Dorsolateral præfrontal cortex, arbejdshukommelse og prospektiv kodning af handling

admin 0 Comments Articles

Dorsolateral præfrontal cortex, arbejdshukommelse og prospektiv kodning af handling

Den dorsolaterale præfrontale cortex’ (DLPFC) rolle i kontrollen af adfærd er fortsat et emne, der er genstand for løbende kontroverser. Opdagelsen af vedvarende neurale udladninger i abe DLPFC-neuroner under retentionsintervallet af opgaver med forsinket respons (DR) foreslog, at denne region er involveret i online vedligeholdelse og manipulation af information (dvs. arbejdshukommelse). Funktionel neuroimaging af DLPFC afslørede, at aktivitet i denne region ikke nødvendigvis forekommer i hele forsinkelsesperioden i en hukommelsesstyret rumlig rumlig forsinket-responsopgave, men i stedet på tidspunktet for valg af respons (Rowe et al., 2000). Desuden forekommer forsinkelsesrelateret aktivitet kun i DLPFC, når et svar kan vælges i begyndelsen af forsinkelsesintervallet (Pochon et al., 2001).

Baseret på disse resultater foreslog Rowe et al. (2000) en rolle for DLPFC for udvælgelse af repræsentationer for kommende handlinger snarere end fastholdelse af sensoriske oplysninger. Denne fortolkning passer med undersøgelser af funktionel magnetisk resonansafbildning og transkraniel magnetisk stimulation, der viser, at DLPFC også er involveret i handlingsvalgsopgaver uden en streng arbejdshukommelseskomponent. Denne udvælgelsesafhængige aktivitet synes at være stærkere, når forsøgspersoner frit vælger en handling, end når forsøgspersoner reagerer på eksplicitte bevægelsessignaler. DLPFC udviser desuden en stor fleksibilitet med hensyn til den type information, der kan behandles. Selv om DLPFC er aktiv under udvælgelsesopgaver uanset modalitet, afhænger den effektive konnektivitet (dvs. den indflydelse, som aktivitet i en region har på aktivitet i en anden region) mellem DLPFC og posteriore hjerneområder af typen af behandlede oplysninger og af opgavekrav (Egner og Hirsch, 2005; Rowe et al., 2005). Disse neuroimaging-undersøgelser tyder på, at den dorsolaterale præfrontale cortex kan være involveret i handlingsvalg og kunne spille en specifik rolle i top-down kontrol af neurale aktivitet i regioner, der behandler opgaverelevante repræsentationer. Disse billeddannelsesundersøgelser omhandler imidlertid ikke den faktiske neurale behandling i denne region.

En neurofysiologisk undersøgelse af Procyk og Goldman-Rakic (2006), der for nylig blev offentliggjort i Journal of Neuroscience, supplerer og informerer yderligere de neuroimageringsmæssige resultater. I deres eksperiment skulle makak aber udføre to rumlige opgaver . I den første opgave, DR-opgaven, fik aberne et stikord om et af fire rumlige steder og skulle udføre en bevægelse mod det stikordsmål efter en forsinkelsesperiode, hvor der ikke var noget visuelt input. Denne opgave svarer til det klassiske paradigme med forsinket respons. I den anden opgave, problemløsningsopgaven (PS), blev aberne ikke informeret om, hvilket af målene der ville blive krævet i et givet forsøg. For at blive belønnet skulle aben i stedet bestemme det korrekte svar ved forsøg og fejl (“søgefasen”). Efter at have løst opgaven skulle den korrekte sekvens gentages tre gange (“gentagelsesfasen”). Denne kombination af opgaver gjorde det muligt for forfatterne at sammenligne vedvarende neurale affyring i rumligt selektive DLPFC-neuroner under den “standard” forsinkelsesperiode i en DR-opgave og i perioden mellem præstationsfeedback og forberedelse af det næste svar under søge- og gentagelsesfaserne i PS-opgaven.

Den rumlige selektivitet af caudale DLPFC-neuroner, der udtrykker forsinkelsesrelateret aktivitet, blev bestemt i løbet af gentagelsesperioden i PS-opgaven. Af de rumligt indstillede celler bevarede flertallet deres rumlige selektivitet på tværs af opgaver (PS og DR) og faser (søgning og gentagelse) . For at tage stilling til, om disse neuroners affyring i forsinkelsesperioden afspejlede kodning af den tidligere placering, som aben bevægede sig til, eller kodede den kommende bevægelsesplacering, blev aktiviteten under søgeforsøg analyseret i henhold til tidligere eller kommende svar . Rumlig selektivitet af neuronale svar var kun til stede i tilfælde af kommende svar, hvilket tyder på en overvægt af en prospektiv kodning af den kommende bevægelse snarere end retrospektiv kodning af information.

Dette resultat passer fint med udvælgelsesafhængig aktivering af DLPFC (Rowe et al., 2000) og forklarer den forsinkelsesrelaterede aktivering rapporteret i opgaver med forsinket respons. Desuden var DLPFC-neuronal fyring stærkere under søgningen end under gentagelsesfasen af PS-opgaven i slutningen af og mellem forsøg , svarende til den øgede DLPFC-aktivitet fundet i billeddannelsesundersøgelser om fri udvælgelse af handlinger.

Under PS-opgaven blev populationsaktiviteten gradvist mere rumligt selektiv umiddelbart efter ukorrekte svar, i den første fase af forsinkelsesperioden, når et nyt svar skulle vælges. Den rumlige selektivitet blev stærkere indtil den første korrekte prøve, da aben havde identificeret det korrekte svar. Denne modulation af DLPFC-aktivitet efter opgaveperiode førte Procyk og Goldman-Rakic til at foreslå, at “de adaptive egenskaber ved præfrontal forsinkelsesaktivitet forventes at afspejle de grundlæggende mekanismer, hvormed de påvirker forbundne strukturer” (Procyk og Goldman-Rakic, 2006). Igen supplerer dette resultat neuroimaging-undersøgelser, hvor større kobling mellem DLPFC og posteriore hjerneområder kan ses under fri udvælgelse af information, når den regel, der kræves til udvælgelse, er ukendt (Rowe et al., 2005). For at udvælge den korrekte information, der er nødvendig for den aktuelle opgave, interagerer DLPFC med andre opgavespecifikke områder, der behandler specifik stimulusrelateret information, hvilket potentielt biaserer behandlingen i posteriore områder for at passe til den aktuelle opgave.

Selv om resultaterne fra den nuværende undersøgelse synes at stemme ganske godt overens med tidligere billeddannelsesundersøgelser, er de præcise mekanismer, der er ansvarlige for stigningerne i effektiv konnektivitet, såvel som udviklingen af neurale aktivitet i mere posteriore målområder, fortsat ukendte. Det ville være interessant at se, på neurofysiologisk niveau, ændringerne i neuronal aktivitet under problemløsningsopgaver for ikke-spatiale stikord, og hvordan celler i præfrontale og posteriore områder synkroniseres, efterhånden som adfærden skrider frem. Da Procyk og Goldman-Rakic (2006) fokuserede på en rumlig opgave, ville en logisk fortsættelse være at undersøge disse processer hos ikke-menneskelige primater ved hjælp af forskellige stimuli og forskellige stimulusmodaliteter. Eksperimenterne af Procyk og Goldman-Rakic (2006) giver en byggesten til sådanne undersøgelser.