A novel biological parcellation of anterior cingulate cortex as identified by a functional reversal point in error monitoring
Unter Verwendung von 7T-fMRT identifiziert diese Studie einen funktionellen Umkehrpunkt innerhalb des anterioren Cingulums, der die Region in dorsale Subregionen spezialisiert auf kognitive Fehlermonitorierung und rostroventrale Subregionen involviert in die sozioemotionale Verarbeitung korrekter Ergebnisse unterteilt.
Originalarbeit lizenziert unter CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dies ist eine KI-generierte Erklärung eines Preprints, das nicht peer-reviewed wurde. Dies ist kein medizinischer Rat. Treffen Sie keine Gesundheitsentscheidungen auf Grundlage dieses Inhalts. Vollständigen Haftungsausschluss lesen
Das menschliche Gehirn ist eine weite Landschaft spezialisierter Regionen, von denen jede damit beschäftigt ist, unsere Gedanken und Handlungen mit der Welt um uns herum in Einklang zu halten. Unter diesen fungiert der anteriore cinguläre Cortex, ein gekrümmter Gewebestreifen tief im Inneren des Gehirns, als wachsamer Aufseher. Seine primäre Aufgabe besteht darin, nach Fehlern Ausschau zu halten. Wenn Sie nach einer Tasse greifen und diese verfehlen oder ein Wort falsch tippen, leuchtet diese Region auf, um zu signalen, dass etwas schiefgelaufen ist, was Sie dazu veranlasst, langsamer zu werden und Ihr Verhalten anzupassen. Wissenschaftler wissen seit langem, dass dieses Gebiet nicht aus einem einzigen, einheitlichen Gewebeblock besteht, sondern in kleinere Abschnitte unterteilt ist. Die präzise Karte dessen, was jeder Abschnitt tut und wie sie zusammenarbeiten, wenn wir einen Fehler machen im Vergleich dazu, wenn wir beobachten, wie jemand anderes einen macht, blieb jedoch ein unscharfes Bild. Das Verständnis dieser Karte ist entscheidend, da sie offenbart, wie unser Gehirn die kalte Logik der Fehlerbehebung von dem emotionalen Stich trennt, den man empfindet, wenn man einen Fehler gemacht hat, oder dem sozialen Bewusstsein dafür, wenn man sieht, wie eine andere Person stolpert.
Um dieses Bild schärfer zu stellen, wandte sich ein Team von Forschern der Universität Coimbra und der Universität Maastricht einem leistungsstarken Werkzeug zu: einem 7-Tesla-Magnetresonanztomographen. Diese Maschine ist weita viel empfindlicher als die Standard-Scanner, die in Krankenhäusern zu finden sind, was es den Wissenschaftlern ermöglicht, die Gehirnaktivität mit außergewöhnlicher Klarheit zu sehen. Sie luden zehn gesunde Freiwillige in den Scanner ein, um eine anspruchsvolle mentale Aufgabe zu erfüllen. Die Teilnehmer mussten Knöpfe drücken, basierend auf einem komplexen Regelwerk, das Gesichtsausdrücke, die Blickrichtung einer Person sowie die Farbe und Form eines Rahmens auf dem Bildschirm beinhaltete. Zum Beispiel könnte ein glückliches Gesicht in einem grünen Rahmen bedeuten, eine Taste nach links zu drücken, während dasselbe Gesicht in einem roten Rahmen bedeuten würde, nach rechts zu drücken. Die Regeln waren so gestaltet, dass sie schwierig waren, um sicherzustellen, dass Menschen Fehler machen würden.
Das Experiment wurde in drei verschiedene Szenarien unterteilt, um unterschiedliche Arten der Fehlermonitorierung zu testen. Im ersten Szenario trafen die Teilnehmer ihre eigenen Entscheidungen, ohne sofort darüber informiert zu werden, ob sie richtig oder falsch lagen. Im zweiten Szenario trafen sie Entscheidungen und erhielten dann sofortiges Feedback – ein rotes Kreuz für einen Fehler oder ein grünes Häkchen für eine korrekte Antwort. Im dritten Szenario trafen die Teilnehmer gar keine Entscheidungen; stattdessen beobachteten sie, wie der Computer Entscheidungen traf, und sie mussten beurteilen, ob die Aktion des Computers korrekt oder inkorrekt war. Durch den Vergleich der Gehirnaktivität während dieser drei Situationen konnten die Forscher sehen, wie die verschiedenen Teile der Fehlermonitoring-Region auf selbstgemachte Fehler, externe Bestätigung von Fehlern und das Beobachten von Fehlern anderer reagierten.
Die Ergebnisse zeigten eine markante Arbeitsteilung innerhalb des anterioren cingulären Cortex, die durch eine vollständige Umkehrung der Reaktion verschiedener Abschnitte auf Fehler gekennzeichnet war. Die Forscher fanden heraus, dass der obere, dorsale Teil dieser Gehirnregion aktiver wurde, wenn eine Person einen Fehler machte, im Vergleich dazu, wenn sie korrekt handelte. Dies galt sowohl, wenn die Person den Fehler selbst beging, als auch wenn sie ein Feedback erhielt, das einen Fehler bestätigte, den sie gerade begangen hatte. Dieser Bereich scheint das kognitive Alarmsystem des Gehirns zu sein, das in Gang kommt, um zu signalisieren, dass ein Fehler aufgetreten ist und mentale Ressourcen umgeleitet werden müssen, um ihn zu beheben.
Im krassen Gegensatz dazu verhielt sich der untere, vordere und untere Abschnitt derselben Gehirnregion genau umgekehrt. Hier sank die Aktivität tatsächlich, wenn ein Fehler gemacht wurde, im Vergleich zu den Fällen, in denen die Handlung korrekt war. Dieses Muster blieb über alle drei Szenarien hinweg bestehen: egal, ob der Teilnehmer einen Fehler machte, Feedback über einen Fehler erhielt oder beobachtete, wie ein Computer einen Fehler machte. Dies deutet darauf hin, dass dieser untere Abschnitt nicht primär mit der kognitiven Arbeit der Fehlerbehebung zu tun hat, sondern eher mit dem emotionalen oder sozialen Gewicht des Ereignisses. Die Tatsache, dass dieser Bereich bei selbstgemachten Fehlern eine verringerte Aktivität zeigte und dasselbe Muster der verringerten Aktivität auch bei der Beobachtung anderer beibehielt, legt nahe, dass er eine Rolle dabei spielt, wie wir die Handlungen anderer emotional verarbeiten, indem er vielleicht zwischen unseren eigenen Fehlern und denen der Menschen um uns herum unterscheidet.
Die Studie untersuchte auch die körperlichen Reaktionen des Körpers auf diese mentalen Ereignisse, insbesondere durch die Messung der Hautleitfähigkeit, die ein empfindlicher Indikator für die automatische Stress- oder Erregungsreaktion des Körpers ist. Die Forscher fanden heraus, dass die Aktivität im unteren, vorderen und unteren Abschnitt der Fehlermonitoring-Region mit diesen körperlichen Veränderungen verknüpft war. Wenn die Gehirnaktivität in diesem spezifischen Punkt anstieg, neigte auch die elektrische Leitfähigkeit der Haut dazu, anzusteigen, was darauf hindeutet, dass dieser Bereich hilft, die automatische Reaktion des Körpers auf das emotionale Gewicht eines Fehlers zu koordinieren. Der obere Teil der Region zeigte nicht dieselbe Verbindung, was die Vorstellung weiter stützt, dass das Gehen des Gehirns die kognitive Aufgabe der Fehlererkennung von der emotionalen und physischen Reaktion darauf getrennt hat.
Eine der überraschendsten Erkenntnisse war das, was geschah, wenn die Teilnehmer beobachteten, wie der Computer Fehler machte. Während sich der obere Teil des Gehirns bei selbstgemachten Fehlern aktivierte, blieb er weitgehend ruhig, wenn der Fehler von jemand anderem begangen wurde. Dies deutet darauf hin, dass das kognitive Alarmsystem des Gehirns auf unsere eigenen Handlungen und die Notwendigkeit abgestimmt ist, unser eigenes Verhalten anzupassen. Wenn wir beobachten, wie jemand anderes scheitert und dieses Scheitern unsere eigenen Ziele nicht direkt beeinflusst, wird dieser spezifische Alarm nicht ausgelöst. Der untere Teil des Gehirns hingegen zeigte weiterhin sein charakteristisches Muster reduzierter Aktivität während der Beobachtung, was darauf hindeutet, dass wir das Ereignis immer noch verarbeiten, aber vielleicht auf eine eher soziale oder beobachtende Weise als auf eine korrigierende.
Diese Erkenntnisse liefern eine klarere Karte darüber, wie das Gehirn mit Fehlern umgeht. Sie zeigen, dass der anteriore cinguläre Cortex keine einzelne Einheit ist, die immer dann „Fehler“ schreit, wenn etwas schiefläuft. Stattdessen ist er ein fein abgestimmtes System mit unterschiedlichen Zonen. Die obere Zone agiert als kognitiver Manager, der eingreift, um uns zu helfen, unseren Kurs zu korrigieren, wenn wir aus der Bahn geraten. Die untere Zone scheint die emotionalen und sozialen Dimensionen von Fehlern zu handhaben und reagiert anders, wenn der Fehler der eigene ist im Vergleich dazu, wenn er dem anderen gehört. Durch den Einsatz hochauflösender Bildgebung, um diese Prozesse in Echtzeit zu beobachten, haben die Forscher gezeigt, dass das Gehirn die Tat der Fehlerbehebung von dem Gefühl, einen Fehler gemacht zu haben, und vom Akt des Miterlebens des Scheiterns anderer trennt. Diese Trennung ermöglicht es uns, aus unseren eigenen Fehlern zu lernen, ohne von Emotionen überwältigt zu werden, während wir gleichzeitig eine Verbindung zur sozialen Welt um uns herum aufrechterhalten.
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