Cortical-cortical interactions in executive control

执行控制中的皮质-皮质相互作用

基本信息

项目摘要

It is widely accepted that human cognition is supported by distributed neural networks engaged in a task dependent manner. Prefrontal cortex (PFC) is crucial to top-down control of such networks across multiple cognitive domains including attention, language and memory. Despite the widespread use of the term "topdown" control there is surprisingly little neurocognitive research on how or where this might be instantiated at a neural level. For instance, it is unknown whether excitation vs inhibition of activity in cognitive tasks represents a unitary gain control mechanism, such that activity is either up or down regulated along one continuum by one control mechanism or whether top-down control reflects the net activity of multiple and distinct RFC-dependent excitatory and inhibitory mechanisms. We propose that PFC exerts independent excitatory and inhibitory control to support goal-directed behavior. To address this hypothesis we will perform a series of experiments examining whether top-down is supported by distinct excitatory and inhibitory mechanisms with independent time courses. We will further assess whether top-down control is supported by excitement or inhibition of all of a certain class of stimuli based on pre-set instructions (Task Set top-down control) or whether PFC top-down control can also rapidly exert excitation and inhibition in early perceptual regions on a trial by trial basis (Trial-by-Trial top-down control). To address these questions we will perform fMRI studies in normal controls, electrocorticography studies (ECoG) in patients with implanted subdural electrodes and lesion studies in patients with focal PFC damage centered in mid-lateral PFC (BA 44/9/46). The ECoG studies will focus on the newly described high gamma response (70-250 Hz) that we have shown to be a robust neural marker of cortical activation. The patient lesion studies will be coupled with parallel TMS inactivation studies of mid-lateral PFC in normals. The lesion and TMS studies will assess whether the proposed lateral PFC activations observed in the ECoG and TMS studies are critical to task performance. If successful the results of this project will provide crucial data using converging methods on the role of PFC in top-down control. The proposed work has broad theoretical implications and will also inform translational physiologically based interventions for neurological and neurosurgical patients with PFC damage.
人们普遍认为人类认知是由从事某项任务的分布式神经网络支持的 依赖方式。前额皮质 (PFC) 对于跨多个网络的自上而下控制至关重要 认知领域包括注意力、语言和记忆。尽管“自上而下”一词被广泛使用 令人惊讶的是,关于如何或在何处实例化这一点的神经认知研究却少之又少。 神经层面。例如,尚不清楚认知任务中的活动是兴奋还是抑制 代表一种单一的增益控制机制,使得活动沿着一个方向向上或向下调节 一种控制机制的连续体,或者自上而下的控制是否反映了多种和多种因素的净活动 不同的 RFC 依赖性兴奋和抑制机制。我们建议PFC发挥独立作用 兴奋性和抑制性控制以支持目标导向的行为。为了解决这个假设,我们将执行 一系列实验检查自上而下是否受到不同的兴奋性和抑制性支持 具有独立时间进程的机制。我们将进一步评估是否支持自上而下的控制 根据预先设定的指令(任务集自上而下)对所有特定类别的刺激进行兴奋或抑制 控制)或者PFC自上而下的控制是否也能在早期知觉中快速发挥兴奋和抑制作用 逐个试验的基础上(逐个试验自上而下控制)。为了解决这些问题,我们将执行 正常对照的功能磁共振成像研究、硬膜下植入患者的皮层电图研究 (ECoG) 以中外侧 PFC 为中心的局灶性 PFC 损伤患者的电极和病变研究 (BA 44/9/46)。 ECoG 研究将重点关注我们已经展示的新描述的高伽马响应(70-250 Hz) 成为皮质激活的强大神经标记。患者病变研究将与平行研究相结合 正常人中外侧 PFC 的 TMS 失活研究。病变和 TMS 研究将评估是否 在 ECoG 和 TMS 研究中观察到的横向 PFC 激活对于任务表现至关重要。如果 该项目的成功结果将使用聚合方法提供有关 PFC 在 自上而下的控制。拟议的工作具有广泛的理论意义,也将为翻译提供信息 对患有 PFC 损伤的神经系统和神经外科患者进行基于生理的干预。

项目成果

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