Exekutive Funktionen

• Optimierung der Informationsverarbeitung, wenn multiple kognitive Prozesse koordiniert werden müssen

• Überwachrung (Monitoring), kognitive Kontrolle —> Prozesse sind nicht spezifisch für eine bestimmte kognitive Domäne (Sprache, Gedächtnis, Motorik etc.)

  • Übergeordnete Prozesse

• Können Handlungspläne unterbrechen bei Veränderung zur Anpassung

• Kontrolle & Steuerung von Handlung und mentalen Prozessen -> Kontrolle der Kontrolle

• Steht mit der Unterscheidung zwischen automatischen vs. Kontrolliertem Verhalten in  Zusammenhang (habitual vs. Goal-directedbehavior —> Sitzung zur Handlungskontrolle)

• ❌Nur zielgerichtetes Verhalten erfordert exekutive Kontrolle (habituelles nicht)

• PFC spielt eine zentrale Rolle

• Kontrollkapazitäten parallel entwicklt zu Anteil PFC in der Evolution

• größter Anteil von Cortex ist Assoziationskortex, nicht spezifisch

  • Oder exekutive Funktionsprozesse (PFC)

• sehr heterogen und kompliziert

• Bereiche haben auch unterschiedliche Funktionen

• Auch immer frontostriatale Schleifen bei Prozessen eingebunden

• ❌PFC-Areale sind entlang eines räumlichen Gradienten in parallele fronto-striatale Schleifen eingebettet

• Funktion: Regulation der Erregbarkeit der entsprechenden kortikalen Arealen

• Verschiede Bereiche des PFC in Farben —> sieht, wie die in Schleifen eingebettet sind

• Ventral -> ventral

• Dorsal -> dorsal

• Vergrößerung der schwarzen Box (Basalganglienkerne?)

• Einige Bereiche in denen exekutive Funktionen eine wichtige Rolle spielen

• Task-setting und Problemlösen

• Überwindung habitueller Handlungstendenzen

• Task-switching

• Multi-tasking

• ❌Shallice, 1982

• ❌Um die Funktion des SAS (als General purpose planning system) zu testen

  • Soll Zielposition von Kugeln herstellen —> wie viele Versuche brauchen VP / was ist R2?

• task-setting-Aufgabe: Aufgabe wird gestellt  und muss eigenständig gelöst werden

  • Sagt, was erreicht werden soll, aber nicht, wie es erreicht wird

• N = 61 Patienten, 4 Patientengruppen (anterior (=frontal) / posterior(=parietal)) jeweils L und R

• N = 20 Kontrollprobanden

• Anteil der Probleme, die innerhalb von 60s korrekt gelöst wurden signifikant geringer in der „left anterior“ (links frontalen)Gruppe

  • Der Bereich wichtig

• ❌In Abhängigkeit der Komplexität der Probleme

• ❌Shallice & Evans, 1978

• Kognitive Schätzungen (cognitive estimation task, CET) in Frontalhirnpatient*innen

• Shallice and Evans described a patient who, following a large right frontal lesion caused by an explosion, showed a severe impairment in producing adequate cognitive estimates. When he asked „What is the height of the highest building in London?“, he replied „18.000 to 20.000 feet“ (approximately 5500-6000m). Strikingly, the patient did not appear to realize that his answers were bizarre and instead continued to justify them, even when pressed about the appropriateness of the responses. (Cipolotti et al., 2017)

• Verzerrte Schätzfähigkeit und keine Einsicht

• 9 Items (z.B. What is the length of the average newborn baby? What is the maximum speed of a cheetah?)

  • Strukturierte Version der Schätzung

• Bewertet wird der Grad der Abweichung von den Normwerten (0, 1, 2 oder 3 Punkte je nach Abweichung)

  • Schätzung gesunder Kontrollpersonen

• Testet Fähigkeit zum Problemlösen: Lösung ist unbekannt, kann z.T. geschlossen bzw. abgeschätzt werden

• —> Signifikant extremere Schätzungen in der Frontalhirngruppe („anterior“)

• Wieder sehr grobe Einteilung der Gruppen

• Bestätigt Anekdote

• Größere Abweichung von Normwerten bei Frontalhirn-Läsion

• Task-Setting im verbalen Bereich

• Gibt Patient*innen Anfangsbuchstaben / Kategorie und sollen möglichst viele Wörter nennen

• Phonetische Wortflüssigkeit: FAS-Test (innerhalb einer Minute möglichst viele Worte generieren, die mit „F“ bzw. „A“ / „S“ beginnen)

• Semantische Wortflüssigkeit: Category fluency (innerhalb einer Minute möglichst viele Tiere nennen)

• —> Patienten mit linken PFC Läsionen besonders stark beeinträchtigt (Stuss & Alexander, 1998)

• ❌—> Henry & Crawford (2004): Meta-Analyse zeigt Assoziation vom Wortflüssigkeitsdefiziten mit Frontalhirnschädigung für phonetische und semantische Aufgaben

• Einige Bereiche in denen exekutive Funktionen eine wichtige Rolle spielen

• Task-setting und Problemlösen

• Überwindung habitueller Handlungstendenzen

• Task-switching

• Multi-tasking

• J. Ridley Stroop (George Peabody College)

• Stroop-Test (Stroop, 1934): In welcher Farbe ist das Wort geschrieben? —> Automatische Handlungstendenz (Lesen des Wortes) steht mit der erforderlichen Handlung (Benennung der Farbe) in Konflikt

  • Erzeugt Diskrepan zwischen habitueller Handlungstendenz und Aufgabe

  • Handlungstendenz antrainiert

• ❌Bei der Verarbeitung des Antwortkonfliktes spielt der ACC eine wichtige Rolle

• Benennung der Farbe von Punkten (Part D)

• Benennung der Farbe von nicht-Farbwörtern (Part W)

• Benennung der Farbe von Farbwörtern (Part C)

—> Part C ist die „Stroop“-Bedingung

—> Frühe Evidenz für eine Rolle des linken PFC beim Stroop-Effekt (zusätzlich zum ACC)

• Analyse von Stroop-Performance in n=34 Frontalhirnpatient*innen —> Aufteilung der Patientengruppe nach Performanz (good vs. Poor Performers)

• ❌Bilaterale dorsale Läsionen führen zu erhöhter Fehlerrate und verlangsamten Reaktionszeiten in inkongruenten Trials

  • Je dorsaler die Läsion, desto wahrscheinlicher Poor Performer

• Evtl. ACC und angrenzende preSMA besonders wichtig

• Je dunkler die Farbe, desto mehr Patient*innen in der Gruppe haben Läsion in dem Bereich

• Ab hier Bildgebung möglich

• Proband*innen müssen auf Standardreiz reagieren (Go), aber die Antwort auf andere Reize (seltenere No-Go-Reize) unterdrücken (siehe Donders, 1868/1969)

• Handlungstendenz wird in Go-Trials induziert und muss in No-Go-Trials unterdrückt  werden (-> Stroop-Task)

  • Trainiert Handlungstendenzen an, z.B. durch deutlich mehr Go-Trials

• Picton et al. (2007): Go/No-Go Performanz in Frontalhirnpatienten —> Vergleich von Patienten mit vs. Ohne Läsion in dem entsprechenden Areal

• Vorgang andersherum als vorher, aber ähnliche Ergebnisse

• Ähnliche Netzwerke wie bei Stroop, die wichtig sind

• ❌verschmiert Peak-Koordinaten, um räumlich Ungenauigkeit zu berücksichtigen

  • Erstetzt einzelnen Voxel durch größeren Aktivierungsbereich

• Sucht dann nach Overlapp über alle Studien und das ist Ergebnis der Meta-Analyse

• Unterschied zu Neurosynth

  • Neurosynth guckt sich nicht an, wo die Koordinaten herkommen und macht keine spezifischen Vergleiche zwischen Bedingungen

  • Bei Meta-analyse werden spezifische Koordinaten rausgesucht, die sich auf einen Kontrast beziehen -> ist spezifischer (aber kann nicht so viele Paper berücksichtigen wie Neurosynth)

• Anti-Sakkaden-Aufgabe

  • Höhere Fehlerraten und längere Rts bei Anti- vs. Pro-Sakkaden

  • ❌Viel bei Schizophrenie genutzt

  • Muss habituelle Tendenz, zu Stimulu zu gucken, unterdrücken

  • Beansprucht Ressourcen, Handlungstendenz zu  unterdrücken

• Eriksen-Flanker-Task

  • Eriksen & Eriksen, 1974

  • Höhere Fehlerraten und längere Rts bei inkongruenten Trials

  • Immer Hinweis, dass man mehr kognitive Ressourcen braucht, um die Aufgabe zu lösen

• Simon-Task

  • ❌Simon & Rudeli, 1967

  • Höhere Fehlerraten und längere RTs bei inkompatiblen Trials

  • Farben erscheinen links oder rechts vom Fixationskreuz

  • Farben sind Hinweisreize

• Beispiel Activation Likelihood Estimation (ALE, Turkeltaub et al., 2002; Eickhoff et al., 2012)

• Wenn es noise wäre, hätten Studien keine räumliche Überlappung

• Guckt sich Koordinaten zu bestimmten Kontraste bei allen Papern an und „melts“ die in Hirn

• Beispiel: Peak-Koordination aus Stroop-Task

• Kontrast: inkongruent > kongruent

—> Regionen, die für den Antwortkonflikt sensitiv sind

• Guckt, wie konsistent Ergebnisse sind

• Wären das alles Zufallsergebnisse, hätte man keine signifikanten Überlappungen

• Je mehr Studien Effekt in gleicher Region gefunden haben, desto stärker ist der Overlap —> guckt, wo stärkster Overlap ist

• ❌Mögliche Gründe, warum etwas nicht signifikant überlappt: Messfehler, weniger Power, Stichproben etc.

• ALE Meta-Analyse von fMRT-Studien zu Interferenz-Effekten

• Konjunktionsanalyse

  • ❌Conjunction-Analyse: identifiziert konsistente Effekte über alle Aufgabentypen

• Guckt, welche Voxel bei allen drei Bedingungen einen Effekt zeigen

• Inhibitionsaufgaben (Unterdrückung habitueller Handlungstendenzen) aktivieren konsistent rechten PFC und anteriore Inselrinde

• Meta-Analyse zeigt ACC / dmPFC Effekte in allen Aufgaben bis auf Go / No-Go

• Inhibitionsaufgaben haben generelle (rechter PFC) und spezifische (pro Aufgabe) neuronale Komponenten

• Einige Bereiche in denen exekutive Funktionen eine wichtige Rolle spielen

• Task-setting und Problemlösen

• Überwindung habitueller Handlungstendenzen

• Task-switching

• Multi-tasking

• ❌Grant & Berg, 1948

• Paradetask für Task Switching

• In the Wisconsin Card Sorting Test, patients are given a card that can be sorted by a number of rules (matching shape, number, or color)

• Sometimes the rule unexpectedly changes and the patients must adjust their responses to the new rule

• ❌Based on Milner, 1963

• Im WCST muss die Zuordnungsregel gelernt werden (Anzahl / Farbe / Form)

• Das Verhalten muss gleichzeitig an plötzliche Regelwechsel angepasst werden —> relevante Dimention wechselt (Anzahl / Farbe / Form)

• Perseverationsverhalten im WCST = verzögert Anpassung an den Regelwechsel

• Weigl (1927) berichtet erstmals von einem Patienten mit bilateraler frontaler Schädigung, der Schwierigkeiten hat, das Verhalten an Regelwechsel in einer ähnlichen Aufgabe anzupassen

• Milner (1963) & Nelson (1974) berichten vermehrte Perseverationsfehler in Patienten mit Frontalhirnschädigung verglichen mit anderen Läsionspatienten

• Müssen Karten auf verschiedene Kartenstapel sortieren -> gibt da verschiedene Bedingungen (z.B. Farbe, Anzahl, Form)

• Regeln wechseln, ohne dass man es gesagt bekommt -> muss dann gucken, wie es richtig sortiert ist

• ❌Je länger man braucht, um zu verstehen, dass die Regel sich geändert hat, desto mehr perseveriert man (Perseverationsfehler)

• Wissen, dass Regel sich irgendwann ändert

• ❌WCST in Frontalhirnpatienten

• N = 16 Kontrollprobanden

• N = 5 / N = 6 mit rechten / linken nicht-frontalen Läsionen

• hat wieder 4 Läsionsgruppen

• Sieht Anzahl der Perseverationsfehler

• Kontrollen und Pat mit nicht-frontaler Läsion sind gleich gut -> nicht-frontale Läsionen scheinen keinen Effekt zu haben

• Nur RDL und SM zeigen signifikante Beeinträchtigung

• -> Mehr Perseverationsfehler in RDL, LDL & SM im Vergleich zur Kontrollgruppe

• ❌PPC = perseverations of the previous criterion (Anzahl der Perseverationsfehler)

• Hinweis, dass man bei task switching Unterschied zwischen inferior medialen Bereichen (Belohnung, affektives Verhalten) und dorsalen Bereichen (kognitive Anpassungen) hat

• Die Regelwechsel sind unvorhersehbar

• Die relevanten Dimensionsn (Anzahl / Form / Farbe) werden nicht vorgegeben, sondern müssen von den Probanden selbst erkannt werden

• —> Es bleibt offen, auf welchen Prozess Schwierigkeiten beim WCST zurückzuführen sind

  • Detektion der neuen Dimension, Detektions des Regelwechsels, Implementierung der neuen Regel, Inhibition der alten Regel usw.

  • hat keine einfach zu lernende Regelmäßigkeit in den Regelwechseln

• Alternative Task-switching Aufgabe (Monsell, 2003)

  • Aufgabenwechsel sind vorhersehbar, relevante Dimension ist vorgegeben

  • Wechselkosten (RT switch - RT non-switch) treten trotzdem auf, auch bei > 1s Vorbereitungszeit auf den neuen Stimulus

  • Je nachdem ob man in oberer oder unterer Zeile ist, muss man verschiedene Tasks machen

  • Unterschied zu WCST: wird genau gesagt, welche Reizdimensionen relevant sind

    • Reihenfolge der Trials ist vorhersehbar -> Reize immer im Kreis gezeigt

  • Könnte meinen, dass eigentlich das ganze die Regel ist und es nicht zu switching kommt, aber hat trotzdem Wechselkosten

  • ❌Wechselkosten sehr groß: fast 200ms

  • Wenn man Abstand zwischen Stimuli verlängert, hat man trotzdem noch hohe Wechselkosten

    • Könnten irgendwann weggehen, wenn man das Intervall noch deutlich länger machen würde

• Implementierung der neuen Aufgabe / Regel? —> Nein

• Unterdrückung / Hemmung der alten Aufgabe / Regel? —> Ja

• Wechselkosten sind höher, wenn von einer schwierigen zu einer leichteren Aufgabe gewechselt wird

  • Von Zweit- zu Muttersprache (Meuter & Allport, 1999)

  • Von Farb- zu Wortbenennung im Stroop-Task (Allport et al., 1994)

• passt zu der Idee, dass Perseverationsverhalten Inhibitionsdefizit ist

• Einige Bereiche in denen exekutive Funktionen eine wichtige Rolle spielen

• Task-setting und Problemlösen

• Überwindung habitueller Handlungstendenzen

• Task-switching

• Multi-tasking

• Argumentieren, dass klassische neuro-psychologische Tests typischerweise

  • Nur eine isolierte Funktion testen

    • Wurden dafür entwickelt, um möglichst spezifischen einen Aspekt zu messen

      • Ist aber auch eine Limitation

  • ❌Sehr kurze Trials beinhalten

• ❌Planung des Verhaltens über längere Zeiträume oder Priorisierung verschiedener Aufgaben wird dadurch nicht erfasst

• Bei multi-tasking Aufgaben müssen verschiedene Aufgaben bearbeitet werden

• Zukünftige Ziele müsen aufrechterhalten werden und das momentane Ziel muss bearbeitet werden

• Vergleich: beim Task-switching wechselt lediglich das aktuelle Ziel

• um das zu messen, braucht man andere Tasks

• Untersuchen 3 Patienten mit Frontalhirnschädigung, die

  • Bei Tests der Exekutivfunktionen keine / geringe Beeinträchtigung zeigten (Tower of London, Cognitive Estimates, FAS, WCST, etc.)

  • Stark im Alltag beeinträchtigt waren („severe problems in the organization of everyday activities“)

  • die einzelnen Funktionen im Normalbereich

• ❌Shallice & Burgess (1991): Six Element Test

  • 15min um so viele Aufgaben (Objektnamen schreiben, Rechenaufgaben) wie möglich zu bearbeiten

  • Probanden werden explizit instruiert, die Aufgaben zu wechseln: zusätzliche Punkte für die frühen Items der verschiedenen Aufgaben

  • Bekommt verschiedene Aufgaben, die man lösen muss, z.B. Mathe, Karten sortieren, Objektnamen aufschreiben

  • Bekommt vorher gesagt, dass man 15 Minuten Zeit dafür hat und dass es mehr Punkte gibt, wenn man alle Aufgaben bearbeitet

    • Die frühen Items der einzelnen Aufgaben bringen mehr Punkte als die späteren

    • Muss tracken, welche Aufgaben man schon bearbeitet hat und wo man noch mehr Punkte bekommen würde —> muss man parallel aufrechterhalten

• Die drei Frontalhirnpatienten

  • Bearbeiten z.T. deutlich weniger Teilaufgaben als die Kontrollen; längere „Planungsphase“ am Anfang

    • Überlegen lange, wie sie das machen wollen, bevor sie anfangen, sich damit zu beschäftigen

  • Bearbeiten einzelne Teilaufgaben wesentlich länger als Kontrollen (—> Schwierigkeit beim Aufgabenwechsel)

    • Auch zeitliche Aufteilung nicht gleichmäßig -> Schwierigkeit im Aufgabenwechsel

• Die einzelnen Aufgaben können gelöst werden, aber sobald man übergeordnet lösen muss, wie man Ressourcen verteilt, treten Defizite auf

• ❌—> Defizit tritt auf, obwohl die Patienten die einzelnen Teilaufgaben in Isolation problemlos lösen konnten

• Haben wir bereits kennengelernt

• Habituelles Verhalten kann mit minimaler Aufmerksamkeit und Kontrolle durchgeführt werden (einen bekannten Weg fahren)

• Andere Handlungen (z.B. einer Umleitung folgen) erfordern, dass aktuelle Verhaltensmuster unterbrochen werden, und den neuen Gegebenheiten angepasst werden

• Letztere, aber nicht erstere Handlungen benspruchen das sogenannte Supervisory Attentional System (SAS)

• Das SAS-Modell konnte bis in die 90er Jahre viele Befunde erklären, es gab aber vermehrt Hinweise auf Probleme

  • Einige PFC Patient*innen zeigen im Altag stark unorganisiertes Verhalten, zeigen aber keine Beeinträchtigungen in Standardtests (Eslinger & Samasio 1985)

  • Manche Patienten zeigen auch starke Unterschiede in der Leistung zwischen verschiedenen Tests (Burgess & Shallice, 1991) —> ist immer „nur“ das SAS beeinträchtigt?

  • Modell kann viel erklären, wenn man sich einzelne Funktionen anschaut

  • Aber bei Multi-Tasking kommt man damit nicht weiter, weil es sagt, dass alle Exekutiven Funktionen im PFC sind

    • Aber konkrete Aufgaben können Patient*innen noch lösen -> nur Defizit bei der Koordination dieser

    • Gibt nicht nur ein Exektuvies System —> bei Multi-Tasking anderes System involviert, als wenn man sich die einzelnen Aufgaben anschaut

    • SAS muss in Hinblick auf einzelne Bereiche weiter unterschieden werden

      • Exekutive Funktionen in einzelne Bereiche unterteilen

• Evtl. können exekutive Funktionen in weitere Unterbereiche eingeteilt werden

1. Emotionale vs. Kognitive Kontrolle (OFC / vmPFC vs. Lateraler PFC)

2. Linker. Vs. Rechter PFC

3. Anteriorer vs. Posterioer lateraler PFC

4. Kontrolle vs. Monitoring (ACC vs. Lateraler PFC)

• „Hot“ (affektiv / belohnungsbasiert) vs. „Cold“ (kognitiv)

• Tiere lernen, relevante Dimension (Form vs. Linien) und welcher Reiz belohnt wird

• Nach initialem Lernen: Läsionen des OFC (N = 3), IPFC (N = 3), Sham (N = 3)

  • Sham = keine Läsion?

  • OFC eher affektiv-belohnungsbaserit

  • IPFC eher kognitiv (laterater)

• Danach

  • Reversal: anderer Stimulus wird belohnt

  • Dimensionswechsel: andere Dimension wird relevant (Form —> Linien)

• Guckt, wie viele Trials Tiere brauche, um Verhalten korrekt anzupassen

• Hat Dissoziation

  • Wenn lateraler geschädigt ist, dauert es länger bei Dimensionswechsel

  • Bei OFC dauert es länger, umzulernen, welcher Stimulus belohnt wurde

  • Erster Hinweis darauf, dass es diese Unterscheidung gibt

• ❌Bechara et al., 1994, 1997, 1998

• Theorie sehr umstritten

• Ausgangspunkt ähnlich den Überlegungen von Shallice und Burgess zum Multi-tasking: Diskrepanz zwischen Alltagsverhalten und intakter Performanz bei Standardtests exekutiver Funktionen in einigen Patient*innen

• Hier: Fokus auf unkontrolliertem bzw. unangemessenen Verhalten (Impulsivität, Risikoverhalten etc.), weniger auf Probleme im Mutitasking

  • Fokus auf Verhalten, bei dem hohe Risiken eingegangen werden oder was sozial schwierig/enthemmt ist

    • Erinnert an das, was bei Phineas Gage beobachtet wurde

• Emotionale Ereignisse (z.B. riskante Situationen) führen dazu, dass sogenannte somatische Marker im Gedächtnis abgelegt werden

  • Somatische Marker

    • Erinnerungen an riskante Situationen und Arousal während der Situation

• Hierfür sind Regionen wie die Amygdala und der vmPFC / OFC wichtig

• Beim Abruf des Ereignisses werden die „somatischen Marker“ aktiviert und beeinflussen das Verhalten

• Sind Regeionen aus der Affenstudie mit Beeinträchtigung bei Reversal

• Können z.B.Risikoverhalten regulieren

• u.a. Bechara et al., 1994, 1998

• Proband*innen erhalten zu Beginn $2000 Spielgeld

• 4 Kartenstapel, Probanden ziehen Karte in jedem Trial und gewinnen / verlieren Spielgeld

• Es gibt „gute“ und „schlechte“ Stapel

  • Kontrollprobanden lernen, A / B zu meiden und C / D zu wählen, Patienten mit vmPFC/OFC Läsionen tun dies nicht

  • Kontrollen generieren eine antizipatorische SCR bevor sie A/B wählen, vmPFC Patienten nicht

• Idee: vm PFC Patienten können affektive Information nicht bei der Entscheidungsfindung nutzen

• hat viele Schwierigkeiten, wird aber immer noch viel genutzt

• Task, um Risikoverhalten zu messen

• Bei A/B macht man im durchschnitt Verlust, bei C/D im Durchschnitt Gewinn

• Aber bei schlechten kann man immer mal wieder viel in einzelnen Trials gewinnen

  • Kurzfristiger Anreiz bei schlechtern Stapeln besser, aber langfrisiter Gewinn bei guten Stapeln besser

• Patient*innen lernen das nicht oder deutlich langsamer

  • Ziehen noch deutlich länger von den schlechten Stapeln als Kontrollen

  • Patienten mit lateralen Läsionen haben das Problem nicht, sondern ventromediale Läsion

• Idee: somatischer Marker warnt Personen, von den schlechten Stapeln zu sehen -> wurde als direkter Hinweis für Theorie der Marker gesehen, ist aber nicht gut repliziert

  • Bei vmPFC würde es zu mehr riskantem Verhalten führen

• Kritik an Task

  • Unklar, ob es Lernen oder Entscheiden ist

    • Lernen sie nicht, welche Stapel besser sind oder präferieren sie schlechte Stapel?

    • Muss umlernen, welche Stapel tatsächlich gut sind -> das ist das, was Personen mit der Läsion nicht können

      • Wenn man erste große Belohnung bei schlechten Stapeln wegnimmt, ist Differenz nicht mehr so groß

• ❌Voxel-based lesion-symptom mapping (VLSM) in N = 344 Läsionspatienten, N = 165 davon hatten Schädigung unterschiedlicher Bereiche des Frontalhirns

• Untersuchte Tasks (unter anderem)

  • Card Sorting Test (WCST: Anzahl der Perseverationsfehler)

  • Iowa Gambling Task (IGT: Anzahl der Entscheidungen für gute vs. Schlechte Stapel)

  • Controlled Oral Word Association (COWA (Test der Wortflüssigkeit ähnlich FAS-Test): Anzahl der produzierten Wörter)

—> Erinnerung: VLSM vergleicht die Test-scores in jedem Voxel zwischen Patienten mit vs. Ohne Läsion in diesem Voxel

• sieht, dass man lateralen und medialen PFC unterscheiden kann

  • ❌v.a. beim Iowa ventrolaterlaer PFC -> führt zu schlechter angepasstem Verhalten in den Task

    • Ist aber noch ncht klar, was der Prozess ist, der zu dem Defizit führt (Lernen oder Entscheidung etc.)

• ❌Hat über alle Tasks hinweg Kontrollfaktor berechnet

  • ❌Und den Kontrollfaktor in VLSM

  • ❌Über alle Tasks ist Performanz mit ACC verknüpft

—> Kognitive Kontrolle (Stroop/COWA/WCST) basiert eher auf ACC und lateralem PFC

—> Belohnungsbasiertes Entscheidungsverhalten (IGT) basiert eher auf vmPFC/OFC

• ❌Faktorenanalyse —> Berechnung eines einzelnen „cognitive control“ Faktors

• N = 104 Proband*innen mit Daten von allen Tasks

• ❌VLSM: dieser Faktor ist mit Läsionen im ACC assoziiert —> alle kognitiven Kontrollaufgaben scheinen am ACC abzuhängen

• ❌Maia & McClelland (2004)

  • Basieren Entscheidungen im IGT wirklich auf „unbewussten“ Faktoren („somatischen Markern“)?

  • Genauere Erfassung des expliziten Wissens mittels verschiedener Maße —> Proband*innen haben explizites Wissen über die „guten“ Stapel

• ❌Fellows & Farah (2004)

  • Spielt ggf. Reversal Learning eine Rolle?

  • In der Originalversion des IGT werden die ersten Trials immer belohnt (und die schlechten Stapel haben höhere Belohnungen)

• Emotionale vs. Kognitive Kontrolle (OFC / vmPFC vs. Lateraler PFC)

—> Von den meisten Wissenschaftler*innen weitestgehend akzeptierte Unterscheidung

—>❌ Details sind jedoch umstritten (z.B. ist die Hypothese der somatischen Marker nicht universell akzeptiert)

• Linker vs. Rechter PFC

• Anteriorer vs. Posteriorer lateraler PFC

• Kontrolle vs. Monitoring (ACC vs. Lateraler PFC)

• Kontroverser als andere Organisationsprinzipien; basiert primär auf Läsionsdaten

• ist kontroverser

• ❌Stuss et al. (1995)

  • Linker PFC: Task setting / Problemlösen (z.B. Tower of London (räumlich), FAS-Test (verbal), beides eher nach linker PFC-Schädigung gestört)

  • Rechter PFC: Task monitoring (Daueraufmerksamkeit, Aufrechterhalten der aktuellen Regel / des aktuellen Zieles)

• ❌z.B. Stuss et al. (2000)

  • WCST Defizite nach linker und rechter PFC Schädigung

  • Links-Rechts-Dissoziation tritt aber für unterschiedliche Task-Versionen auf

    • Standardversion (Regeln und Regelwechsel nicht vorgegeben): linke IPFC Patient*innen schlechter als rechte —> Task Setting Defizit?

    • Alternative Version (Startregel und Zeitpunkte der Regelwechsel vorgegeben): rechte IPFC Patient*innen schlechter als linke —> Task Monitoring Defizit?

• Siehe auch Reverberi et al. (2005)

• Alternative

  • ❌Nicht so gut in der Lage, Aufmerksamkeit auf Regelwechsel zu setzen

• ❌Koechlin & Summerfield (2007)

  • Lateraler PFC als hierarchisch organisiertes exekutives System

  • „Press left for red“

  • „Consonant/vowel for red letters, upper/lower case for green letters“

  • Blockweser Wechsel der Farbzuordnungen

• „Branching“ (Verzweigung) = Aufrechterhaltung multipler Aufgaben / Ziele über die Zeit —> Multi-Tasking

  • Konflikte und Antwortverrechnung auf unterschiedlichen Abstraktionsniveau

• ❌Verwandtes Modell (Badre & D`Esposito, 2009)

  • ❌Rostro-Kaudaler Gradient im laterale PFC

  • Je rostraler, desto abstrakter der Kontrollprozess

    • Kognitive Kontrolle wird immer abstrakter je weiter nach vorne man kommt

      • Nicht-abstrakt: einfache Stimulus-Antwort-Assoziation -> prämotorische Areale (grün)

      • Bei orange eine Abstraktionsebene hinzugefügt -> braucht etwas weiter anterior gelagerte Areale

      • Rosa: kontext noch hinzugefügt

      • Ganz frontal für sehr komplexe Abstraktion wichtig, z.B. Multi-Tasking

        • Defizite im Multi-Tasking sieht man auch, wenn der Bereich geschädigt ist

• Anteriorer PFC & Multi-Tasking

  • Koechlin et al. (1999): aPFC aktiv, wenn ein Ziel aufrechterhalten werden muss, während Unterziele bearbeitet werden

  • Roca et al.(2010, 2011): Läsionen des aPFC beeinträchtigen Multitasking (und Social Cognition), aber nicht andere Tests exekutiver Funktionen

• Dorsaler „kognitiver“ Bereich —> exekutive Funktionen

• Rostraler „limbischer“ Bereich —> Emotionsverarbeitung / Emotionsregulation

• (Dorsaler) ACC ist unter anderem aktiviert

  • Wenn Fehler gemacht bzw. detektiert werden

  • Wenn Entscheidungs- oder Antwortkonflikte auftreten (—> bei potentiellen Fehlern, z.B: Stroop inkongruente Bedingung)

  • ❌dorsaler bei stroop etc. wichtig

    • Bei potentiellen Fehlern involviert

• EKP-Komponente error-related negativity (ERN) tritt nach Fehlern auf

  • ERN-Ursprung im Menschen (Deheane et al., 1994) und Affen (Gemba et al., 1986) wahrscheinlich der ACC

• Üblicher Effekt: Trial nach einem Fehler ist langsamer aber genauer (—> Verhaltensanpassung bzw. Rekalibrierung auf den Fehler, post-error slowing)

• ❌Affen mit ACC Läsionen zeigen diesen Anpassungseffekt nicht (Rushwort et al., 2003)

• FMRT-Studie Kerns et al. (2004)

  • ACC detektiert Fehler / Konflikt in Trial t

  • IPFC ist wichtig für die Verhaltensanpassung in Trial t+1

  • ACC wchtig, Fehler in Trial zu detektieren

  • Verhaltensanpasung ist eher durch den lateralen PFC

• Ist der ACC auch wichtig bei Entscheidungskonflikten ohne motorische Komponente?

• Männliche Probanden sehen Bilder von Frauengesichtern, Aufgabe. Das attraktivere  Gesicht auswählen

• ❌Entscheidungsphase und Antwortphase zeitlich entkoppelt

• Basierend auf Attraktivitätsbewertungen werden high-conflict Trials und low-conflict Trials betrachtet

• Der PFC ist keine einheitliche Strutkur, die allgemein „exekutive Kontrolle“ ausübt (wie z.B. vom SAS angenommen)

  • Annahme vom SAS-Modell falsch

• Funktionelle Unterteilung von OFC / vmPFC vs. Lateralem PFC generell akzeptiert (kognitive vs. Affektive Kontrolle)

  • Kognitiv vs. Affektiv weit akzeptiert

• Zunehmende Einigung bzgl. Anteriorer vs. Posteriorer Funktionen

  • Anterior

    • Gibt verschiedene Modelle, aber gehen alle in dieselbe Richtung

• Etwas weniger Konsens bzgl. Lateralisierung und ACC/IPFC Unterteilung