Die Neurowissenschaft der Entscheidung: Soll ich bleiben oder sollte ich gehen?

Diese Fotografie einer Ratte, die eine Ampel erforscht, ist eine künstlerische Darstellung der Balance zwischen Bewegungshemmung (rotes Licht), Vorbereitung (gelbes Licht) und Ausführung (grünes Licht).

Quelle: Universität Freiburg / Michael Veit

Ein internationales Forscherteam hat die spezifische Rolle von fünf Teilbereichen innerhalb des präfrontalen Cortex (PFC) herausgearbeitet, um reaktive und proaktive Entscheidungen zu treffen, um eine bestimmte Aktion zu stoppen, zu starten oder vorzubereiten. Die Ergebnisse vom Februar 2017 wurden diese Woche in der Zeitschrift Current Biology veröffentlicht .

Diese bahnbrechende Studie zu den Teilbereichen des präfrontalen Kortex-Antriebsverhaltens wurde von Stefanie Hardung geleitet und mit Kollegen der Universität Freiburg in Deutschland durchgeführt.

Als eine bekannte Gehirnregion in den Frontallappen der Großhirnrinde gilt die PFC lange Zeit als Sitz des freien Willens, des menschlichen Willens und der neurobiologischen Heimat exekutiver Funktionen einschließlich der Planung und Durchführung von willkürlichen Bewegungen und Verhaltensweisen.

Frühere Forschungen haben gezeigt, dass synaptische Projektionen vom präfrontalen Kortex in andere Hirnregionen es dem PFC ermöglichen, über motorische Kontrolle und physische Bewegungen bewusste Entscheidungen zu treffen. Bis heute ist jedoch die spezifische Rolle, die verschiedene Subregionen innerhalb des PFC in diesem Entscheidungsprozess spielen, ein Rätsel geblieben.

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Die neue Forschung von Stefanie Hardung et al. über die Funktion von Teilbereichen innerhalb der PFC ist Teil eines wachsenden Trends in den Neurowissenschaften, größere Gehirnregionen zu zerlegen, indem sie in kleinere "Mikrozonen" zerlegt werden. Das Auffinden der Funktion bestimmter Teilbereiche in größeren Gehirnbereichen öffnet die Tür für die Schaffung von feiner -tuned und laser-fokussierte Behandlungen für verschiedene psychische Störungen.

Teilbereiche des präfrontalen Kortex treiben den Entscheidungsprozess zum "Bleiben" oder "Gehen"

In ihrer Hymne aus dem Jahr 1982, "Soll ich bleiben oder sollte ich gehen", stellt The Clash eine einfache Frage, die eine Entscheidungsfindung und anschließende motorische Kontrolle auf der Grundlage neuronaler Inhibition oder Anregung ähnlich der bei den in Hartungs jüngstem neurowissenschaftlichem Experiment verwendeten Laborratten erfordert .

In diesem klassischen Lied artikuliert Leadsänger von The Clash, Joe Strummer, den Entscheidungsfindungsprozess, der der Kosten-Nutzen-Analyse zugrunde liegt, bei der die Vor- und Nachteile eines nachfolgenden motorgesteuerten Verhaltens oder dessen Fehlen abgewogen werden. Strummer singt: "Wenn ich hingehe, wird es Ärger geben. Und wenn ich bleibe, wird es doppelt sein. Also komm und lass es mich wissen. Diese Unentschlossenheit nervt mich. "(Joe Ely wiederholt das Gefühl jedes Verses auf Spanisch," Tengo frío por los ojos. Me debo ir o quederme. ")

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Bis jetzt sind die genauen neuronalen Mechanismen und Teilbereiche innerhalb des präfrontalen Kortex, die eine Entscheidung zum "Bleiben" oder "Gehen" beeinflussen, für Neurowissenschaftler schwer fassbar. Die neue deutsche Studie verwendete jedoch gut trainierte transgene Ratten und Optogenetik, um spezifische Teilbereiche innerhalb der PFC zu identifizieren, die proaktives und reaktives motorgesteuertes Verhalten regulieren.

Der Einsatz modernster optogenetischer Techniken ermöglichte es Hardung und Kollegen, genetisch veränderte Gehirnzellen in Teilbereichen des PFC mit Lichtblitzen zu deaktivieren, während die konditionierten Ratten proaktives oder reaktives Verhalten zeigten. Durch das gezielte Ein- und Ausschalten von Teilbereichen der PFC konnten die Neurowissenschaftler den spezifischen Einfluss der fünf Teilbereiche auf den Entscheidungsprozess der Laborratten testen.

Optogenetik ist eine nicht-invasive Möglichkeit, Gehirnareale ein- und auszuschalten

Optogenetik ermöglicht es den Forschern, Verhaltensergebnisse eines voll funktionsfähigen Gehirns (das ohne deaktivierte Bereiche arbeitet) mit einem Gehirn zu vergleichen, das einen bestimmten Teilbereich deaktiviert hat. Diese bahnbrechende Technologie ermöglicht es Neurowissenschaftlern, monolithische Hirnregionen in Mikrozonen zu zerlegen und die spezifische Funktion, die ein Teilgebiet spielt, in einem größeren Rahmen zu bestimmen.

In der Zusammenfassung dieser Studie erklären die Forscher, warum es wichtig ist, die Rolle von Teilbereichen im präfrontalen Kortex zu bestimmen:

"Durch die Zuordnung definierter Rollen zu Nagetier-PFC-Sektionen trägt diese Studie zu einem tieferen Verständnis der funktionellen Heterogenität dieses Hirnareals bei und kann somit medizinisch relevante Studien von PFC-assoziierten Impulskontrollstörungen in diesem Tiermodell für neurale Störungen leiten."

Wie zu erwarten war, veränderte die Deaktivierung spezifischer Teilbereiche des PFC das Verhalten und die Leistung der Laborratten dramatisch. Die Forscher stellten fest, dass die Frage, ob das Gehirn auf einen externen Stimulus reagierte (oder nicht), signifikant vom Gleichgewicht zwischen den Teilbereichen innerhalb der PFC abhing, die durch Erregungs- und Inhibitionssignale gesteuert werden.

Genauer gesagt, die Forscher fanden heraus, dass innerhalb des gesamten präfrontalen Cortex die Deaktivierung von Subregionen im intralimbischen Kortex (IL) oder im orbitofrontalen Kortex (OFC) die Fähigkeit einer Laborratte, auf externe Signale zu reagieren und ein konditioniertes Verhalten zu stoppen, behinderte. Umgekehrt führte in diesem Tauziehen innerhalb des PFC die Deaktivierung des prälimbischen Kortex (PL) zu einer vorzeitigen Reaktion der Laborratten, ein konditioniertes Verhalten zu zeigen.

Bemerkenswerterweise, wenn alle Teilbereiche der PFC aktiviert und intakt waren, stoppte die neuronale Aktivität im prälimbischen Kortex vorzeitige Reaktionen und Verhaltensweisen in der Mehrheit der Laborratten. In einer Zusammenfassung der Forschung sagte Stefanie Hardung,

"Wir könnten diese Regionen des präfrontalen Cortex mit einer Ampel vergleichen. Bestimmte Teilbereiche des PFC sind für die Hemmung verantwortlich, während andere für die Vorbereitung und Anregung der Bewegung sorgen. Reaktives Stoppen bezieht sich auf eine Situation, in der das Tier in Reaktion auf ein externes Signal stoppt. Proaktives Stoppen dagegen entwickelt sich entsprechend den internen Zielen des Subjekts. "

Die Forscher sind optimistisch, dass ihre Forschungsergebnisse zu neuen Ansätzen und Behandlungen für Impulskontrollstörungen wie Aufmerksamkeitsdefizit-Hyperaktivitätsstörung (ADHS) oder Zwangsstörungen (OCD) führen könnten.

Bleiben Sie dran für zukünftige Studien, die auf dieser bahnbrechenden Entdeckung der Universität Freiburg aufbauen und unser Verständnis erweitern, wie verschiedene Teilbereiche im präfrontalen Kortex mit anderen Gehirnregionen zusammenarbeiten.