Untersuchung der laminaren Verschaltung des dlPFC während Aufmerksamkeitsmodulation des Arbeitsgedächtnisses
Die neuronalen Mechanismen der selektiven Aufmerksamkeitslenkung auf Informationen im Arbeitsgedächtnis sind noch nicht gut verstanden. Diese hochauflösende fMRT-Studie bei 7 Tesla verwendet multivariate Musteranalyse (MVPA), um die Schichtspezifität der Informationsverarbeitung im dorsolateralen Präfrontalkortex (dlPFC) während der Aufmerksamkeitsmodulation des Arbeitsgedächtnisses zu untersuchen. Neueste Erkenntnisse über die unterschiedlichen funktionalen Rollen der verschiedenen kortikalen Schichten führten uns zu der Hypothese, dass in den oberflächlichen Schichten des dlPFC Inhalte auf welche die Aufmerksamkeit gelenkt wurde (aufmerksamkeitsrelevant) besser decodiert werden können als Inhalte auf welche keine Aufmerksamkeit gelenkt wurde (aufmerksamkeitsirrelevant) da diese oberen Schichten als Puffer des Arbeitsgedächtnisses vorgeschlagen wurden (Bastos et al., 2018). Im Gegensatz dazu vermuteten wir, dass die motorische Reaktion der Probanden stärker in den tiefen Schichten des dlPFC decodiert werden kann, da diese an der Steuerung von Handlungsselektion und -ausführung beteiligt sein könnten (Bolkan et al., 2017; Finn et al., 2019).
In einer Pilotierungsstudie haben wir BOLD-fMRT-Daten von 4 Probanden erfasst, während sie ein Retro-Cue-Arbeitsgedächtnisparadigma durchführten (Abbildung 1). Dieses Paradigma bestand aus einem langsamen ereignisbezogenen Design mit 16 Durchgängen pro Lauf. In jedem Durchgang wurden den Probanden zwei Sätze von Bildern präsentiert (bestehend aus zwei Bildern aus der Kategorie "Haus" oder "Gesicht"). Anschließend erhielten die Probanden einen Retro-Cue, der anzeigte, ob der erste oder der zweite Satz für die Prüfphase relevant sein würde (d.h., aufmerksamkeitsrelevante Kategorie). Nach einer verzögerten Phase, die dem Cue folgte, wurde den Probanden ein Bild präsentiert, das immer aus der Kategorie des aufmerksamkeitsrelevanten Bildsatzes stammte. Sie mussten mit dem Zeige- oder Mittelfinger ihrer rechten Hand angeben, ob dieses Bild mit einem der vorher gezeigten Bilder übereinstimmte. In 25% der Fälle wurden die Probanden auch nach dem nicht aufmerksamkeitsrelevanten Bildsatz gefragt.
Angelehnt an (Finn et al., 2019) konzentrierten wir unsere Analysen auf den linken dlPFC, und definierten eine region-of-interest (ROI), indem wir Regionen im dlPFC auswählten, die Teil des frontoparietalen Netzwerks (FPN) sind (Ji et al., 2019). Um festzustellen, ob die Ergebnisse spezifisch für das FPN sind, wählten wir eine anatomisch und funktional ähnliche Gruppe von Kontrollregionen aus, die zum cingulo-operculären Netzwerk (COP) gehören.
Abbildung 2 zeigt die mittlere schichtweise Dekodierungsgenauigkeit für alle Regionen des linken dlPFC (Teil des FPN) (a) und zum Vergleich für eine Kontrollgruppe von frontalen Regionen (Teil des COP) (b). Zu Vergleichszwecken haben wir auch die mittlere Dekodierungsgenauigkeit für dies gesamten Regionen ("ROI", also nicht schichtweise) einbezogen. Die farbigen Punkte entsprechen den vier individuellen Probanden.
Wir beobachteten eine bessere Dekodierung von aufmerksamkeitsrelevant Inhalten verglichen mit aufmerksamkeitsirrelevant Inhalten sowohl in den oberflächlichen als auch in den tiefen Schichten des (Abbildung 2a). Für die Kontrollregionen sahen wir keinen Unterschied in der Dekodierung zwischen aufmerksamkeitsrelevanten und unaufmerksamkeitsrelevanten Inhalten (Abbildung 2b). Wir beobachteten auch eine bessere Dekodierung der motorischen Reaktion in der Prüfphase in den tiefen Schichten des dlPFC im Vergleich zu den oberflächlichen Schichten. Obwohl die Ergebnisse im Einklang mit unseren Hypothesen zur laminaren Schaltung des dlPFC im Arbeitsgedächtnis stehen, sind sie aufgrund der geringen Stichprobengröße noch nicht abschließend. Wir haben diese Pilotierungsstudie genutzt, um eine Studien-Präregistrierung zu formulieren und Daten von 25 Probanden zu erheben, die wir derzeit analysieren.
