The role of human medial frontal cortex in cognition investigated by functional magnetic resonance imaging.

Abstract

In meiner Doktorarbeit untersuchte ich mit Hilfe der funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRT) die funktionelle Anatomie des menschlichen medialen frontalen Kortex (MFC) während der Ausübung von drei kognitiven Aufgaben. Im ersten Experiment beobachtete ich die Aktivierung im Anterioren Cingulären Kortex (ACC) für erfolgreiche und fehlerhafte Antwortunterdrückungen während einer GoNogo Aufgabe. Hierzu benutzte ich eine neuartige fMRT Strategie, die es ermöglichte, Bilder mit achtfach höherer räumlicher Auflösung zu erstellen als herkömmliche Ansätze. Die Ergebnisse dieses Experimentes ließen auf eine bilaterale Verteilung von Fehlerprozessen im Anterioren Cingulum schließen, während erfolgreiche Unterdrückungen nur den ACC der rechten Hemisphäre aktivierten. Die Studie trägt zu einem besseren Verständnis der Mikroanatomie des ACC bei und demonstriert das Potential der fMRT, verschiedene kognitive Hirnregionen mit bisher unerreichter räumlicher Auflösung funktionell zu kartieren. In der zweiten Studie untersuchte ich die neuronal Grundlage für die Verarbeitung von Antwortkonflikten und Antizipation, mit besonderer Fokussierung auf den medialen frontalen Kortex. Bei herkömmlicher Auflösung waren sowohl Konflikt als auch Antizipationsprozesse mit überlappender Aktivierung im ACC assoziiert. Im Gegensatz dazu beobachtete ich eine differenzielle Aktivierung des Superioren Frontalen Gyrus (SFG) für beide Prozesse. Diese Ergebnisse stützen die Hypothese einer funktionellen Heterogenität innerhalb des MFC. SFG könnte eine Rolle in Prozessen spielen, die spezifisch für verschiedene Aufgaben sind, zum Beispiel die Unterdrückung von inkompatiblen Antworten um den Konflikt zwischen gegensätzlichen Handlungen aufzulösen. Diese Funktion stimmt mit Theorien überein, die SFG als höheres motorisches Areal beschreiben. Im Gegensatz dazu scheint ACC eine Rolle in abstrakteren und allgemeinen Verhaltensaspekten zu spielen. Im dritten Teil meiner Arbeit konnte ich mit Hilfe der Echtzeitauswertung von fMRT Daten zeigen, dass es Probanden möglich ist, die Aktivität einer kleinen, funktionell definierten Region innerhalb des ACC willentlich selbst zu modulieren. Diese Studie bildet die Grundlage für zukünftige Experimente in denen intentionale Regulierung von Aktivität in definierten Hirnregionen dazu beiträgt, kausale Zusammenhänge zwischen dem Areal und dessen Funktion als auch die Interaktion mit anderen Hirnstrukturen zu definieren.