Frontiere în neuroștiința umană

Introducere

O lucrare anterioară a laboratorului nostru (Shalom, 2009) a susținut că procesarea neurocognitivă poate fi împărțită în trei niveluri: (1) un nivel de bază care implică procesarea cognitivă primară, emoțională și senzorio-motorie. De exemplu, un sunet puternic și neașteptat care este perceput în sistemele auditiv-senzoriale primare ar putea declanșa răspunsuri emoționale fiziologice, cum ar fi frica (bătăi rapide ale inimii etc.). (2) un nivel integrativ, care combină rezultatul tuturor proceselor primare de la nivelul de bază și formează un sens, o experiență sau un comportament global-coerent. De exemplu, reprezentările mentale ale diferitelor elemente primare care constituie răspunsul emoțional de frică au ca rezultat un sentiment conștient de frică. (3) Un nivel logic, care formează reguli logice abstracte (reguli dacă-atunci) de la nivelul de bază (de exemplu, „Dacă am bătăi rapide ale inimii și transpirație rece, atunci s-ar putea să-mi fie frică”) și este, de asemenea, implicat în selecție și inhibiție (de exemplu, controlul impulsurilor emoționale). Această arhitectură pe trei niveluri a fost aplicată la patru domenii psihologice generale: emoție, memorie, senzație-percepție și motorie. Shalom (2009) s-a concentrat asupra celui de-al doilea nivel, cel integrativ, și asupra relației sale cu cele patru domenii psihologice. De asemenea, a susținut că aceste patru tipuri de integrare sunt deservite de patru subzone diferite ale cortexului prefrontal medial: Aria Brodmann (BA) 11 (percepție), BA 10 (memorie), BA 9 (emoție) și BA 8 (motor). În cele din urmă, a prezentat dovezi că un deficit selectiv în aceste zone BA și aceste tipuri de procese integrative stau la baza unora dintre deficitele comune în TSA (tulburări din spectrul autist).

Revizuirea actuală încearcă să efectueze o analiză similară pentru cortexul prefrontal lateral (LPFC), trecând de la zonele prefrontale mediale relevante la omologii lor laterali: BA 11/BA 47 (percepție), BA 10/BA 46 (memorie), BA 9 (emoție) și BA 8 (motor) (Figura 1), (cf. distincția dintre clusterele 1, 2, 3 și 4 ale cingulatului anterior în Beckmann et al. (2009). Aceasta aduce dovezi că o atipicitate selectivă în aceste zone BA și un deficit selectiv în procesele de selecție/inhibiție în aceste patru domenii cognitive este implicat în unele dintre deficitele comune în ADHD (tulburarea de hiperactivitate cu deficit de atenție), cum ar fi dificultățile de inhibare a răspunsurilor motorii (de ex, incapacitatea de a inhiba mișcările nepotrivite), concentrarea perceptuală (de exemplu, incapacitatea de a ignora distragerea atenției) și reacțiile emoționale (de exemplu, incapacitatea de a controla impulsurile) (Barkley, 1997; Nigg, 1999).

Percepție

Selecția și inhibiția perceptivă și BA 11/47 laterală

Există dovezi că selecția și inhibiția perceptivă sunt susținute de rețele neuronale care implică partea laterală a BA 11/47 din LPFC. Într-un model propus de Zsuga et al. (2016), se sugerează că cortexul orbitofrontal (OFC) joacă un rol major în selecția stimulilor vizuali în funcție de cerințele sarcinii. în mod specific, ei sugerează că partea medială a OFC joacă un rol central în integrarea și clasificarea informațiilor despre stimulii din mediul înconjurător și contextul acestora, în timp ce partea laterală a OFC este implicată în atribuirea și actualizarea parametrilor de selecție în funcție de valorile specifice sarcinii ale stimulilor disponibili. În sprijinul acestei afirmații, într-un studiu, Howard și Kahnt (2017) au arătat că partea laterală a BA 11 este implicată în codificarea valorilor orientate spre scop ale stimulilor olfactivi. Ei au prezentat participanților înfometați cu două mirosuri alimentare preferate și le-au cerut să aleagă dacă să miroasă unul sau celălalt. Ulterior, participanților li s-a dat să mănânce unul dintre cele două alimente și li s-a permis să aleagă din nou între cele două mirosuri. Schimbarea preferinței față de mirosul nesărat a fost reflectată de o schimbare a activității în partea laterală a BA 11/47. Mai mult, s-a demonstrat că BA 11/47 laterală este implicată în respingerea stimulilor irelevanți (Kaufman et al., 2016).

S-a demonstrat, de asemenea, că BA 11/47 laterală este implicată în menținerea stimulilor vizuali în memoria de lucru și în ghidarea selecției vizuale. Într-un studiu, Soto și colab. (2007), au comparat două condiții ale unei selecții vizuale amorsate în care amorsa a fost afișată fie o dată, fie de două ori. Activarea laterală BA 11/47 a fost mai mare atunci când prime-ul a fost arătat de două ori, totuși, s-a constatat o reducere a activării atunci când stimuli similari au fost repetați pasiv de două ori (fără o fază de selecție vizuală și, prin urmare, fără relevanță pentru sarcină).

În cele din urmă, conform lui Price (2007), BA 11 lateral face parte din rețeaua orbitală senzorială.

ADHD și selecția și inhibiția vizuală

Există dovezi că copiii și adulții cu ADHD au probleme cu inhibarea stimulilor vizuali și auditivi irelevanți. De exemplu, adulții cu ADHD au prezentat mai multe efecte de interferență (adică probleme în inhibarea stimulilor irelevanți) decât controalele atunci când li s-a cerut să completeze o sarcină de reamintire în timp ce ignorau un zgomot de fond (Pelletier et al., 2016). Mai mult, s-a constatat o corelație pozitivă între performanța sarcinii în condiții de sunet irelevant și amploarea simptomelor atenționale raportate de pacienți pe o scală de simptome clinice. Într-un alt studiu, adulților cu ADHD și adulților de control li s-a cerut să poarte o conversație telefonică în timp ce conduceau. Grupul ADHD a prezentat abilități de conducere semnificativ mai slabe în timpul condiției de conversație telefonică decât în condiția de liniște, comparativ cu controalele (Reimer et al., 2010). Alte studii au arătat o inhibiție vizuală slabă la persoanele cu ADHD. De exemplu, Forster et al. (2014) și Forster și Lavie (2016) au constatat că adulții cu ADHD au efectuat o sarcină de căutare a literelor mai lent atunci când pe ecran erau prezente personaje de desene animate irelevante, dar proeminente, într-o măsură mai mare decât controalele. Într-o manieră conexă, sarcina de interferență Stroop necesită ca participanții să fie atenți la o anumită dimensiune a unui stimul vizual, ignorând în același timp o alta. Studiile au constatat că copiii cu ADHD au performanțe mai slabe în condiția de interferență Stroop decât cei de control (Sørensen et al., 2014) și că performanțele lor s-au corelat cu simptomele de neatenție și hiperactivitate (Ikeda et al., 2013).

ADHD, selecția și inhibiția vizuală și BA 11/47 laterală

În plus, mai multe studii au găsit dovezi specifice de activare atipică în BA 11/47 laterală la persoanele cu ADHD care efectuează sarcini de selecție/inhibiție vizuală. Tsujimoto et al. (2013) au cerut copiilor cu și fără ADHD să efectueze o sarcină de memorie de lucru cu și fără distragere a atenției. Participanții cu ADHD au prezentat performanțe comportamentale semnificativ mai slabe, în special în condiții de distragere a atenției, și au prezentat niveluri semnificativ mai mari de activare în BA 11/47 lateral decât controalele. Într-un studiu diferit, Yasumura et al. (2014) au testat copii cu ADHD și copii de control atât în condiții de interferență Stroop, cât și în condiții de interferență Stroop inversă, și au constatat că în ambele condiții copiii cu ADHD au avut performanțe mai slabe și că performanța s-a corelat cu activitatea BA 47 lateral. Într-un alt studiu în care un distractor proeminent, dar irelevant, a fost prezentat în timpul unei sarcini de estimare a timpului, s-a constatat că, deși distractorul i-a ajutat pe participanții cu ADHD în aceeași măsură ca și pe cei de control, activarea BA 11 laterală care a însoțit apariția distractorului a fost semnificativ mai mare (Pretus et al, 2016).

Memory

Memory Selection and Inhibition and Lateral BA 10/46

În timp ce nu există un consens general cu privire la faptul că BA10/46 este implicat în funcțiile memoriei episodice, există multe dovezi care susțin un rol pentru BA 10/46 în selectarea și inhibarea informațiilor de memorie. De exemplu, Kim (2011), a analizat 74 de studii care au comparat amintirea și uitarea (de exemplu, elementele reținute cu succes vs. distractorii judecați eronat că au apărut) și a constatat că cea mai mare parte a studiilor s-au suprapus în partea frontală a BA 46, în apropierea joncțiunii sale cu BA 10 lateral. Într-un studiu ulterior, Kim (2013) a realizat o meta-analiză a 70 de studii axate pe elemente noi și vechi (de exemplu, succese vs. respingeri corecte). Rezultatele arată că comparațiile noi>vechi au produs activări care s-au răspândit în partea de mijloc a prefrontalului lateral stâng. Cu toate acestea, atunci când se concentrează asupra studiilor de memorie sursă în care participanților li se cere să recupereze nu numai elementul țintă, ci și un detaliu suplimentar legat de elementul din faza de învățare (de ex, când cerințele de selecție sunt mai mari), a fost observată o activare specifică în partea frontală a BA46, inclusiv în partea rostrală a BA10.

O altă linie de dovezi provine dintr-o meta-analiză realizată de Gilbert et al. (2006), în care au fost analizate 104 studii axate pe BA 10, și a constatat că majoritatea studiilor care implică partea laterală a BA 10 au testat memoria de lucru și recuperarea memoriei episodice, în timp ce studiile care implică partea medială a BA 10 au testat mentalizarea (de ex, participarea la propriile emoții și stări mentale sau la cele ale altor agenți).

În plus, Cohen et al. (2014), au utilizat sarcina de memorare dirijată în funcție de valoare, în care participanților li se prezintă liste de cuvinte în care unor cuvinte li se atribuie mai multă valoare decât altele, încurajându-i astfel pe participanți să încerce și să selecteze elemente cu valoare mai mare în detrimentul celor cu valoare scăzută în timpul codificării. Rezultatele arată o activare specifică a BA46/10 lateral drept și o activare foarte pronunțată a BA46/10 lateral stâng, atunci când apărea un indiciu care prezicea un cuvânt cu valoare ridicată.

ADHD și selecția și inhibiția memoriei

Există mai multe studii care au găsit dovezi pentru dificultăți în selecția și inhibarea informațiilor de memorie în ADHD. De exemplu, într-un studiu realizat de Pollak et al. (2007), adulții cu și fără ADHD au efectuat o sarcină dificilă de învățare a listelor în care trebuiau să memoreze și să reamintească cinci liste de cuvinte în opt ocazii diferite. Rezultatele arată că participanții cu ADHD au făcut mai multe rechemări duble și erori de intruziune (rechemarea cuvintelor din lista greșită), care sunt exemple ale unei dificultăți în inhibarea recuperării elementelor irelevante pentru sarcină. Într-un studiu similar, Soliman și Elfar (2017), au cerut adulților cu și fără ADHD să învețe opt liste și apoi au fost prezentați cu o sarcină de recunoaștere. Grupul cu ADHD a recunoscut mai puține cuvinte corect, a produs mai multe răspunsuri fals pozitive (adică a selectat în mod greșit elemente care nu au fost învățate) și a fost mai încrezător în greșelile lor. Într-un alt studiu, Castel et al. (2011), au cerut copiilor cu și fără ADHD să efectueze paradigma de memorare dirijată de valoare menționată mai sus. Rezultatele arată că copiii cu ADHD și-au amintit la fel de mulți itemi ca și cei de control, însă au fost mai puțin capabili să selecteze ce itemi să își amintească.

ADHD, Memory Selection, and Inhibition and Lateral BA 10/46

Cercetarea literaturii de specialitate a dat un singur studiu de neuroimagistică care evaluează selecția sau inhibarea funcțiilor de memorie în ADHD. Într-un studiu realizat de Depue et al. (2010), adulții cu și fără ADHD au fost învățați o relație între perechile față-imagine până la stăpânire. Ulterior, li s-a arătat o imagine a unei fețe și li s-a cerut fie să se gândească la imaginea conexă, fie să împiedice imaginea conexă să ajungă în conștiință. Rezultatele arată că participanții cu ADHD au activat BA 10 laterală mai puțin decât controalele atunci când au comparat condiția „fără gândire” cu condiția „gândire”.

Emoție

Selecția și inhibiția emoțiilor și BA 9 laterală

Există multe dovezi care susțin relația dintre reglarea emoțiilor (inhibarea anumitor emoții și selecția altora) și BA 9 laterală. De exemplu, într-un studiu realizat de Hallam et al. (2014), participanții au vizionat filme care induceau emoții și li s-a cerut fie să își suprime sau să își reevalueze reacția emoțională, fie să privească pur și simplu filmul. Rezultatele au arătat că atât reaprecierea, cât și suprimarea, în comparație cu condiția pasivă, au prezentat activarea BA 9 lateral. În mod similar, două studii au comparat reaprecierea și vizionarea pasivă a imaginilor la persoanele cu PTSD și la controale. Ambele studii au constatat că BA 9 lateral a fost activat mai mult în timpul condiției de reapreciere, dar într-o măsură mai mică la persoanele cu PTSD (Xiong et al., 2013; Rabinak et al., 2014).

În plus, două meta-analize diferite au fost utilizate pentru a examina studiile fMRI care evaluează reglarea emoțiilor. Buhle et al. (2014) au constatat că reevaluarea care implică reglarea în jos a afectării negative a activat în mod constant BA 9 lateral; Frank et al. (2014) au constatat că o astfel de reevaluare a fost însoțită de o activare mai mare în BA 9 lateral și de o activare redusă în amigdala.

ADHD și selecția și inhibiția emoțiilor

Diverse studii au constatat deficite de reglare a emoțiilor la copiii cu ADHD. De exemplu, mai multe studii arată că copiilor cu ADHD le este mai greu să își suprime emoțiile decât colegii lor cu dezvoltare tipică (TD). De exemplu, într-un studiu, copiii au fost supuși unei sarcini de competiție între colegi, în care jumătate dintre ei au fost solicitați să își ascundă emoțiile, iar jumătate nu. Conform evaluărilor făcute de judecători naivi, rezultatele arată că copiii cu ADHD au fost mai puțin capabili să își mascheze emoțiile decât colegii lor (Walcott și Landau, 2004). Mai mult, un studiu care a evaluat performanța copiilor cu ADHD la o sarcină emoțională Stroop, a constatat că copiii cu ADHD au avut un timp mai greu să inhibe răspunsurile la fețele furioase și frustrate (Yarmolovsky et al., 2016).

În plus, într-o meta-analiză a reglării emoțiilor în ADHD realizată de Graziano și Garcia (2016), aceștia au găsit patru domenii de interes, și anume: recunoașterea (i.e., capacitatea de a procesa și de a deduce emoțiile altora, precum și ale propriei persoane), reactivitatea (adică pragul, intensitatea și durata excitației afective), reglarea (adică răspunsul eficient la reactivitatea emoțională într-o manieră flexibilă care facilitează funcționarea adaptivă) și empatia (adică capacitatea de a experimenta starea afectivă a altcuiva și/sau de a-și exprima preocuparea pentru poziția altcuiva). Rezultatele arată că, deși toate cele patru domenii par a fi atipice în populația cu ADHD, cele mai notabile deficiențe apar în domeniile reacției și reglării. Acest lucru înseamnă că (mai ales) copiii cu ADHD au tendința de a reacționa mai repede, mai intens și pentru o perioadă mai lungă de timp la situațiile aversive și sunt mai puțin capabili să regleze aceste emoții chiar și atunci când încearcă să facă acest lucru.

ADHD, selecția și inhibiția emoțiilor și BA 9 laterală

Există mai multe studii care arată atipicități specifice în activarea BA 9 laterală la participanții cu ADHD care efectuează sarcini care necesită reglarea emoțiilor. De exemplu, într-un studiu realizat de Passarotti et al. (2010a), copiii cu tulburare bipolară, copiii cu ADHD și un grup de martori de aceeași vârstă au efectuat o sarcină Stroop cu valență emoțională. În această sarcină, au fost prezentate cuvinte pozitive, neutre și negative, iar participanților li s-a cerut să răspundă în funcție de culoarea cuvântului, ignorând în același timp semnificația acestuia. Rezultatele arată că grupul bipolar a avut dificultăți în ignorarea cuvintelor pozitive, în timp ce grupul ADHD a avut dificultăți în ignorarea cuvintelor negative. Interesant, activarea laterală BA 9 a fost mai pronunțată pentru condiția de sarcină care a fost realizată cu succes, adică pentru cuvintele negative în grupul bipolar și pentru cuvintele pozitive în grupul ADHD. Mai mult, într-o sarcină emoțională bazată pe Stroop, Hwang și colab. (2015), au cerut copiilor cu și fără ADHD să efectueze o sarcină numerică Stroop după ce li s-au arătat imagini care erau fie pozitive, neutre sau negative. În timp ce datele comportamentale nu au arătat diferențe semnificative între diferitele condiții emoționale, ei au constatat că copiii cu ADHD au fost mai puțin capabili să recruteze BA 9 laterală atunci când au efectuat sarcina, o trăsătură care s-a corelat, de asemenea, cu severitatea simptomelor, așa cum a fost măsurată de scala părinților lui Conner.

Motor

Selecția și inhibiția motorie și BA 8 laterală

Există multe dovezi că inhibarea acțiunilor motorii este susținută de rețele neuronale în BA 8 laterală. Cea mai comună măsură a inhibiției motorii este Sarcina de oprire a semnalului (SST), în care participanților li se cere să apese o tastă atunci când este prezentat un stimul, dar se abțin de la a executa apăsarea acelei taste dacă stimulul este urmat la scurt timp de un semnal. Studiile arată că inhibarea apăsării tastelor implică activarea în BA 8 lateral (Matthews et al., 2005; Smith et al., 2013; Hughes et al., 2014). S-a demonstrat, de asemenea, că BA 8 laterală este activată în mod specific atunci când selectarea unui răspuns motor a necesitat atenție sau a implicat un conflict. De exemplu, Enriquez-Geppert et al. (2013), au cerut participanților să apese o tastă atunci când un stimul a apărut pe ecran, cu toate acestea, tasta de răspuns s-a schimbat în unele dintre încercări. Experimentatorii au constatat că BA 8 lateral a fost activat în mod specific în studiile în care tasta de răspuns a fost diferită. În mod similar, Lenartowicz et al. (2011), au folosit o sarcină go/no-go în care, după câteva sesiuni de practică, stimulii s-au schimbat astfel încât semnalul anterior de go a devenit un semnal de no-go (necesitând mai multă inhibiție). Ei au constatat că BA 8 lateral a fost activat în mod specific în acele încercări. Într-un studiu similar, Albares et al. (2014), au folosit o versiune a unei sarcini go/no-go în care un prim a fost prezentat înainte de stimulii go și no-go. Cu toate acestea, în timp ce o lumină verde a indicat că va urma un stimul de go, o lumină roșie a însemnat că poate apărea oricare dintre cele trei condiții, fie un stimul de go, fie un stimul de no-go, fie niciun stimul. Cercetătorii au motivat că starea de lumină roșie implică o planificare motorie mai complexă decât lumina verde și au descoperit că BA 8 laterală a fost într-adevăr mai activă în timpul acelei condiții.

ADHD și selecția și inhibiția motorie

Există dovezi solide ale deficitelor de selecție și inhibiție motorie la copiii cu ADHD. Multe studii efectuate până în prezent au arătat că copiii, adolescenții și adulții cu ADHD prezintă performanțe mai slabe la diferite versiuni ale sarcinii semnalului de oprire (de exemplu, Rubia et al., 1998; Lee et al., 2016; Bialystok et al., 2017; Dekkers et al., 2017) și că, atunci când copiii cu ADHD sunt medicați în mod corespunzător și motivați folosind o întărire eficientă, aceste diferențe pot dispărea (Rosch et al., 2016). În plus, într-un studiu foarte amplu realizat de Crosbie et al. (2013), simptomele ADHD au fost măsurate la peste 16.000 de copii din publicul larg care au efectuat SST. Rezultatele au arătat că indivizii cu scoruri mai mari ale trăsăturilor ADHD aveau o inhibiție mai proastă a răspunsului, o latență mai lentă a răspunsului și o variabilitate mai mare și, de asemenea, că această tendință era foarte ereditară. În mod similar, Alderson et al. (2007), au efectuat o meta-analiză axată pe copiii cu ADHD și pe SST și au constatat timpi medii de răspuns mai mari, o mai mare variabilitate a răspunsului și un timp de răspuns mai mare la semnalul de oprire în grupul ADHD.

ADHD, selecția și inhibiția motorie și BA 8 laterală

Există, de asemenea, dovezi considerabile care arată atipicități specifice în activarea BA 8 laterală la participanții cu ADHD care efectuează sarcini care necesită selecție și inhibiție motorie. De exemplu, două meta-analize separate au explorat studiile fMRI care au evaluat inhibiția motorie la copiii și adulții cu ADHD (Hart et al., 2013; Rubia et al., 2013). Ambele meta-analize au constatat că o activare mai mică în BA 8 laterală este legată de măsurile de inhibiție motorie, iar studiul realizat de Rubia et al. (2013), a constatat, de asemenea, că metilfenidatul crește activarea în BA 8 laterală, ceea ce a fost legat de îmbunătățirea performanțelor la sarcinile motorii. În plus, studiile care au utilizat diferite versiuni ale SST și ale sarcinii „go/no-go” au constatat o activare mai mică în BA 8 laterală în grupul ADHD în timpul unei condiții simple de „no-go” (Passarotti et al., 2010b; Mulligan et al., 2011), în momentele dinaintea apariției unei erori (Spinelli et al., 2011), precum și în timpul unei condiții de alegere liberă în care participanții au ales dacă să apese sau nu un buton atunci când a fost prezentat un stimul (Karch et al., 2010).

Rezumat

Articolul de față prezintă dovezi că partea laterală a cortexului prefrontal este implicată în inhibarea, selectarea și manipularea informațiilor motorii, emoționale, de memorie și perceptiv-senzoriale, o funcție care este utilă în viața de zi cu zi prin capacitatea de a ignora distragerea atenției, de a selecta și recupera informații specifice din memorie, de a identifica și regla starea noastră emoțională sau de a planifica un răspuns motor adecvat situației. Folosește acest model pentru a clasifica provocările întâlnite de persoanele cu ADHD, legând diferite tipuri de dificultăți de selecție/inhibiție de diferite subzone ale cortexului prefrontal lateral.

Contribuții ale autorului

Autorul confirmă că este singurul contribuitor al acestei lucrări și a aprobat-o pentru publicare.

Declarație privind conflictul de interese

Autorul declară că cercetarea a fost efectuată în absența oricăror relații comerciale sau financiare care ar putea fi interpretate ca un potențial conflict de interese.

.