Functional segregation in the default mode network: The left and right TPJ in attention, semantic and social processing

• Applicants: Professor Dr. Danilo Bzdok; Professorin Dr. Gesa Hartwigsen
• Subject Area: Human Cognitive and Systems Neuroscience ; Cognitive, Systems and Behavioural Neurobiology
• Term: from 2017 to 2021
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 321786689

• Final Report Year: 2021

Final Report Abstract

Der Lobulus parietalis inferior (IPL) ist ein neuronales Schlüsselareal im Parietallappen. Es ist involviert in eine Vielzahl wichtiger mentaler Prozesse, von grundlegenden Aufmerksamkeitsprozessen bis hin zu Sprache und sozialer Kognition. Die domänenübergreifende Rolle des IPL, eine mögliche lokale Spezialisierung für einzelne kognitive Domänen und Unterschiede zwischen linkem und rechtem Homolog waren bisher höchstens ansatzweise verstandenen. In diesem Forschungsvorhaben wurden diese Fragen für die drei Domänen ‘räumliche Aufmerksamkeit’, ‘semantische Verarbeitung’ und ‘soziale Kognition’ untersucht. Die Aufgabenspezifität von vier IPL-Subregion wurde durch unterschiedliche neuronale Aktivitätsmuster identifiziert. Der linke und rechte IPL zeigten domänenspezifische Unterschiede in der Modulation der effektiven Konnektivität zwischen den vier Subregionen. Die globale Konnektivität der IPL-Subregionen umfasste aufgabenspezifische Interaktionsmuster zu kortikalen Partnern aus weit verteilten Hirnregionen aus allen bekannten Hirnnetzwerken. Während die anterioren IPL-Subregionen an stark lateralisierten Interaktionen beteiligt waren, zeigten die beiden posterioren Subregionen eher symmetrische Kopplungsmuster über die Hemisphären hinweg. In einer zweiten Analyse wurde herausgearbeitet, dass mit zunehmender Verarbeitunskomplexität die Interaktion und Rekrutierung verschiedener globaler Hirnnetzwerke erheblich zunimmt. Diese Ergebnisse zeigen wie die oftmals unterschätzte hemisphärische Spezialisierung im Parietallappen verschiedene der bedeutendsten menschlichen mentalen Fähigkeiten ermöglicht. In einer weiteren experimentellen Studie wird momentan mittels nicht-invasiver Hirnstimulation und bildgebender Verfahren die Fähigkeit zur Kurzzeitreorganisation und Plastizität des Gehirns für spezifische kognitive Domänen und im Ruhezustand untersucht. Das Ausmaß der funktionellen Konnektivität des IPLs und die starke Spezifität dieser Konnektivitätsmuster für die verschiedenen Domänen überstieg unsere Erwartungen. Diese Erkenntnisse waren für die Hypothesenbildung der letzten Studie und die Folgeanalysen relevant.

Publications

• (2018). Flexible redistribution in cognitive networks. Trends in Cognitive Sciences, 22(8), 687-698
  Hartwigsen, G.
  
• (2020). Short-term modulation of the lesioned language network. eLife, 9, e54277
  Hartwigsen, G., Stockert, A., Charpentier, L., Wawrzyniak, M., Klingbeil, J., Wrede, K., Obrig, H., & Saur, D.
  
• Hemispheric specialization of the inferior parietal lobe across key cognitive domains. Human Brain Mapping Conference, Montreal, 2020
  Numssen, O., Bzdok, D., Hartwigsen, G.
  
• (2021). Functional specialization within the inferior parietal lobes across cognitive domains. eLife, 10, e63591
  Numssen, O., Bzdok, D., & Hartwigsen, G.
  
• (2021). How does hemispheric specialization contribute to human-defining cognition? Neuron, May 11:S0896-6273(21)00290-7
  Hartwigsen, G., Bengio, Y., & Bzdok, D.
  
• (2021). Probing rapid network reorganization of motor and language functions via neuromodulation and neuroimaging. Neuroimage. 2021 Jan 1;224:117449
  Hartwigsen, G. & Volz, L.
  
• Task-specific Interactions of Overlapping Networks Across Key Cognitive Domains. Human Brain Mapping Conference 2021
  Williams, K., Numssen O., Hartwigsen, G