Stabilität kontra Flexibilität: scheinbar gegensätzliche Aufgaben des präfrontalen Kortex im Arbeitsgedächtnis-Netzwerk
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Für intelligenties, zielorientiertes Verhalten ist ein intaktes Arbeitsgedächtnis von größter Bedeutung. Nur wenn wir dazu in der Lage sind schnell und zuverlässig Information zu speichern und zu bearbeiten können wir Pläne verfolgen und komplexe logische Zusammenhänge begreifen. So ist es nicht verwunderlich, daß die Kapazität des Arbeitsgedächtnisses stark mit der Intelligenz eines Menschen korreliert. Um diese limiterte Kapazität effektiv nutzen zu können müssen wir dazu in der Lage sein Inhalte schnell und felxibel aus dem Arbeitsgedächtnis zu verwenden und gleichzeitig neue Information aufzunehmen und diese effektiv gegen Ablenkung zu schützen. Ziel des hier vorliegenden Projektes war es, diese exekutive Kontrolle über das Arbeitsgedächtnis auf Netzwerkebene zu verstehen. Zwei Affen wurden in einer Arbeitsgeächtnisaufgabe trainiert, die es erlaubt die unterschiedlichen Aspekte der Kontrolle über Gedächtnisinhalte zu untersuchen. Die Tiere mussten sich zwei verschiedene räumliche Positionen merken und diesen jeweils einen Wert zuweisen. Anhand des Wertes jeder Position konnten sie dann für eine der Positionen entscheiden und die andere Positon vergessen. Während die Tiere diese Aufgabe lösten haben wir gleichzeitig von Zellen im lateralen ParietaIkortex (LIP), im Orbitofrontalkortex (OFC) und im lateralen Präfrontalkortex (IPFC) abgeleitet. Erste Datenanalysen zeigen einen Beitrag zu Verabeitung und Aufrechterhalten räumlicher Information in LIP und IPFC aber nicht in OFC. Belohungsinfromation wird vor allem im IPFC und OFC aber kaum in LIP gespeichert. Information über die jeweils ,wertvollere' räumliche Position wird in alten drei Arealen repräsentiert, aber vorwiegend in LIP und IPFC. Um den Informationsfluß im Netzwerk zu untersuchen kann man den Zeitvertauf der Aktivierung betrachten. Hierbei zeigt sich, daß LIP als erstes Information über die wertvollere Position zur Verfügung steht und die Repräsentation in den frontalen Arealen erst nachfolgt. Ein weiteres, wichtiges Ergebnis dieser Arbeit liefert erste Hinweise auf den Mechanismus der der Stabilisierung von Arbeitsgedächtnisinhalten gegen störende Reize zur Grunde liegt. Unsere Daten zeigen einen deutlichen Anstig der Information über die erste räumliche Position kurz vor der Präsentation der zweiten räumlichen Position. Diese Stärkung der neuralen Repräsentation erfolgt ohne direkte sensorische Stimulation und wird somit entweder direkt im betreffenden Areal (LIP) oder, wahrscheinlicher, im Netzwerkverbund mit dem IPFC, generiert. Auch wenn weitere Analysen erforderlich sind um diese Frage abschließend zu beantworten, wird das Ergebnis einen wichitgen Beitrag zu unserem Verstädnis der Stabilisierung von Arbeitsgedächtnisinhalten leisten. Basierend auf unseren Ergebnissen schlagen wir ein Modell vor, nach dem LIP die räumliche Information über beide Postitionen aufrecht erhält und, wahrscheinlich im Verbund mit den IPFC, gegen Ablenkung schützt. Die frontalen Areale signalisieren den Wert der jeweiligen Position durch ein Blas Signal an LIP. Dieses Signal führt dann dazu, daß in LIP Information über die wertvollere Position gestärkt und damit die Entschiedung gefällt wird. Die Entscheidung welche Information aufrecht erhalten werden soll, wird also nicht in einem bestimmten Areal getroffen, sondern sie ist vielmehr das Produkt der Integration von Aktivitätsmustern in den unterschiedlichen Teilen den Arbeitsgedächtnis Netzwerkes.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2011) Evidence from capacity limitations for a dual-model of working memory. 41st Annual Meeting of the Society for Neuroscience, Washington, USA
Jonas Rose, Timothy Buschman, Valerie Yorgan, Earl Miller
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(2012) Neural recoding from the prefrontal network during the update of working memory. 42nd Annual Meeting of the Society for Neuroscience, New Orleans, USA
Jonas Rose, Timothy Buschman, Earl Miller
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(2012) Neural recoding from the prefrontal network during the update of working memory. 8th FENS Forum of European Neuroscience, Barcelona, Spanien
Jonas Rose, Timothy Buschman, Earl Miller
