Орбитофронтальная кора ( ОФК ) — это область префронтальной коры лобных долей головного мозга , которая участвует в когнитивном процессе принятия решений . У приматов, кроме человека, он состоит из ассоциативных областей коры Бродмана 11 , 12 и 13 ; у человека он состоит из зон Бродмана 10 , 11 и 47 . [1]
OFC функционально связан с вентромедиальной префронтальной корой . [2] Таким образом, эта область отличается наличием различных нейронных связей и различными функциями, которые она выполняет. [3] Он определяется как часть префронтальной коры, которая получает проекции из медиального дорсального ядра таламуса и, как полагают , представляет эмоции , вкус, запах и вознаграждение при принятии решений. [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] Свое название он получил из-за своего положения непосредственно над орбитами , в которых расположены глаза . В ОФК человека обнаружена значительная индивидуальная изменчивость. [12] Аналогичная область обнаружена у грызунов . [13]
OFC разделен на множество широких областей, отличающихся цитоархитектурой, включая область Бродмана 47/12 , область Бродмана 11 , область Бродмана 14 , область Бродмана 13 и область Бродмана 10 . [14] Четыре извилины разделены комплексом борозд, который чаще всего напоминает рисунок «H» или «K». Проходя вдоль ростро-каудальной оси, две борозды, латеральная и глазничная, обычно соединяются поперечной глазничной бороздой, которая проходит вдоль медиально-латеральной оси. Медиальнее медиальная глазничная извилина отделена от прямой извилины обонятельной бороздой. [15] Спереди и прямая извилина, и медиальная часть медиальной глазничной извилины состоят из области 11(m), а сзади - из области 14. Задняя глазничная извилина состоит в основном из области 13 и граничит медиально и латерально с передние конечности медиальной и латеральной глазничных борозд. Область 11 составляет большую часть ОФК, включающую как латеральные части медиальной глазничной извилины, так и переднюю глазничную извилину. Латеральная глазничная извилина состоит преимущественно из области 47/12. [14] Большая часть OFC зернистая , хотя каудальные части областей 13 и 14 агранулярны. [16] Эти каудальные области, которые иногда включают части островковой коры , реагируют в первую очередь на необработанные сенсорные сигналы. [17]
Связь OFC несколько варьируется вдоль рострально-каудальной оси. Каудальная OFC более тесно связана с сенсорными областями, в частности, получая прямую информацию от грушевидной коры . Каудальный OFC также наиболее тесно связан с миндалевидным телом . [18] Рострально OFC получает меньше прямых сенсорных проекций и меньше связан с миндалиной, но взаимосвязан с латеральной префронтальной корой и парагиппокампом . [17] Соединение OFC также было задумано как состоящее из двух сетей; орбитальная сеть, состоящая из большей части центральных частей OFC, включая большую часть областей 47/12, 13 и 11; медиальная сеть, состоящая из медиальной самой и каудолатеральной областей OFC, а также областей 24 , 25 и 32 медиальной префронтальной коры. [19] Медиальную и орбитальную сети иногда называют «висцеромоторной сетью» и «сенсорной сетью» соответственно. [20]
OFC получает проекции от нескольких сенсорных модальностей. Первичная обонятельная кора , вкусовая кора , вторичная соматосенсорная кора , верхняя и нижняя височные извилины (передающие визуальную информацию) — все они проецируются на OFC. [16] [21] [22] Доказательства существования слуховых сигналов слабы, хотя некоторые нейроны реагируют на слуховые стимулы, что указывает на возможность существования косвенной проекции. [19] OFC также получает информацию от медиального дорсального ядра , островковой коры , энторинальной коры , периринальной коры , гипоталамуса и миндалевидного тела . [21] [23]
Орбитофронтальная кора реципрокно связана с периринальной и энторинальной корой, [23] миндалевидным телом, гипоталамусом и частями медиальной височной доли. В дополнение к этим выводам OFC также проецируется на полосатое тело , включая прилежащее ядро , хвостатое ядро и вентральную скорлупу , а также на области среднего мозга, включая периакведуктальную серую часть и вентральную область покрышки . [21] [24] OFC воздействует на синапс миндалевидного тела по нескольким мишеням, включая два надежных пути к базолатеральной миндалине и вставочным клеткам миндалины , а также более слабую прямую проекцию на центральное ядро миндалины . [18]
OFC приписывают множество функций, включая опосредование реагирования, зависящего от контекста, [25] гибкое кодирование непредвиденных обстоятельств, кодирование значения, кодирование предполагаемого значения, сдерживающие реакции , изменения в обучении в непредвиденных обстоятельствах, эмоциональную оценку, [26] изменение поведения с помощью соматических маркеров. , управляя социальным поведением и представляя государственные пространства. [27] [28] Хотя большинство этих теорий объясняют определенные аспекты электрофизиологических наблюдений и изменения в поведении, связанные с поражением, они часто не объясняют или противоречат другим данным. Одно из предположений, объясняющих разнообразие функций OFC, заключается в том, что OFC кодирует пространства состояний или дискретную конфигурацию внутренних и внешних характеристик, связанных с ситуацией и ее непредвиденными обстоятельствами. [29] Например, предположение о том, что OFC кодирует экономическую ценность, может быть отражение значения состояния задачи кодирования OFC. [25] Представление состояний задачи могло бы также объяснить предложение о том, что OFC действует как гибкая карта непредвиденных обстоятельств, поскольку переключение в состоянии задачи позволит кодировать новые непредвиденные обстоятельства в одном состоянии с сохранением старых непредвиденных обстоятельств в отдельном. состояние, позволяя переключаться на случай непредвиденных обстоятельств, когда старое состояние задачи снова становится актуальным. [28] Представление состояний задачи подтверждается электрофизиологическими данными, демонстрирующими, что OFC реагирует на разнообразный набор функций задачи и способен быстро переназначаться во время непредвиденных сдвигов. [28] Представление состояний задач может влиять на поведение посредством множества потенциальных механизмов. Например, OFC необходим нейронам вентральной покрышки (VTA) для выработки ошибки прогнозирования дофаминергического вознаграждения, а OFC может кодировать ожидания для вычисления RPE в VTA. [25]
Конкретные функции были возложены на субрегионы OFC. Было предложено, чтобы латеральный OFC отражал потенциальную ценность выбора, позволяя фиктивным (контрфактическим) ошибкам прогнозирования потенциально опосредовать переключение выбора во время разворота, исчезновения и девальвации. [30] Оптогенетическая активация lOFC усиливает цель, направленную на привычное поведение, возможно, отражая повышенную чувствительность к потенциальному выбору и, следовательно, более частое переключение. С другой стороны, было предложено, чтобы mOFC отражал относительную субъективную ценность. [26] У грызунов аналогичная функция была приписана mOFC, кодируя ценность действия ступенчатым образом, в то время как lOFC было предложено кодировать специфические сенсорные характеристики результатов. [31] Также было предложено, чтобы lOFC кодировал ассоциации результатов стимула, которые затем сравнивались по значению в mOFC. [32] Метаанализ нейровизуализационных исследований на людях показывает, что существует медиально-латеральный градиент валентности, при этом медиальный OFC чаще всего реагирует на вознаграждение, а латеральный OFC чаще всего реагирует на наказание. Также был обнаружен задне-передний градиент абстрактности: задний OFC реагирует на более простое вознаграждение, а передний OFC больше реагирует на абстрактное вознаграждение. [33] Аналогичные результаты были получены в ходе метаанализа исследований первичных и вторичных вознаграждений. [34]
OFC и базолатеральная миндалина (BLA) тесно взаимосвязаны, и их связь необходима для задач девальвации. Повреждение BLA или OFC раньше, но только OFC после девальвации ухудшает производительность. [35] В то время как BLA реагирует только на сигналы, предсказывающие значимые результаты в градационной форме в соответствии с ценностью, OFC реагирует как на ценность, так и на конкретные сенсорные атрибуты ассоциаций сигнал-результат. В то время как нейроны OFC, которые на ранних этапах обучения реагируют на получение результата, обычно передают свой ответ на появление сигналов, предсказывающих результат, повреждение BLA ухудшает эту форму обучения. [36]
Задняя орбитофронтальная кора (pOFC) связана с миндалевидным телом несколькими путями, которые способны как повышать, так и подавлять активность вегетативной нервной системы. [37] Предварительные данные свидетельствуют о том, что нейромодулятор дофамин играет роль в установлении баланса между тормозными и возбуждающими путями, при этом высокий уровень дофамина стимулирует вегетативную активность. [38]
Было высказано предположение, что медиальный OFC участвует в создании ассоциаций стимул-вознаграждение и в подкреплении поведения, тогда как латеральный OFC участвует в ассоциациях стимул-результат, а также в оценке и, возможно, изменении поведения. [39] Активность латерального OFC обнаруживается, например, когда субъекты кодируют новые ожидания относительно наказания и социальных репрессий. [40] [41]
В исследованиях нейровизуализации было обнаружено, что средний передний OFC постоянно отслеживает субъективное удовольствие . В передней части OFC была обнаружена гедоническая горячая точка , которая способна усиливать реакцию симпатии к сахарозе. OFC также способен смещать аффективные реакции, вызванные антагонизмом α-амино-3-гидрокси-5-метил-4-изоксазолпропионовой кислоты (АМРА) в прилежащем ядре , в сторону аппетитных реакций. [42]
OFC способен модулировать агрессивное поведение посредством проекций на интернейроны миндалевидного тела, которые ингибируют глутаминергические проекции на вентромедиальный гипоталамус . [43]
Нейроны OFC реагируют как на первичные подкрепления, так и на сигналы, предсказывающие вознаграждение в нескольких сенсорных областях. Доказательства реакций на зрительные, вкусовые, соматосенсорные и обонятельные стимулы надежны, но доказательства слуховых реакций слабее. В подмножестве OFC-нейронов нейронные реакции на вознаграждение или сигналы вознаграждения модулируются индивидуальными предпочтениями и внутренними мотивационными состояниями, такими как голод. Часть нейронов, которые реагируют на сенсорные сигналы, предсказывающие вознаграждение, избирательны в отношении вознаграждения и демонстрируют обратное поведение, когда отношения результатов сигнала меняются местами. Нейроны OFC также реагируют на отсутствие ожидаемого вознаграждения и наказания. Другая популяция нейронов реагирует на новые стимулы и может «помнить» знакомые стимулы до суток. [44]
Во время задач вознаграждения по сигналу или инструментального вознаграждения по сигналу нейроны OFC демонстрируют три основных паттерна срабатывания; стрельба в ответ на сигналы; стрельба до получения награды; стрельба в ответ на получение вознаграждения. В отличие от медиальной префронтальной коры и стриатума , OFC-нейроны не проявляют возбуждения, опосредованного движением. Однако их реакции, прогнозирующие вознаграждение, формируются вниманием: при переключении внимания между двумя альтернативами одна и та же популяция OFC будет положительно представлять ценность предмета, который в данный момент посещается, но отрицательно — ценность предмета, оставленного без внимания. [45] Кодирование величины вознаграждения также является гибким и учитывает относительные значения существующих вознаграждений. [46]
OFC человека является одной из наименее изученных областей человеческого мозга. Было высказано предположение, что OFC участвует в сенсорной интеграции, в представлении аффективной ценности подкреплений, а также в принятии решений и ожиданиях. [1] В частности, OFC, по-видимому, важен для сигнализации об ожидаемом вознаграждении/наказании за действие с учетом конкретных деталей ситуации. [47] При этом мозг способен сравнивать ожидаемое вознаграждение/наказание с фактическим получением вознаграждения/наказания, что делает OFC критически важным для адаптивного обучения. Это подтверждается исследованиями на людях, приматах и грызунах.
Орбитофронтальная кора вовлечена в пограничное расстройство личности , [48] шизофрению , большое депрессивное расстройство , биполярное расстройство , обсессивно-компульсивное расстройство , зависимость , посттравматическое стрессовое расстройство , аутизм , [49] и паническое расстройство . Хотя исследования нейровизуализации предоставили доказательства дисфункции при широком спектре психических расстройств, загадочная природа роли OFC в поведении усложняет понимание их роли в патофизиологии психических расстройств. [50] Функция OFC неизвестна, но его анатомические связи с вентральным полосатым телом, миндалевидным телом, гипоталамусом, гиппокампом и околоводопроводным серым цветом подтверждают роль в опосредовании поведения, связанного с вознаграждением и страхом. [51]
Мета-анализ нейровизуализационных исследований при ОКР сообщает о гиперактивности в областях, которые обычно считаются частью орбитофронтального сегмента корково-базальных ганглиев-таламо-кортикальной петли, таких как хвостатое ядро , таламус и орбитофронтальная кора. Было предложено, чтобы ОКР отражало петлю положительной обратной связи из-за взаимного возбуждения OFC и подкорковых структур. [52] Хотя OFC обычно сверхактивен во время задач, провоцирующих симптомы, когнитивные задачи обычно вызывают гипоактивность OFC; [53] это может отражать различие между эмоциональными и неэмоциональными задачами, латеральным и медиальным OFC, [54] или просто противоречивыми методологиями. [55]
Модели животных и специфические для клеток манипуляции в отношении поведения, связанного с поиском наркотиков, указывают на дисфункцию OFC при зависимости. [56] Расстройства, связанные с употреблением психоактивных веществ , связаны с различными нарушениями, связанными с гибким целенаправленным поведением и принятием решений. Эти дефициты совпадают с симптомами, связанными с поражениями OFC, а также связаны с уменьшением орбитофронтального серого вещества , гипометаболизмом в состоянии покоя и притуплением активности OFC во время задач, связанных с принятием решений или целенаправленным поведением. В отличие от состояния покоя и активности, связанной с принятием решений, сигналы, связанные с наркотиками, вызывают сильную активность OFC, которая коррелирует с тягой. [57] Исследования на грызунах также показывают, что проекции lOFC на BLA необходимы для восстановления самоуправления, индуцированного сигналом. Все эти результаты согласуются с ролью, которую OFC играет в кодировании результатов, связанных с определенными стимулами. [58] [59] [60] Развитие компульсивного злоупотребления психоактивными веществами может отражать переход от принятия решений на основе моделей, когда внутренняя модель будущих результатов определяет решения, к моделированию свободного обучения, где решения основаны на истории подкрепления. Обучение на основе моделей включает OFC и является гибким и целенаправленным, тогда как обучение без моделей более жесткое; поскольку переход к более свободному от модели поведению из-за дисфункции OFC, например, вызванной злоупотреблением наркотиками, может лежать в основе привычек, связанных с поиском наркотиков. [61]
Расстройство поведения связано как со структурными отклонениями, так и с функциональными нарушениями при выполнении аффективных задач. [62] Аномалии в структуре, активности и функциональных связях OFC наблюдались в связи с агрессией. [63]
Нейровизуализационные исследования обнаружили нарушения OFC при БДР и биполярном расстройстве. В соответствии с градиентом медиальный/награда и латеральный/наказание, обнаруженным в исследованиях нейровизуализации, в некоторых исследованиях нейровизуализации наблюдалась повышенная активность латерального OFC при депрессии, а также снижение взаимосвязанности медиального OFC и усиление взаимосвязи в латеральном OFC. [64] Гипоактивность латеральной OFC часто наблюдалась при биполярном расстройстве, особенно во время маниакальных эпизодов. [64]
Использование функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ) для визуализации ОФК человека является сложной задачей, поскольку эта область мозга находится вблизи заполненных воздухом пазух . Это означает, что при обработке сигнала могут возникать артефактные ошибки , вызывающие, например, геометрические искажения, которые часто встречаются при использовании эхопланарной визуализации (EPI) при более высоких напряженностях магнитного поля. Поэтому рекомендуется проявлять особую осторожность для получения хорошего сигнала от орбитофронтальной коры, и был разработан ряд стратегий, таких как автоматическое шиммирование при высокой напряженности статического магнитного поля. [65]
У грызунов OFC полностью агранулярный или дисгранулярный. [16] OFC делится на вентролатеральную (VLO), латеральную (LO), медиальную (MO) и дорсолатеральную (DLO) области. [19] Используя весьма специфические методы управления схемами, такие как оптогенетика , OFC был вовлечен в поведение, подобное ОКР, [66] и в способность использовать скрытые переменные в задаче принятия решений. [67]
Разрушение OFC в результате приобретенной травмы головного мозга обычно приводит к расторможенному поведению . Примеры включают чрезмерную ругань, гиперсексуальность, плохое социальное взаимодействие, пристрастие к азартным играм, употребление наркотиков (включая алкоголь и табак) и плохую способность к сопереживанию. Считается, что расторможенное поведение пациентов с некоторыми формами лобно-височной деменции вызвано дегенерацией ОФК. [68]
Когда OFC-связи нарушаются, может возникнуть ряд когнитивных, поведенческих и эмоциональных последствий. Исследования подтверждают, что основные расстройства, связанные с нарушением регуляции связей/схем OFC, сосредоточены вокруг принятия решений, регуляции эмоций, импульсивного контроля и ожидания вознаграждения. [69] [70] [71] [72] Недавнее мультимодальное исследование нейровизуализации человека показывает нарушение структурной и функциональной связи OFC с подкорковыми лимбическими структурами (например, миндалевидным телом или гиппокампом) и другими лобными областями (например, дорсальной префронтальной областью). кора головного мозга или передняя поясная извилина) коррелирует с аномальной обработкой аффекта OFC (например, страха) у клинически тревожных взрослых. [73]
Одним из явных проявлений проблем с принятием решений является наркомания/ зависимость от психоактивных веществ , которые могут возникнуть в результате нарушения стриато-таламо-орбитофронтального контура. [72] [70] [74] Синдром дефицита внимания и гиперактивности (СДВГ) также связан с дисфункцией нейронных цепей вознаграждения, контролирующих мотивацию, вознаграждение и импульсивность, включая системы OFC. [71] Дисрегуляция OFC-схем может влиять на другие нарушения исполнительного функционирования и контроля импульсивности , такие как обсессивно-компульсивное расстройство и трихотилломания [75] [76] [77]
Некоторые виды деменции также связаны с нарушениями связи OFC. Поведенческий вариант лобно-височной деменции [78] связан с паттернами нейронной атрофии проекционных волокон белого и серого вещества, вовлеченных в OFC-связь. [79] Наконец, некоторые исследования показывают, что на более поздние стадии болезни Альцгеймера влияют изменения в связях систем OFC. [77]
Орбитофронтальная эпилепсия встречается редко, но встречается. Проявления ОФК-эпилепсии довольно разнообразны, хотя общие характеристики включают симптомы, связанные со сном, автоматизмы и гипермоторные симптомы. В одном обзоре сообщалось, что ауры, как правило, не были распространены или неспецифичны, в то время как в другом сообщалось, что ОФК-эпилепсия ассоциировалась с аурами, включающими соматосенсорные явления и страх. [80] [81] [82]
Тест на зрительную дискриминацию состоит из двух компонентов. В первом компоненте, «обратное обучение», участникам предоставляется одна из двух картинок, A и B. Они узнают, что будут вознаграждены, если нажмут кнопку, когда отображается изображение A, но будут наказаны, если они нажмут кнопку, когда появится изображение A. Отображается буква Б. Как только это правило установлено, оно меняется. Другими словами, теперь правильно нажимать кнопку для изображения Б, а не для изображения А. Большинство здоровых участников практически сразу замечают изменение этого правила, но пациенты с повреждением OFC продолжают реагировать на первоначальный паттерн подкрепления, хотя они теперь его наказывают за настойчивость в этом. Роллс и др. [83] отметили, что такая модель поведения особенно необычна, учитывая, что пациенты сообщили, что поняли правило.
Второй компонент теста — «вымирание». И снова участники учатся нажимать кнопку для изображения А, но не для изображения Б. Однако на этот раз вместо изменения правил правило меняется вообще. Теперь участник будет наказан за нажатие кнопки в ответ на любую картинку. Правильный ответ — вообще не нажимать кнопку, но людям с дисфункцией OFC трудно устоять перед искушением нажать кнопку, несмотря на то, что их за это наказывают.
Имитация принятия решений в реальной жизни , игра в азартные игры в Айове широко используется в исследованиях познания и эмоций. [84] Участникам представлены четыре виртуальные колоды карт на экране компьютера. Им говорят, что каждый раз, когда они выбирают карту, они могут выиграть игровые деньги. Им говорят, что цель игры — выиграть как можно больше денег. Однако время от времени, выбирая карту, они теряют немного денег. Задача должна быть непрозрачной, то есть участники не должны сознательно вырабатывать правило, и они должны выбирать карты на основе своей « интуитивной реакции ». Две колоды являются «плохими», что означает, что в течение достаточно длительного времени они принесут чистый убыток; две другие колоды являются «хорошими колодами» и со временем принесут чистую прибыль.
Большинство здоровых участников пробуют карты из каждой колоды и после 40–50 выборов довольно хорошо ориентируются в хороших колодах. Однако пациенты с дисфункцией OFC продолжают упорно использовать плохие колоды, иногда даже зная, что в целом теряют деньги. Параллельное измерение кожно-гальванической реакции показывает, что здоровые участники демонстрируют «стрессовую» реакцию на зависание над плохими колодами уже после 10 попыток, задолго до того, как они осознают, что колоды плохие. Напротив, у пациентов с дисфункцией OFC никогда не развивается эта физиологическая реакция на предстоящее наказание. Бечара и его коллеги объясняют это с точки зрения гипотезы соматических маркеров . Задача об азартных играх в Айове в настоящее время используется рядом исследовательских групп с помощью фМРТ для изучения того, какие области мозга активируются этой задачей у здоровых добровольцев, а также в клинических группах с такими заболеваниями, как шизофрения и обсессивно-компульсивное расстройство .
Тест на оплошность — это серия эпизодов, рассказывающих о социальном событии, во время которого кто-то сказал что-то, чего не следовало говорить, или о неловком происшествии. Задача участника — определить, что было сказано неловко, почему это было неловко, как люди почувствовали бы себя в ответ на оплошность и на контрольный вопрос. Хотя тест впервые был разработан для людей с аутистическим спектром [85] , он также чувствителен к пациентам с дисфункцией OFC, которые не могут судить о том, когда произошло что-то социально неловкое, несмотря на то, что кажется, что они прекрасно понимают историю.
Задняя орбитофронтальная кора воздействует на двойные системы миндалевидного тела, которые оказывают противоположное воздействие на центральные вегетативные структуры.
Оба пути берут начало в задней орбитофронтальной коре, но один из них в значительной степени нацелен на тормозные вставочные массы, активация которых может в конечном итоге растормозить центральные вегетативные структуры во время эмоционального возбуждения.
Обнаруженная здесь специфическая иннервация тормозных систем миндалевидного тела, а также дифференциальное воздействие на них дофамина позволяют предположить, как могут быть достигнуты различные вегетативные состояния.
Сильное влияние pOFC на IM, которое активирует нейроны DARPP-32+ и CB+, может помочь модулировать вегетативную функцию путем снижения регуляции CeM и тем самым способствовать социальному взаимодействию у приматов... С другой стороны, в состоянии паники, когда выживание воспринимается как под угрозой, уровень дофамина заметно возрастает.
Таким образом, нейроны DARPP-32+ при ИМ могут быть преимущественно ингибированы, что делает путь pOFC неэффективным.
У людей с SUD наблюдаются некоторые нарушения обработки во время принятия рискованных решений, которые включают измененную оценку вариантов (VMPFC) и результатов (OFC и полосатое тело), плохую оценку неопределенности (ACC и островковая кора), снижение исполнительного контроля ( DLPFC), а также ослабленное влияние эмоциональной значимости (миндалевидное тело) и снижение чувствительности к соматическим маркерам (соматосенсорная кора).
Эти различия в нейронной обработке во время принятия рискованных решений среди людей с СНП были связаны с более низкими поведенческими показателями при выполнении рискованных задач и более обширной историей употребления психоактивных веществ.
Медиальная область OFC демонстрировала большую активацию сигналами лекарственного средства по сравнению с контрольными сигналами и последовательно активировалась в подгруппе, не обращавшейся за лечением.
Имеются существенные доказательства того, что эта область играет роль в аппетитном поведении и принятии решений (86,87), особенно в отношении ожидания вознаграждения (88), предсказанного условными стимулами (89–94), которые могут контролировать выбор инструментальных действий.