl överens med tidigare avbildningsstudier, förblir de exakta mekanismerna som är ansvariga för ökningarna av den effektiva konnektiviteten, liksom utvecklingen av den neurala aktiviteten i de mer bakre målområdena, okända. Det skulle vara intressant att på neurofysiologisk nivå se förändringarna i neuronal aktivitet under problemlösningsuppgifter för icke rumsliga ledtrådar, och hur celler i prefrontala och posteriora områden synkroniseras när beteendet fortskrider. Eftersom Procyk och Goldman-Rakic (2006) fokuserade på en rumslig uppgift skulle en logisk fortsättning vara att studera dessa processer hos icke-mänskliga primater med hjälp av olika stimuli och olika stimulusmodaliteter. Experimenten av Procyk och Goldman-Rakic (2006) utgör en byggsten för sådana studier.