exekutive Funktionen

Kontrollprozesse, die es einem Individuum erlauben, sein Verhalten situationsgerecht zu

optimieren, indem die grundlegenden psychischen Funktionen zielführend eingesetzt werden

• Kognitive Flexibilität

• Arbeitsgedächtnis

• Verhaltenskontrolle

Tower of London (ToL) Tests

• Untersuchung von Planungsprozessen

• Schwierigkeit variiert je nach Anzahl der Kugeln und Stäbchen

• Zeit oder Anzahl der Züge wird gemessen

  
  

Wisconsin Card Sorting Test (WCST)

• Gültiges Zuordnungskriterium wird im Laufe des Tests geändert

• Gemessen wird, wie lange die Versuchsperson benötigt, um das neue Kriterium zu lernen

• Perseveration: Anwenden einer alten, aber nicht mehr gültigen Regel

• Beim WCST Aktivierung im DLPFC & VLPFC bei stärkerer linksseitigen DLPFC Aktivierung im Vergleich zu Arbeitsgedächtnisaufgaben (stärkere rechtsseitige VLPFC Aktivierung)

  DLPFC: Manipulieren von Informationen VLPFC: Aufrechterhalten von Informationen

Wortflüssigkeit

Phonematische Wortflüssigkeit

• innerhalb einer bestimmten Zeit (1, 2min) möglichst viele Wörter nennen, die mit einem bestimmten Buchstaben beginnen (F, A, S, ...)

• keine Eigennamen, keine Wiederholungen etc.

Semantische Wortflüssigkeit

• innerhalb einer bestimmten Zeit (1, 2min) möglichst viele Wörter nennen, die zu einer bestimmten Kategorie gehören (Tiere, Obstsorten, ...)

• Aufgaben mit Kategorienwechsel (Sportarten – Beruf)

Stroop Test

• Inhibition dominanter Antworttendenzen

• Farbbenennung ist weniger automatisiert als Lesen. Automatisiertes Lesen des Farbwortes muss unterdrückt bzw. gehemmt werden.

• Zeit oder Anzahl Wörter innerhalb einer vorgege- benen Zeit wird gemessen; Indices korrigiert für Lese-/Farbbenennungsgeschwindigkeit

Go/No-Go Tests

• Reaktion auf bestimmte Stimuli (Go-Trials), während bei anderen (selteneren) Stimuli Reaktion zurückgehalten bzw. gehemmt werden soll (No-Go Trials)

• Einfache bis komplexere Regeln, Bsp: „Go bei allen Buchstaben, No-Go bei B“

  „Go bei allen Buchstaben, No-Go bei B wenn zuvor ebenfalls ein B“

• korrekte No-Go Trials als Index für Verhaltens- inhibition, Fehleranteil als behavioraler Marker für Impulsivität

Präfrontaler Kortex (PFC)

• Lateraler PFC

• Medialer PFC

• Orbitofrontaler Kortex, OFC

  
  

• Frontalkortex ca. 1/3 des Gesamtkortexvolumens beim Menschen und bestimmten anderen Primaten

links:

• Auswahl von Reaktionen

  • Hemmung von nicht benötigten Reaktionen

• Manipulation von Arbeitsgedächtnisinhalten

rechts:

• Kontrolle von Vigilanz, Daueraufmerksamkeit, Alertness

• Kontrolle von Informationen, die im Gedächtnis bearbeitet werden

links: Abruf & Halten semantischer, linguistischer Funktionen

rechts: Abruf & Halten visueller, räumlicher Informationen

• Exekutive Verarbeitung emotionaler Stimuli (Belohnung,

  Risikobewertung)

• Kontrolle & Verarbeitung von Konflikten und Fehlern

anatomische Verbindungen zum PFC (Afferenzen)

• v.a. aus Thalamus

  • Basalganglien, Kleinhirn → Thalamus → DLPFC Amygdala → Thalamus → VMPFC

• aus primären und sekundären sensorischen Arealen

  • → PFC

  • (Geruch, Geschmack) → OFC

• aus Parietallappen, Hippocampus → PFC

anatomische Verbindungen vom PFC zu anderen Regionen (Efferenzen)

• Limbisches System

  • Amygdala

  • Hippocampus (wenige Verbindungen), entorhinaler Kortex

  • Hypothalamus

• Basalganglien

• sekundäre sensorische Areale

supervisory attentional system, SAS (Norman & Shallice, 1986)

• Für die Planung und Überwachung von Handlungen spielt die Aufmerksamkeitskontrolle eine wichtige Rolle.

• Manche Handlungen laufen automatisch ab, andere erfordern bewusste Kontrolle.

contention scheduling system (CS)

• automatisch arbeitendes System

• besteht aus Aktionsschemata

• automatisch, ohne bewusste Kontrolle

• Routinetätigkeiten

supervisory attentional system (SAS)

• erweiterte Aufmerksamkeit

• situationsangepasste Handlungen

• Planen, Entscheiden

• Fehlerkorrektur, Verhaltensanpassung

Arbeitsgedächtnismodell nach Baddeley: zentrale Exekutive kontrolliert untergeordnete Systeme (phonologische Schleife, visuell-räumliche Notizbuch)

PFC wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung und Manipulation von Informationen im Arbeitsgedächtnis, während Speicherung von Informationen in posterioren Hirngebieten

domänenspezifische Organisation im PFC

Goldman-Rakic (1996): Tierexperimente zum Arbeitsgedächtnis

• DLPFC: Neurone halten & manipulieren räumliche Informationen

• VLPFC: Neurone halten & manipulieren Objektinformationen

funktionsspezifische Organisation im PFC(Petrides,2005)

• DLPFC: Manipulieren & Überprüfen von Informationen

• VLPFC: Aufrechterhalten & Abrufen von Informationen

Zumindest für die Teilaspekte Aufrechterhaltung & Manipulation im Arbeitsgedächtnis scheint es eine funktionale Spezialisierung im PFC zu geben.

Damasio: Theorie der somatischen Marker (Somatic Marker Hypothesis)

• Die Theorie der somatischen Marker besagt, dass Entscheidungen auf der Grundlage von Emotionen und Körperempfindungen, die als "somatische Marker" bezeichnet werden, getroffen werden.

• Diese somatischen Marker sind eine Art "Gedächtnisspur" für vergangene Erfahrungen mit ähnlichen Situationen. Wenn wir eine Entscheidung treffen, aktivieren diese somatischen Marker automatisch eine spezifische Emotion oder ein spezifisches Körpergefühl, das uns bei der Entscheidungsfindung unterstützt.

  • Zum Beispiel kann eine Person, die in der Vergangenheit schlechte Erfahrungen mit einem bestimmten Geschäftspartner gemacht hat, eine somatische Markierung haben, die mit negativen Gefühlen verbunden ist, wenn sie wieder mit diesem Geschäftspartner konfrontiert wird. Diese somatische Markierung kann dazu führen, dass die Person eine Entscheidung trifft, die auf der Grundlage dieser negativen Erfahrung getroffen wird

• besagt, dass Emotionen wichtige Rollen bei der Entscheidungsfindung und dem Verhalten spielen.

• Die Theorie postuliert, dass wir bei der Entscheidungsfindung nicht nur rationale Überlegungen anstellen, sondern auch unsere Gefühle und Emotionen berücksichtigen

• Motive, Gefühle & Antriebe sind wichtige Aspekte der Verhaltenskontrolle

• Unterscheidung zwischen cold (kognitiven) vs. hot (motivationalen) EF

  • cold: kognitive Stimuli, sensorische Informationen wie Farbe, Form (z.B. WCST, Stroop) → primär lateraler PFC

  • hot: motivationale Stimuli, Belohnungsreize (monetär, Futter bei Tierexperimenten) → primär OFC, ventromedialer PFC

• Somatische Marker = emotionale Reaktionen, die in Entscheidungssituationen eingreifen und als Richtungsweiser für die Verhaltenskontrolle/-planung dienen

  
  

Insbes. über den ventromedialen PFC werden somatische Marker mit Erfahrungen verknüpft

• Bei Läsionen im VMPFC können somatische Marker für Handlungssteuerung nicht genutzt werden: Fehlende Antizipation von (emotionalen) Konsequenzen einer Handlung (Belohnung, Bestrafung)

  • Wenn der modulierende Einfluss von Emotionen fehlt, werden Entscheidungen impulsiv und willkürlich getroffen.

Kartenstapel:

• A, B: hohe Gewinne, aber im Schnitt hohe Verluste

• C, D: geringe Gewinne, aber im Schnitt niedrige Verluste

  -> verdeckte Karten ziehen, so dass Gewinn maximiert wird

Gesunde bevorzugen C & D, meiden Stapel A & B, zeigen antizipatorische emotionale Erregung

VMPFC wichtig für Abschätzung/Bewertung möglicher (emotionaler) Konsequenzen von Entscheidungen

Assoziiert mit Antisozialer Persönlichkeitsstörung: impulsives, unzuverlässiges Verhalten, soziale Normen nicht

befolgen können, Irritabilität, Aggressivität

Basalganglien typischerweise in motorische Kontrollprozesse eingebunden, spielen aber auch Rolle bei kognitiver & affektiver Kontrolle (Konnektivität zum PFC über den Thalamus)

• DLPFC-Schleife → dorsolaterales Präfrontalhirnsyndrom: Defizite bei höheren kognitiven Funktionen, Planung,

  kognitive Flexibilität, Arbeitsgedächtnis, Perseverationen

  • Patienten haben Probleme sich auf neue Sortierregel umzustellen, zeigen Perseverationen

    
    

VMPFC-Schleife: → Orbitofrontalhirnsyndrom:

• Persönlichkeitsveränderungen, Störungen der Emotionalität und des Sozialverhaltens, Impulsivität, Irritabilität, Aggressivität, enthemmtes Verhalten

VMPFC Läsionen:

• weitgehend normale Leistungen bei rein kognitiven Testungen (Arbeitsgedächtnis, Aufmerksamkeit, Gedächtnis), aber massive Auffälligkeiten im Alltagsverhalten (impulsives, unzuverlässiges, sozial unangemessenes Verhalten), beim Entscheiden und Planen, Antizipation von Verhaltenskonsequenzen

  → erworbene Soziopathie bzw. Antisoziale Persönlichkeitsstörung

bei EF involviert in Konfliktlösung, Fehlererkennung

• Patienten oft ineffizient mit neuen kognitiven Anforderungen umzugehen, Regelbrüche, Wort- wiederholungen (Perseverationen)

• ToL: Patienten brauchen mehr Züge, statt voraus- schauende Planung der Züge vielmehr trial-error Bearbeitung

  • Aktivierung im DLPFC nimmt mit der Anzahl der notwendigen Züge und Schwierigkeit der Aufgabe zu

fMRT-Studien: Aktivierung im DLPFC & VLPFC

• phonologische Wortflüssigkeit: mehr dorsale Aktivierung

• semantische Wortflüssigkeit: mehr ventrale Aktivierung

DLPFC & Selbstkontrolle: DLPFC ist in die Selbstkontrolle eingebunden, um Gefühle, Antriebe und Intentionen zu kontrollieren (Top-down Kontrolle des VMPFC, VLPFC, limbisches Systems und Basalganglien)

1. Bsp: Hemmung des rechtsseitigen DLPFC über TMS/tDCS führt bei Probanden zu risikoreicherem und ungehemmten Verhalten

Patienten mit VMPFC Läsionen: bevorzugt Stapel A & B ( hohe Gewinne, aber im Schnitt hohe Verluste) -> mit

Nettoverlusten, keine emotionale Erregung

• VMPFC wichtig für Abschätzung/Bewertung möglicher (emotionaler) Konsequenzen von Entscheidungen