Dopamine Dorsolaterale prefrontale cortex Gedragsflexibiliteit

Gedrags- of cognitieve flexibiliteit (BF) is een essentieel vermogen dat een organisme in staat stelt om adaptief reacties te veranderen in overeenstemming met feedback van resultaten. Bij mensen is dit vermogen verstoord bij mensen die lijden aan een verscheidenheid aan neurologische en psychiatrische aandoeningen, waaronder de ziekte van Parkinson, schizofrenie, verslaving, obsessieve-compulsieve stoornis en autisme. Bovendien zijn er aanwijzingen voor substantiële individuele verschillen in BF binnen de gezonde populatie.

Twee bekende neurobiologische mechanismen die verband houden met BF-prestaties zijn variatie in dopamine (DA) en serotonine (SE) functie. Een bepaalde hersenregio die sterk betrokken is bij BF is de prefrontale cortex (PFC), waarbij de dorsolaterale PFC een grotendeels DA-innervatie ontvangt en de dorsomediale PFC een SE-invoer. Studies hebben aangetoond dat schade aan delen van PFC, waaronder de orbitofrontale cortex (OFC), bijvoorbeeld reversal learning (een vorm van BF) schaadt, terwijl laesies van de dorsolaterale PFC de aandachtsverschuiving beïnvloeden (een andere maat voor BF).

Bij mensen is aangetoond dat vermeende vergroting van DA-efflux via toediening van de DA en norepinefrine-precursor tyrosine de taakomschakelingsprestaties en remmende controle verbetert, wat een oorzakelijke rol van DA bij het reguleren van BF suggereert. Evenzo is aangetoond dat vermeende uitputting van serotonine-neurotransmissie via procedures voor het uitputten van tryptofaan de BOLD-respons vermindert tijdens het monitoren van prestaties en het doorzettingsvermogen verhoogt.

Een belangrijke strategie (bij mensen) om te observeren of de PFC causaal betrokken is bij BF-prestaties, is door omkeerbare elektrische stimulatie van de PFC, zodat PFC-cellen kunnen worden geremd of opgewonden terwijl een deelnemer een BF-taak uitvoert. In de afgelopen jaren hebben verschillende laboratoria gebruik gemaakt van een relatief nieuwe technologie die bekend staat als transcraniële gelijkstroomstimulatie (tDCS) om de relatie tussen hersenfunctie en gedrag te bestuderen. Bij gebruik van deze techniek worden toe- of afnamen in corticale prikkelbaarheid mede bepaald door de polariteit van de stimulatie; verhogingen treden op onder de anode-elektrode, terwijl dalingen optreden onder de negatief geladen kathode.

Met behulp van deze benadering hebben verschillende onderzoeken aangetoond dat anodische en kathodische stimulatie over de PFC een aantal effecten kan hebben op de BF-prestaties, met algemene verbeteringen tijdens anodische stimulatie en stoornissen tijdens kathodaal. Als dit het geval is, is een belangrijke stap die nog moet worden begrepen of dopamine en serotonine causaal verband houden met deze uitkomsten wanneer neuronen van de dLPFC/dMPFC worden opgewonden of geremd via tDCS.

De specifieke nieuwigheid van deze studie ligt dus in het combineren van een psychofarmacologische benadering (d.w.z. tyrosine/tryptofaanbelasting) met selectieve neuroanatomische (d.w.z. dorsolaterale/dorsomediale prefrontale cortex) remming van cellen via tDCS terwijl deelnemers BF-taken uitvoeren. Door dit te doen, kunnen we vaststellen of verhoogde dopaminerge / serotonerge output naar de PFC een noodzakelijke vereiste is voor BF-prestaties.