Diskussion

Die Ergebnisse unseres fMRT-Experiments stimmen im Allgemeinen mit denen der vorherigen PET-Studie überein (15), die die gleichen zwei Aufgaben (d. h. ICC und ECC) bei zehn männlichen Probanden verwendete. In Bezug auf die MPFC wurde in ihrer Studie eine Zunahme der Aktivität im anterioren cingulären Kortex (BA 32) festgestellt, die sich in den medialen präfrontalen Kortex (BA 9) erstreckt. In unserer Studie waren die Reaktionen in dorsalen MPFC, die ICC von ECC unterscheiden, jedoch weitgehend auf die medialen Erweiterungen der Brodmann-Bereiche 8, 9 und 10 beschränkt, wobei nur eine begrenzte Beteiligung des benachbarten anterioren Cingulats auftrat (Abb. 3). Die klarere Definition dieser Regionen kann mit der Verwendung der Magnetresonanztomographie mit ihrer im Vergleich zur PET höheren räumlichen Auflösung und der erhöhten statistischen Aussagekraft einer viel größeren Anzahl von Probanden (24 im Vergleich zu 10) zusammenhängen. Unsere Daten würden die Möglichkeit von mehr als einem Bereich erhöhter Aktivität in den Brodmann-Bereichen 8, 9 und 10 nahelegen (Tabelle 1, ICC > ECC).

Es ist wichtig zu betonen, dass die Hinzufügung einer einfachen Grundbedingung, in unserem Fall der visuellen Fixierung, signifikante zusätzliche Informationen über Änderungen lieferte, die in anderen Bereichen innerhalb von MPFC unter Verwendung derselben aktiven Aufgabenbedingungen auftraten, die in der vorherigen Studie nicht identifiziert werden konnten (15). Dorsal wurde in der Nähe des anterioren Cingulats bei beiden Aufgaben gleichermaßen eine erhöhte Aktivität beobachtet (Abb. 2). Diese Aktivität schien im Großen und Ganzen die benachbarten Pre-SMA und SMA im Einklang mit den motorischen Aktivitäten im Zusammenhang mit der Aufgabenleistung (38) und den damit verbundenen Aufmerksamkeitsanforderungen (39) einzuschließen. Begleitend zu diesen Anstiegen der dorsalen MPFC nahm die ventrale MPFC unter beiden Aufgabenbedingungen ab (Abb. 4).

Andere haben funktionelle Unterschiede zwischen dorsaler und ventraler MPFC postuliert (z. B. refs. 4, 3, 9 und 40). Obwohl die meisten Forscher diese Bereiche getrennt angegangen sind, laden unsere experimentellen Daten zu einer gemeinsamen Betrachtung ein.

Bei der Betrachtung einer möglichen funktionalen Interpretation unserer Daten stellen wir zunächst fest, dass die Bereiche von MPFC, die in unserer Studie aufgabenspezifische Veränderungen aufweisen, zu denen gehören, die ihre Aktivität in einer Vielzahl von kognitiven Aktivierungsparadigmen deutlich verringern (1). Forscher sind auf diese aufgabeninduzierten Abnahmen der regionalen Gehirnaktivität gestoßen, selbst wenn der Kontrollzustand darin besteht, ruhig mit geschlossenen Augen zu liegen oder einen Reiz passiv zu betrachten. Die Konsistenz, mit der diese Bereiche des Gehirns trotz der Vielzahl von Aufgaben, mit denen sie in Verbindung gebracht wurden, an aufgabenassoziierten Prozessen teilnehmen, hat uns zu der Annahme geführt, dass es einen organisierten Modus der Gehirnfunktion gibt, der ein aktiver Standardzustand ist, dessen Funktionen während bestimmter zielgerichteter Verhaltensweisen abgeschwächt werden (2, 41).Ein einzigartiges Merkmal des Standardzustands, den wir postulieren (2), ist, dass er ein funktionell signifikantes, langfristiges modales Niveau neuronaler Aktivität verkörpert. Wir leiten diese Definition aus der auffallend gleichmäßigen Beziehung zwischen Blutfluss und Sauerstoffverwertung ab, die im gesamten menschlichen Gehirn im Ruhezustand, aber im Wachzustand besteht und die Bereiche einschließt, die regelmäßig Abnahmen aufweisen. Unter solchen Umständen sind die Diskrepanzen zwischen lokalem Blutfluss und Sauerstoffverwertung, die Bereiche der sogenannten Aktivierung charakterisieren und in fMRT-Studien zum BOLD-Signal führen (zur Übersicht siehe Ref. 42) sind durch ihre Abwesenheit auffällig. Diese Gleichförmigkeit legt nahe, dass ein Gleichgewicht zwischen den lokalen metabolischen Anforderungen erreicht wurde, die notwendig sind, um ein solches langfristiges modales Niveau der neuronalen Aktivität aufrechtzuerhalten, und dem Niveau des Blutflusses in dieser Region. Wir glauben, dass Hinweise auf die funktionelle Natur dieses Baseline- oder Default-Zustands durch eine Betrachtung der beobachteten Veränderungen in Bereichen, die an Abnahmen von diesem Baseline-Zustand beteiligt sind, aufgedeckt werden (1). In dieser Mitteilung konzentrieren wir uns auf die MPFC.

Abnahme der Aktivität aus einem passiven Kontrollzustand (z., visuelle Fixierung) in der ventralen MPFC gehören zu den am häufigsten beobachteten in funktionelle Bildgebungsstudien (1). In unseren beiden Aufgabenzuständen waren in diesem Bereich wieder deutliche Abnahmen zu beobachten (Abb. 4). Wie könnte dies verstanden werden, wenn man bedenkt, was derzeit über die Funktionalität dieser Region bekannt ist?Anatomisch gesehen besteht der ventrale MPFC aus zytoarchitektonisch diskreten Bereichen, die über den orbitalen präfrontalen Kortex (43-45) eine breite Palette sensorischer Informationen vom Körper und der äußeren Umgebung erhalten und stark mit limbischen Strukturen wie der Amygdala, dem ventralen Striatum, dem Hypothalamus, der periaqueduktalen Grauregion des Mittelhirns und den autonomen Kernen des Hirnstamms (46-52) verbunden sind. Solche anatomischen Beziehungen legen nahe, dass diese medialen Bereiche eine Rolle bei der Integration der viszeromotorischen Aspekte der emotionalen Verarbeitung mit Informationen aus der inneren und äußeren Umgebung spielen. Einige haben diese Idee erweitert, um darauf hinzuweisen, dass der ventrale MPFC eine Rolle bei der Integration emotionaler und kognitiver Prozesse spielt, indem er emotionale Verzerrungssignale oder Marker in Entscheidungsprozesse einbezieht (53-55). Ein verwandter Vorschlag wurde gemacht, dass ventrales MPFC an der Regulierung anderer limbischer Strukturen beteiligt ist (z., Amygdala) auf der Grundlage der „aktuellen Bedeutung“ von Reizen (56). Als Folge unseres Modells eines Standardmodus der Gehirnfunktion würden wir postulieren, dass diese Aktivitäten andauern, es sei denn, sie werden während der Ausführung einer aufmerksamkeitsstarken kognitiven Aufgabe abgeschwächt.Tatsächlich wurde gezeigt, dass die in diesem und anderen Experimenten (1) beobachteten Aktivitätsreduzierungen in ventralen MPFC häufig bei aufmerksamkeitsintensiven kognitiven Aufgaben auftreten. Dies steht im Einklang mit der Beobachtung, dass kognitive Aktivität Aspekte der emotionalen Verarbeitung wie das Erleben und Ausdrücken von Stress abschwächen kann (57-59).

Obwohl unsere Daten keinen statistisch signifikanten Unterschied in dem Ausmaß zeigen, in dem die ventrale MPFC-Aktivität bei unseren beiden Aufgaben reduziert ist, visuelle Inspektion der Bilder in Abb. 4 (siehe auch Tabelle 1) deutet darauf hin, dass die Kürzungen im ICC geringer sind. Diese Beobachtung veranlasste uns, die Daten der einzelnen Probanden zu untersuchen (separat zu veröffentlichen), die eine größere Variabilität in dieser Region im Zusammenhang mit der ICC-Aufgabe als der ECC-Aufgabe zeigten. Dass das Niveau der emotionalen Verarbeitung in der ICC-Aufgabe größer sein könnte, zumindest für einige Personen, ist intuitiv ansprechend. Dass es in diesem Bereich zu einer geringeren Abnahme kommen kann, wenn emotionale Verarbeitung mit einer aufmerksamkeitsintensiven kognitiven Aufgabe einhergeht, steht im Einklang mit unseren früheren Erkenntnissen (60); Ebenso ist die individuelle Variabilität unter solchen Umständen zu sehen (61). Schließlich kann die individuelle Variabilität in Verbindung mit einer kleinen Stichprobe durchaus dazu führen, dass Lane und Kollegen (15) eine erhöhte Aktivität im ventralen MPFC (BA25) im ICC-vs. ECC-Kontrast in ihrer PET-Studie feststellen.

Obwohl wir das häufige Auftreten von Aktivitätsreduktionen bei ventralen MPFC festgestellt haben, haben andere über Erhöhungen berichtet (55). Hier möchten wir die Bedeutung des Kontrollzustands betonen, der in jeder bildgebenden Studie verwendet wird. Unsere Daten veranschaulichen das Problem. Die Verwendung einer aufmerksamkeitsintensiven Kontrollaufgabe als Baseline, wie sie so oft durchgeführt wird (55), ist wahrscheinlich mit einer Aktivitätsreduktion der ventralen MPFC verbunden. Wenn dies mit einer interessierenden Aufgabe verbunden ist, die auch ein Element der emotionalen Verarbeitung beinhaltet (wobei der Begriff „emotional“ sehr weit verstanden wird), wird der Unterschied zwischen der durch diese Kontrollaufgabe festgelegten Basislinie und der interessierenden Aufgabe aller Wahrscheinlichkeit nach als Zunahme erscheinen. Genau das haben wir in einem Bereich von MPFC beim Vergleich der ICC- mit der ECC-Taskbedingung beobachtet (siehe Abb. 5). Die Auswirkungen dieses Problems wurden an anderer Stelle eingehender untersucht (2, 60-63). Daher sollte das, was andere als Zunahme melden, gelegentlich besser als Abnahme angesehen werden, was die lokalen aufgabenbezogenen Veränderungen der neuronalen Aktivität genauer widerspiegelt.

Im Gegensatz zur ventralen MPFC umfassten die beobachteten Veränderungen der dorsalen MPFC (insbesondere BA 8, 9 und 10) sowohl Zunahmen als auch Abnahmen. Mindestens zwei Studien, einschließlich des vorliegenden Experiments und einer Stimmungsinduktionsstudie von Pardo und Kollegen (12), zeigen echte Zunahmen aus einem passiven Ausgangszustand, während eine große Metaanalyse (1) konsistente Abnahmen aus einem passiven Ausgangszustand feststellte. Andere Studien (zur Übersicht siehe Ref. 14) beinhalten in der Regel die Verwendung eines komplexen Ausgangszustands (Kontrollaufgabe), so dass es unmöglich ist zu bestimmen, ob die gemeldeten Erhöhungen aus dem Vergleich mit einer Abnahme resultieren, die durch die Ausführung der Kontrollaufgabe oder einer tatsächlichen Zunahme der interessierenden Aufgabe verursacht wird. Nichtsdestotrotz scheint der dynamische Aktivitätsbereich in BA 8, 9 und 10 sowohl Zunahmen als auch Abnahmen von seinem Basis- oder Standardbetriebsmodus zu umfassen.Der jüngste Bericht und Review von Castelli und Kollegen (14) fasst viele der funktionellen Bildgebungsexperimente zusammen, die eine Zunahme der Aktivität in BA 8, 9 und 10 und dem angrenzenden paracingulären Sulcus berichtet haben. Die kognitiven Prozesse, die in ihrer Überprüfung behandelt wurden, fielen in zwei allgemeine Kategorien. Die erste Kategorie war die Überwachung oder Berichterstattung über die eigenen mentalen Zustände, wie selbst erzeugte Gedanken (16) und beabsichtigte Sprache (64) sowie Emotionen (15). Eine Erweiterung dieser letzteren Kategorie umfasst Stimmungsinduktionsexperimente (10, 12, 65), die im Allgemeinen die Erinnerung an persönliche affektbeladene Lebensereignisse beinhalteten. Diese haben auch in diesem Bereich eine Zunahme der Aktivitäten gezeigt. Eine zweite Kategorie von Experimenten, die sich mit dieser Region befassten, beinhaltete die Zuschreibung mentaler Zustände an andere (14, 66).

Auf der Grundlage dieser Bildgebungsergebnisse haben die Friths postuliert, dass dorsale „mediale präfrontale Regionen mit expliziten Darstellungen von Zuständen des Selbst befasst sind.“ Unsere Ergebnisse (Abb. 3) stimmen mit dieser Formulierung überein und legen nahe, dass die Aktivität innerhalb der dorsalen MPFC erhöht ist, wenn die Aufmerksamkeit speziell auf selbstreferenzielle oder introspektiv orientierte geistige Aktivität gerichtet ist.

Viele haben festgestellt, dass eine ähnliche geistige Aktivität spontan auftritt, wenn die Probanden nicht aktiv an der Verarbeitung von extern erzeugten Informationen beteiligt sind. Diskussionen über unkontrollierte selbstreferenzielle oder introspektiv orientierte geistige Aktivitäten, die während Ruhebedingungen auftreten, haben sich weitgehend auf ihren Inhalt oder psychologischen Charakter konzentriert. Es wurde beispielsweise als „Stimulus independent thoughts“ (SITs) oder daydreams (67, 68), „task unrelated imagery and thought“ (69) und „free association“ oder „stream of consciousness“ (70) bezeichnet.Ingvar (18) war der erste, der die spontane, selbst erzeugte mentale Aktivität des ruhenden menschlichen Gehirns der Aktivität des präfrontalen Kortex zuschrieb. Dies beruhte auf seiner Entdeckung eines hohen Ruheblutflusses im präfrontalen Bereich (17). Ein neueres Experiment mit PET (16) zeigte, dass die Aktivität in BA 8, 9 und 10 mit der Anzahl der SITs korrelierte und im Ruhezustand am höchsten war. Dies steht im Einklang mit der Tatsache, dass eine Erhöhung der extern gerichteten kognitiven Belastung die Aktivität sowie die Aktivität in BA 8, 9 und 10 reduziert (1). Dies würde mit der Ansicht übereinstimmen, dass die BA 8, 9 und 10 in Abhängigkeit von ihrem Standardzustand an der Erzeugung von SITs beteiligt sind.Funktionelle Bildgebungsstudien würden daher darauf hindeuten, dass BA 8, 9 und 10 sowohl für spontane als auch für aufgabenbezogene selbstreferenzielle oder introspektiv orientierte geistige Aktivitäten notwendig sein könnten. Läsionsstudien von dorsalen MPFC (71) (siehe auch Refs. 72 und 73) und deren Verbindungen (74, 75) stützen auch diese Hypothese.

Wir möchten betonen, dass diese spontane Aktivität nicht einfach „Lärm“ darstellt (62, 63), sondern, wie David Ingvar zuerst postulierte (18, 76), eine kontinuierliche „Simulation von Verhalten“ implizieren könnte, eine innere Probe sowie eine Optimierung kognitiver und verhaltensbezogener Serienprogramme für die Zukunft des Individuums. Tulving und Kollegen haben dieses Denken in ihrer Arbeit über episodisches Gedächtnis und autonoetisches Bewusstsein erweitert (für eine aktuelle Übersicht siehe Ref. 22). Wir würden vorschlagen, dass dorsale MPFC an der Verarbeitung solcher Repräsentationen beteiligt ist, die Aspekte des Selbst verkörpern, insbesondere das zeitlich erweiterte „narrative“ (19) oder „autobiografische“ (20) Selbst.

Emerging ist ein erweiterter Blick auf die neuronale Instanziierung des facettenreichen „Selbst“.“ In unserer früheren Arbeit (2) haben wir vorgeschlagen, dass der Standardzustand des Gehirns Funktionen instanziiert, die für das Selbst integral sind und für das Bewusstsein verfügbar oder nicht verfügbar sein können. Dazu gehören die Überwachung der internen und externen Umgebungen und einige Beurteilung der Salience von Reizen für den Einzelnen. Wir glauben, dass die ventrale MPFC zu letzterem beiträgt. Dies stellt jedoch offensichtlich eine sehr unvollständige Sicht des Selbst dar. Wie Ingvar bemerkte, „kann das Gehirn kein normales Bewusstsein erzeugen, ohne dass das „Selbst“ einen „totalen“ und gleichzeitigen Zugang zu den Informationen in den neuronalen Systemen hat, die die Erfahrung einer Vergangenheit, einer Gegenwart und einer Zukunft subserven“ (18). Hier glauben wir, dass dorsale MPFC besonders wichtig ist. Wir erkennen jedoch, dass die neuronale Instanziierung des Selbst in all seinen Dimensionen wahrscheinlich weit verbreitet ist.Schließlich wurde das oft beobachtete Vorhandensein spontaner geistiger Aktivität häufig als „Problem“ angesehen (z. B. Refs. 62 und 63), die in funktionellen Bildgebungsexperimenten kontrolliert werden müssen. Wir würden vorschlagen, dass ein nützlicher Weg, sich dem Studium eines wichtigen Konzepts wie dem Selbst zu nähern, darin besteht, die Natur der Standardzustandsaktivität weiter zu erforschen.