אונות קדמיות: תפקוד ופתולוגיה

“Here’s a case for you doctor”

2

אבולוציה של האונות הקדמיות – תפיסה מסורתית

Ada

pted

from

Fus

ter,

J.M

., T

he P

refr

onta

l Cor

tex:

Ana

tom

y, P

hysi

olog

y, a

nd

Neu

rops

ycho

logy

of t

he F

ront

al L

obe,

2nd

edi

tion.

New

Yor

k: R

aven

Pre

ss, 1

989

3

MRI - נתונים חדשים

אין הבדל MRIבניתוח משמעותי בין בני אדם

בגודל היחסי Great apesלשל האונות הקדמיות.

4

מאפייני כלליים של פגיעות באונות הקדמיות

קל לפספסאין הפרעות סנסוריות או מוטוריות

ביצוע מטלות מעבדה עשוי להיות תקיןמבחני אינטליגנציה יכולים להיות תקינים

לכן הרבה גידולים באונות הקדמיות מגיעים לגודל ניכר בטרם הגילוי

5

FRONTAL FALX MENINGIOMA

6

מאפייני כלליים של פגיעות באונות הקדמיות

קל לפספסאין הפרעות סנסוריות או מוטוריות

ביצוע מטלות מעבדה עשוי להיות תקיןמבחני אינטליגנציה יכולים להיות תקינים

לכן הרבה גידולים באונות הקדמיות מגיעים לגודל ניכר בטרם הגילוי

אבל בסופו של דבר "החיים האמיתיים" משתניםהרגישות לשינויים תלויה באופי העבודה ודרישותיה

(Phineas Gageאולם יש מקרים רבים של נזקים טראומטיים )

7

:התסמונות הפרונטליות הקנוניות

" אבולית " תסמונת אכפתיות חוסר ומוטיבציה ביזימה ירידה ביצירתיות ירידהאפטיה

דיסאינהיביציה של תסמונתאימפולסיביות שיפוט בעיותהסתבכויות

8

אנטומיה קצת

9

אנטומיה - חלוקה לאזורי מישנה

DLPFC

VLPFC

Dorsomedial PFC

Ventromedial PFC

Dorsolateral PFC

Lateral-Orbital PFC

DLPFC

VLPFC

10

ORBITO-FRONTAL CORTEX

11

לאזורים PFCקישורים מאזורים הטרומודליים ב-הטרומודליים אחרים בקליפת המוח

Heteromodal cortex

12

לאזורים PFCקישורים מאזורים הטרומודליים ב-PFCפאראלימביים ב-

13

אזורים לימביים PFCקישורים בין האזורים הפאראלימביים ב-ופאראלימביים אחרים בקליפת המוח

Hypothalamus

Temporal Pole, PHC, Insula (Paralimbic)

14

Limbic and para-limbic cortical areas

Limbic system )cortical components( Corticoid formation )amygdala, substantia innominata, septal nuclei(Allocortex )hippocampus, pyriform olfactory cortex(

Paralimbic cortexInsula )areas 14,15(, temporopolar cortex )are 38(, caudal orbitotemporal cortex )caudal areas 11,12,13(, cingulate complex )areas 23,24,33,31,26, 29(, parolfactory region )area 25, caudal area 32(, parahippocampal cortex, areas 28,34,35, 30(

Mesulam, M.M. (2000). Principals of Behavioral and Cognitive Neurology. New York: Oxford University Press.

15

PFC-THALAMIC CONNECTIONS

16

טלמוס

17

הקדמיות האונות תפקוד

18

THE DEFAULT MODE )Mesulam, 2002( התנהגות פרימיטיבית: קשר ישיר וקשיח בין גירוי לתגובה

התנהגות אינסטינקטיבית המכוונת באופן בלעדי על ידי הסביבה הפנימית ללא התייחסות לשינויי חיצוני, למידה או הקשר.

סיפוק מיידי.אין חופש בחירה ואין התייחסות לדרכי התנהגות אלטרנטיביות.

התייחסות רק ל"כאן ועכשיו".כל דבר נתפס לפי הפשט – "כל מה שנוצץ – זהב הוא"

אף כי זו התנהגות המאפיינת בעלי חיים ירודים, יש סבירות ( גם במוח של בעלי חיים latentשהיא נשמרת באופן חבוי )

גבוהים יותר ואף באדם. אולם – במקרים אלו האונות הקדמיות מאפשרות לעבור מעבר

To transcend the default modeלהתנהגות זו –

19

בקרה – הקדמיות האונות תפקודקוגניטיבית

20

,.Coechlin et al )אונות קדמיות – מערכות בקרה קוגניטיבית2003)

בקרה קוגניטיבית בלפחות שלוש רמות: )בחירת התגובה המוטורית המתאימה( – אזורים בקרה סנסורית

פרה-מוטוריים לטראליים. )בחירת אסוציאציית גירוי-תוגבה המתאימה בקרת הקשר

.LPFCלהקשר( – אזורים אחוריים ב- )בחירת התגובות בהתאם לניסיון קודם או בקרה אפיזודית

.LPFCציפיות לעתיד( – האזורים הקדמיים ב-

21

,Koechlin et al., 2003עדויות לרמות בקרה קוגניטיבית )

Science)

/.two-choice > go/no-go) אזורים רגישים למימד הגירוי )ירוק: dual task > single אזורים רגישים למימד המשימה )הקשר( )צהוב:

task.)(. cues > 1 cue > 0 cue 2 אזורים הרגישים למימד האפיזודי )אדום:

22

אונות קדמיות – מערכות בקרה קוגניטיביות

בקרה קוגניטיבית בלפחות שלוש רמות: )בחירת התגובה המוטורית המתאימה( – אזורים בקרה סנסורית

פרה-מוטוריים לטראליים. )בחירת אסוציאציית גירוי-תוגבה המתאימה בקרת הקשר

.LPFCלהקשר( – אזורים אחוריים ב- )בחירת התגובות בהתאם לניסיון קודם או בקרה אפיזודית

.LPFCציפיות לעתיד( – האזורים הקדמיים ב- קשב וזיכרון עבודה

שימור מידע לעומת מנגנון בקרה

23

?כיצד זיכרון עבודה מאפשר אינטגרציה בזמן

A

B

C

ן מ ז

בזמן ארועים התפתחות

A

B

C

ן מ ז

עבודה זיכרון

Conjunction

24

עדויות למעורבות האונות הפרונטאליות בזיכרון עבודה

)בקופים( מוריד את הביצוע במטלות של זיכרון עבודה DPFC נזק באזורי ( אך לא במטלות של זיכרון אסוציאטיבי.delayed response)למשל

של קופים מראים פעילות מתמשכת ב DPFC נוירונים ב delayed response.

Piaget’s Objectילדים עד גיל שנה אינם מצליחים ב- Permanence .Test )out of sight – out of mind(.

Fust

er &

Ale

xand

er,

Scie

nce

1971

25

CELLULAR CORRELATES OF SPATIAL WM

: מנגנון זיכרון למיקום PFC רגישות כיוון של נוירונים ב- במרחב; ירי מתמשך

בעת המרווח משמראת מיקום המטרהבאופן פעיל בזיכרון

העבודה.

Cue Response

26

“What” and “Where” neurons in the ventrolateral and dorsolateral PFC, respectively

Rao, S.C., Rainer, G., and Miller, E.K. )1997( Integration of what and where in the primate prefrontal lobe cortex. Science 276:821-824.

44% כ- מהנוירונים הראו

רגישות כפולה ואף אינטגרציה )רגישות

רבה יותר למיקום של אובייקט

מטרה(. הממצאים תומכים בקיום תפקיד כפול של שימור אקטיבי

של מידע ואינטגרציה בתוך

.LPFCה-

27

PFC INVOLVEMENT IN WM IN HUMANS

28

VENTRAL/DORSAL DISTINCTIONS IN THE LPFC

אין עדות משכנעת לחלוקה דורסלית/וונטראלית על בסיס מרחבי/לא-מרחבי.יש רמז להבדלים בינהמיספרים.

מעורב VPFC נראה מעורב יותר בפונקציות אקזקוטיביות בעוד ש- DPFCהיותר בשימור

29

Lateral PFC בחולים עם פגיעה ב WMהפרעות ב

Digit Span Delayed Response tasksבמיוחד עם הסחה –

תכנון וביצוע משימה רבת פעולות Coherent Stream of thoughts

30

אונות קדמיות – מערכות בקרה קוגניטיביות

בקרה קוגניטיבית בלפחות שלוש רמות: )בחירת התגובה המוטורית המתאימה( – אזורים בקרה סנסורית

פרה-מוטוריים לטראליים. )בחירת אסוציאציית גירוי-תוגבה המתאימה בקרת הקשר

.LPFCלהקשר( – אזורים אחוריים ב- )בחירת התגובות בהתאם לניסיון קודם או בקרה אפיזודית

.LPFCציפיות לעתיד( – האזורים הקדמיים ב- קשב וזיכרון עבודה

שימור מידע לעומת מנגנון בקרה עמודות כנגד הסחת דעת - סינון

עכבת תגובות לא רלוונטיות קידוד הקשר פרספקטיבה ויחסיות )קידוד זמן האירוע(

31

בסינון מידע ומניעת הפרעותPFCמעורבות ה-

הפניית קשב לגירויים בולטים/חדשים וחזרה על התגובות Defaultגם כאשר הן לא רלוונטיות יותר כחלק ממצב ה-

mode.אשר גורמים להסחת דעת ופרסברציה Match-to-sample task הסחת דעת ב

בבני אדם, הדרישה להתעלם מגירוים לא רלוונטיים מפעיל ה- Anterior Cingulate, MPFC and LPFC.

32

ANTERIOR CINGULATE

33

בסינון מידע ומניעת הפרעותPFCמעורבות ה-

הפניית קשב לגירויים בולטים/חדשים וחזרה על התגובות Defaultגם כאשר הן לא רלוונטיות יותר כחלק ממצב ה-

mode.אשר גורמים להסחת דעת ופרסברציה Match-to-sample task הסחת דעת ב

בבני אדם, הדרישה להתעלם מגירוים לא רלוונטיים מפעיל ה- Anterior Cingulate, MPFC and LPFC.

חולים עם פגיעות פרה-פרונטאליות מופרעים הרבה יותר מחולים עם פגיעות במקומות אחרים מגירויים מסיחים

(Chao & Knight, 1995.)

34

FONTAL PATIENTS

35

TPJ PATIENTS

36

HIPPOCAMPAL PATIENTS

37

Performance in a delayed match-to-sample task

38

העדר דיכוי תגובות לגירוים מסיחים לאחר פגיעה PFCב-

39

בסינון מידע ומניעת הפרעותPFCמעורבות ה- הפניית קשב לגירויים בולטים/חדשים וחזרה על התגובות גם כאשר הן

אשר גורמים Default modeלא רלוונטיות יותר כחלק ממצב ה- להסחת דעת ופרסברציה.

Match-to-sample task הסחת דעת ב Anteriorבבני אדם, הדרישה להתעלם מגירוים לא רלוונטיים מפעיל ה-

Cingulate, MPFC and LPFC.חולים עם פגיעות פרה-פרונטאליות מופרעים הרבה יותר מחולים עם

(.Chao & Knight, 1995פגיעות במקומות אחרים מגירויים מסיחים ) מאפשר הצמדות למטרה מיקוד והתעלמות מגירויים מסיחים.PFC ה-

.go/no-go tasks פרסברציה ב- Palm-fist-edge Wisconsin Card Sorting Task

40

WISCONSIN CARD SORTING TEST

פרסברציה: חוסר יכולת לשנות התנהגות

בהתאם להקשר. אך יש גם שגיאות מקריות

)לא פרסברטיביות( – הסחה פנימית? חוסר יכולת

להתמקד ולהתמיד בתוכנית פעולה?

41

בבקרת קשבLPFCתפקיד ה-

Corbetta’s Dual attentional System

42

Standard

Novel

Target

FULL FIELD ATTENTION

43Barcelo et al, Nature Neuroscience, 2000

FULL FIELD ATTENTION EEG

44

Target

45

HEMIFIELD ATTENTION

Ignore AttendAttend Ignore

Yago et al, in press

46

47

)TONIC( ATTENTION INDEPENDENT EFFECT

48

ATTENTION DEPENDENT ENHANCEMENT )> 200MS(

49

PHASIC EXCITATORY RESPONSES FOR RELEVANT INFORMATION )TARGETS(

50

– חיפוס אחר חידושLPFCבקרה קוגניטיבית ב-

more of the same ברירת המחדל: במצב הנורמאלי: חיפוש חידושים –

בסביבה בחשיבה

באפשרויות תגובהתגובה לגרויים "חדשים" – באזורים רבים, כולל בקורטקס

פרפרונטלי

נוירונים באזור פרפרונטלי מגיבים יותר "לגרויים "חדשים

Miller, 2000

בחולים

( קצר חדשים בגירויים צפיה ,.Daffner et alזמן2003 )

וNovelty P3a( מופחתDaffner et al., 2003)Controls Frontal lesion patients

Knight et al., several studies…