Córtex orbitofrontal - Orbitofrontal cortex

Córtex orbitofrontal
RM do córtex orbitofrontal.jpg
Localização aproximada do OFC mostrado em uma ressonância magnética sagital
Gray729 orbital gyrus.png
Superfície orbital do lobo frontal esquerdo.
Detalhes
Parte de Lóbulo frontal
Identificadores
Latina córtex orbitofrontal
NeuroNames 91
NeuroLex ID birnlex_1049
FMA 242003
Termos anatômicos de neuroanatomia

O córtex orbitofrontal ( OFC ) é uma região do córtex pré- frontal nos lobos frontais do cérebro que está envolvida no processo cognitivo de tomada de decisão . Em primatas não humanos, consiste nas áreas de associação do córtex área de Brodmann 11 , 12 e 13 ; em humanos, consiste nas áreas de Brodmann 10 , 11 e 47 .

O OFC é considerado anatomicamente sinônimo do córtex pré-frontal ventromedial . Portanto, a região é diferenciada devido às conexões neurais distintas e às funções distintas que desempenha. É definida como a parte do córtex pré-frontal que recebe projeções do núcleo dorsal medial do tálamo e é considerada uma representação da emoção , do paladar, do olfato e da recompensa na tomada de decisões . Ele recebe o nome de sua posição imediatamente acima das órbitas em que os olhos estão localizados. Uma considerável variabilidade individual foi encontrada na OFC de humanos. Uma área relacionada é encontrada em roedores .

Estrutura

O OFC é dividido em várias regiões amplas distinguidas pela citoarquitetura, incluindo a área de brodmann 47/12 , a área de brodmann 11 , a área de brodmann 14 , a área de brodmann 13 e a área de brodmann 10 . Quatro giros são divididos por um complexo de sulcos que mais frequentemente se assemelha a um padrão "H" ou "K". Estendendo-se ao longo do eixo rostro-caudal, dois sulcos, os sulcos lateral e orbital, são geralmente conectados pelo sulco orbital transverso, que se estende ao longo de um eixo médio-lateral. Mais medialmente, o giro orbital medial é separado do giro reto pelo sulco olfatório. Anteriormente, tanto o giro reto quanto a parte medial do giro orbital medial consistem na área 11 (m) e, posteriormente, na área 14. O giro orbital posterior consiste principalmente na área 13, e é limitado medial e lateralmente pelos membros anteriores de os sulcos orbitais medial e lateral. A área 11 compõe uma grande parte da FO envolvendo tanto as partes laterais do giro orbital medial quanto o giro orbital anterior. O giro orbital lateral consiste principalmente na área 47/12. A maior parte da OFC é granular , embora as partes caudais da área 13 e da área 14 sejam agranulares. Essas regiões caudais, que às vezes incluem partes do córtex insular , respondem principalmente a pistas sensoriais não processadas.

Conexões

A conectividade do OFC varia um pouco ao longo de um eixo rostral-caudal. O OFC caudal está mais fortemente interconectado com as regiões sensoriais, notavelmente recebendo informações diretas do córtex piriforme . O OFC caudal também é o mais fortemente interconectado com a amígdala . Rostralmente, o OFC recebe menos projeções sensoriais diretas e está menos conectado com a amígdala, mas está interconectado com o córtex pré-frontal lateral e para- hipocampo . A conectividade do OFC também foi conceituada como sendo composta por duas redes; uma rede orbital composta pela maioria das partes centrais do OFC, incluindo a maioria das áreas 47/12, 13 e 11; uma rede medial composta pelas regiões mais medial e caudolateral da FO, bem como áreas 24 , 25 e 32 do córtex pré-frontal medial. As redes medial e orbital são algumas vezes chamadas de "rede visceromotora" e "rede sensorial", respectivamente.

Afferentes

O OFC recebe projeções de múltiplas modalidades sensoriais. O córtex primário olfativa , córtex gustativo , córtex somatossensorial secundário , superiores e giro temporal inferior (transmitindo informações visual) tudo projeto para o OFC. A evidência de entradas auditivas é fraca, embora alguns neurônios respondam a estímulos auditivos, indicando que uma projeção indireta pode existir. O OFC também recebe informações do núcleo dorsal medial , córtex insular , córtex entorrinal , córtex perirrinal , hipotálamo e amígdala .

Eferentes

O córtex orbitofrontal está reciprocamente conectado com os córtices perirrinal e entorrinal, a amígdala, o hipotálamo e partes do lobo temporal medial. Além dessas saídas, a OFC também se projeta para o estriado , incluindo o nucleus accumbens , núcleo caudado e putâmen ventral , bem como regiões do mesencéfalo, incluindo o cinza periaquedutal e a área tegmental ventral . Entradas de OFC para a sinapse da amígdala em vários alvos, incluindo duas vias robustas para a amígdala basolateral e células intercaladas da amígdala , bem como uma projeção direta mais fraca para o núcleo central da amígdala .

Função

Múltiplas funções foram atribuídas ao OFC, incluindo mediação de resposta específica de contexto, codificação de contingências de maneira flexível, codificação de valor, codificação de valor inferido, inibição de respostas, mudanças de aprendizagem na contingência, avaliação emocional, alteração de comportamento por meio de marcadores somáticos, condução de comportamento social e representando espaços de estado. Embora a maioria dessas teorias explique certos aspectos das observações eletrofisiológicas e mudanças de comportamento relacionadas às lesões, elas geralmente falham em explicar ou são contraditas por outras descobertas. Uma proposta que explica a variedade de funções do OFC é que o OFC codifica espaços de estados, ou a configuração discreta de características internas e externas associadas a uma situação e suas contingências. Por exemplo, a proposta de que o OFC codifica o valor econômico pode ser um reflexo do Valor do estado da tarefa de codificação OFC. A representação dos estados da tarefa também poderia explicar a proposta de que o OFC atue como um mapa flexível de contingências, uma vez que uma mudança no estado da tarefa possibilitaria a codificação de novas contingências em um estado, com a preservação das contingências antigas em um estado separado, possibilitando alternar contingências quando o antigo estado da tarefa se tornar relevante novamente. A representação dos estados da tarefa é apoiada por evidências eletrofisiológicas que demonstram que o OFC responde a uma gama diversificada de recursos de tarefa e é capaz de remapear rapidamente durante mudanças de contingência. A representação dos estados da tarefa pode influenciar o comportamento por meio de vários mecanismos potenciais. Por exemplo, o OFC é necessário para que os neurônios da área tegmental ventral (VTA) produzam um erro de previsão de recompensa dopaminérgica, e o OFC pode codificar as expectativas para o cálculo de RPEs no VTA.

Funções específicas foram atribuídas às sub-regiões da OFC. O OFC lateral foi proposto para refletir o valor de escolha potencial, permitindo erros de previsão fictícios (contrafactuais) para mediar as escolhas de troca durante a reversão, extinção e desvalorização. A ativação optogenética do IOFC aumenta o objetivo direcionado ao comportamento habitual, possivelmente refletindo o aumento da sensibilidade às escolhas potenciais e, portanto, o aumento da troca. O mOFC, por outro lado, foi proposto para refletir o valor subjetivo relativo. Em roedores, uma função semelhante foi atribuída ao mOFC, codificando o valor da ação de forma gradativa, enquanto o lOFC foi proposto para codificar características sensoriais específicas de resultados. O IOFC também foi proposto para codificar associações de resultados de estímulos, que são então comparados por valor no mOFC. A meta-análise de estudos de neuroimagem em humanos revela que existe um gradiente de valência médio-lateral, com o OFC medial respondendo mais frequentemente à recompensa e o OFC lateral respondendo mais frequentemente à punição. Um gradiente de abstração posterior-anterior também foi encontrado, com o OFC posterior respondendo a recompensas mais simples e o OFC anterior respondendo mais a recompensas abstratas. Resultados semelhantes foram relatados em uma meta-análise de estudos sobre recompensas primárias versus secundárias.

O OFC e a amígdala basolateral (BLA) são altamente interconectados e sua conectividade é necessária para tarefas de desvalorização. Danos ao BLA ou ao OFC antes, mas apenas ao OFC após a desvalorização, prejudica o desempenho. Enquanto o BLA responde apenas a sugestões que predizem resultados salientes de uma forma graduada de acordo com o valor, o OFC responde a ambos os valores e aos atributos sensoriais específicos de associações de sugestão-resultado. Enquanto os neurônios OFC que, no início do aprendizado, respondem ao recebimento do resultado, normalmente transferem sua resposta ao início das pistas que predizem o resultado, o dano ao BLA prejudica essa forma de aprendizado.

O córtex orbitofrontal posterior (pOFC) está conectado à amígdala por meio de vários caminhos, que são capazes de regular para cima e para baixo a atividade do sistema nervoso autônomo. A evidência provisória sugere que o neuromodulador dopamina desempenha um papel na mediação do equilíbrio entre as vias inibitórias e excitatórias, com um alto estado de dopamina conduzindo a atividade autonômica .

Foi sugerido que a OFC medial está envolvida em fazer associações estímulo-recompensa e com o reforço do comportamento, enquanto a OFC lateral está envolvida em associações estímulo-resultado e na avaliação e possivelmente na reversão do comportamento. A atividade na OFC lateral é encontrada, por exemplo, quando os sujeitos codificam novas expectativas sobre punição e represália social.

Descobriu-se que o OFC anterior médio acompanha de forma consistente o prazer subjetivo em estudos de neuroimagem. Um ponto de acesso hedônico foi descoberto na OFC anterior, que é capaz de aumentar a resposta de gosto à sacarose. O OFC também é capaz de influenciar as respostas afetivas induzidas pelo antagonismo do ácido α-amino-3-hidroxi-5-metil-4-isoxazolpropiônico (AMPA) no nucleus accumbens para respostas apetitivas.

O OFC é capaz de modular o comportamento agressivo por meio de projeções para interneurônios na amígdala que inibem as projeções glutaminérgicas para o hipotálamo ventromedial .

Eletrofisiologia

Os neurônios no OFC respondem tanto a reforçadores primários, quanto a pistas que predizem recompensas em vários domínios sensoriais. As evidências de respostas a estímulos visuais, gustativos, somatossensoriais e olfativos são robustas, mas as evidências de respostas auditivas são mais fracas. Em um subconjunto de neurônios OFC, as respostas neurais a recompensas ou dicas de recompensa são moduladas pela preferência individual e por estados motivacionais internos, como fome. Uma fração de neurônios que respondem a pistas sensoriais que predizem uma recompensa são seletivos para recompensa e exibem comportamento reverso quando as relações de resultado da pista são trocadas. Os neurônios no OFC também exibem respostas à ausência de uma recompensa esperada e punição. Outra população de neurônios exibe respostas a novos estímulos e pode “lembrar” de estímulos familiares por até um dia.

Durante as tarefas de recompensa com indicação ou de recompensa instrumental com indicação, os neurônios no OFC exibem três padrões gerais de disparo; disparar em resposta a pistas; disparar antes do recebimento da recompensa; disparando em resposta ao recebimento da recompensa. Em contraste com o córtex pré-frontal medial e o estriado , os neurônios OFC não exibem mediação de disparo por movimento. Suas respostas preditivas de recompensa são, no entanto, moldadas pela atenção: ao mudar a atenção entre duas alternativas, a mesma população OFC representará positivamente o valor de um item atendido atualmente, mas negativamente o valor do item não atendido. A codificação da magnitude da recompensa também é flexível e leva em consideração os valores relativos das recompensas presentes.

Humanos

O OFC humano está entre as regiões menos compreendidas do cérebro humano. Foi proposto que o OFC está envolvido na integração sensorial, na representação do valor afetivo dos reforçadores e na tomada de decisão e expectativa. Em particular, o OFC parece ser importante para sinalizar as recompensas / punições esperadas de uma ação, dados os detalhes específicos de uma situação. Ao fazer isso, o cérebro é capaz de comparar a recompensa / punição esperada com a entrega real da recompensa / punição, tornando a OFC crítica para o aprendizado adaptativo. Isso é apoiado por pesquisas em humanos, primatas não humanos e roedores.

Distúrbios psiquiátricos

O córtex orbitofrontal tem sido implicado no transtorno de personalidade limítrofe , esquizofrenia , transtorno depressivo maior , transtorno bipolar , transtorno obsessivo-compulsivo , vício , transtorno de estresse pós-traumático , autismo e transtorno do pânico . Embora os estudos de neuroimagem tenham fornecido evidências de disfunção em uma ampla variedade de transtornos psiquiátricos, a natureza enigmática do papel das FOs no comportamento complica a compreensão de seu papel na fisiopatologia dos transtornos psiquiátricos. A função da OFC não é conhecida, mas suas conexões anatômicas com o estriado ventral, amígdala, hipotálamo, hipocampo e cinza periaquedutal apoiam um papel na mediação de recompensas e comportamentos relacionados ao medo.

Transtorno obsessivo-compulsivo

Metanálises de estudos de neuroimagem em TOC relatam hiperatividade em áreas geralmente consideradas como parte do segmento orbitofrontal do gânglio cortico-basal-tálamo-alça cortical , como núcleo caudado , tálamo e córtex orbitofrontal. OCD foi proposto para refletir um loop de feedback positivo devido à excitação mútua da OFC e das estruturas subcorticais. Embora o OFC seja geralmente hiperativo durante as tarefas de provocação de sintomas, as tarefas cognitivas geralmente provocam hipoatividade do OFC; isso pode refletir uma distinção entre tarefas emocionais e não emocionais, OFC lateral e medial, ou simplesmente metodologias inconsistentes.

Vício

Modelos animais e manipulações específicas de células em relação ao comportamento de busca de drogas implicam em disfunção da OFC no vício. Os transtornos por uso de substâncias estão associados a uma variedade de déficits relacionados ao comportamento flexível direcionado a objetivos e tomada de decisões. Esses déficits se sobrepõem aos sintomas relacionados às lesões de OFC e também estão associados à redução da massa cinzenta orbitofrontal , hipometabolismo em estado de repouso e redução da atividade de OFC durante tarefas que envolvem tomada de decisão ou comportamento direcionado a um objetivo. Em contraste com o estado de repouso e a atividade relacionada à decisão, os sinais associados às drogas evocam uma atividade forte de OFC que se correlaciona com o desejo. Estudos com roedores também demonstram que as projeções de IOFC para BLA são necessárias para o restabelecimento da autoadministração induzida por sugestão. Essas descobertas são todas congruentes com o papel que o OFC desempenha na codificação dos resultados associados a certos estímulos. A progressão para o abuso compulsivo de substâncias pode refletir uma mudança entre a tomada de decisão baseada em modelo, onde um modelo interno de resultados futuros orienta as decisões, para um modelo de aprendizagem livre, onde as decisões são baseadas no histórico de reforço. A aprendizagem baseada em modelos envolve o OFC e é flexível e direcionada a objetivos, enquanto a aprendizagem livre de modelos é mais rígida; já que a mudança para um comportamento mais livre de modelos devido à disfunção na OFC, como aquela produzida por drogas de uso indevido, poderia estar subjacente aos hábitos de busca de drogas.

Transtornos comportamentais

O transtorno de conduta está associado tanto a anormalidades estruturais quanto a anormalidades funcionais durante tarefas afetivas. Anormalidades na estrutura, atividade e conectividade funcional da OFC foram todas observadas em associação com a agressão.

Transtornos afetivos

Estudos de neuroimagem encontraram anormalidades na OFC no TDM e no transtorno bipolar. Consistente com o gradiente medial / recompensa e lateral / punição encontrado em estudos de neuroimagem, alguns estudos de neuroimagem observaram atividade elevada de OFC lateral na depressão, bem como interconectividade reduzida de OFC medial e interconectividade aprimorada em OFC lateral. A hipoatividade do OFC lateral foi frequentemente observada no transtorno bipolar, em particular durante episódios maníacos.

Pesquisar

Imaging

O uso de imagens de ressonância magnética funcional (fMRI) para obter imagens da OFC humana é um desafio, porque essa região do cérebro está próxima aos seios da face cheios de ar . Isso significa que erros de artefato podem ocorrer no processamento do sinal , causando, por exemplo, distorções geométricas que são comuns ao usar a imagem ecoplanar (EPI) em intensidades de campo magnético mais altas. Cuidado extra é, portanto, recomendado para obter um bom sinal do córtex orbitofrontal, e uma série de estratégias foram concebidas, como shimming automático em altas intensidades de campo magnético estático.

Roedores

Em roedores , a OFC é totalmente agranular ou disgranular. O OFC é dividido em regiões ventrolateral (VLO), lateral (LO), medial (MO) e dorsolateral (DLO). Usando técnicas altamente específicas para manipular circuitos, como a optogenética , o OFC tem sido implicado em comportamentos semelhantes ao TOC e na capacidade de usar variáveis ​​latentes em tarefas de tomada de decisão.

Significado clínico

Dano

A destruição da OFC por meio de lesão cerebral adquirida geralmente leva a um padrão de comportamento desinibido . Algumas causas comuns são xingar excessivamente, hipersexualidade, interação social insatisfatória, jogo compulsivo, uso de drogas (incluindo álcool e tabaco) e baixa capacidade de empatia. Acredita-se que o comportamento desinibido de pacientes com algumas formas de demência frontotemporal seja causado pela degeneração da FO.

Perturbação

Quando as conexões OFC são interrompidas, uma série de consequências cognitivas, comportamentais e emocionais podem surgir. A pesquisa apóia que os principais distúrbios associados à conectividade / circuito de OFC desregulados giram em torno da tomada de decisão, regulação da emoção, controle impulsivo e expectativa de recompensa. Um estudo recente de neuroimagem humana multimodal mostra conectividade estrutural e funcional interrompida do OFC com as estruturas límbicas subcorticais (por exemplo, amígdala ou hipocampo) e outras regiões frontais (por exemplo, córtex pré-frontal dorsal ou córtex cingulado anterior) se correlaciona com o efeito de OFC anormal ( por exemplo, medo) processamento em adultos clinicamente ansiosos.

Uma extensão clara dos problemas com a tomada de decisão é a dependência de drogas / substância , que pode resultar da interrupção do circuito estriato-tálamo-orbitofrontal. O transtorno de déficit de atenção e hiperatividade (TDAH) também foi implicado na disfunção dos circuitos de recompensa neural que controlam a motivação, recompensa e impulsividade, incluindo sistemas OFC. Outros distúrbios do funcionamento executivo e controle do impulso podem ser afetados pela desregulação dos circuitos OFC, como o transtorno obsessivo-compulsivo e a tricotilomania

Algumas demências também estão associadas a interrupções de conectividade de OFC. A variante comportamental da demência frontotemporal está associada a padrões de atrofia neural de fibras de projeção de substância branca e cinzenta envolvidas com a conectividade OFC. Finalmente, algumas pesquisas sugerem que os estágios posteriores da doença de Alzheimer sejam afetados pela conectividade alterada dos sistemas OFC.

Epilepsia orbitofrontal

A epilepsia orbitofrontal é rara, mas ocorre. A apresentação da epilepsia OFC é bastante diversa, embora as características comuns incluam sintomas relacionados ao sono, automatismos e sintomas hipermotores. Uma revisão relatou que as auras geralmente não eram comuns ou inespecíficas, enquanto outra relatou que a epilepsia OFC estava associada a auras envolvendo fenômeno somatossensorial e medo.

Avaliação

Teste de discriminação visual

O teste de discriminação visual tem dois componentes. No primeiro componente, "aprendizagem reversa", os participantes são apresentados a uma das duas imagens, A e B. Eles aprendem que serão recompensados ​​se pressionarem um botão quando a imagem A for exibida, mas punidos se pressionarem o botão quando a imagem B é exibido. Uma vez que essa regra tenha sido estabelecida, a regra é trocada. Em outras palavras, agora é correto pressionar o botão para a imagem B, não a imagem A. A maioria dos participantes saudáveis ​​pega essa reversão de regra quase imediatamente, mas os pacientes com dano de OFC continuam a responder ao padrão original de reforço, embora sejam agora sendo punido por perseverar com isso. Rolls et al. observou que esse padrão de comportamento é particularmente incomum, visto que os pacientes relataram que entenderam a regra.

O segundo componente do teste é a "extinção". Mais uma vez, os participantes aprendem a pressionar o botão da imagem A, mas não da imagem B. No entanto, desta vez, em vez da reversão das regras, a regra muda completamente. Agora o participante será punido por pressionar o botão em resposta a qualquer uma das fotos. A resposta correta é não pressionar o botão, mas as pessoas com disfunção OFC têm dificuldade em resistir à tentação de pressionar o botão, apesar de serem punidas por isso.

Iowa Gambling Task

Uma simulação de tomada de decisão na vida real , a tarefa de jogo de Iowa é amplamente usada na pesquisa de cognição e emoção. Os participantes recebem quatro baralhos virtuais de cartas na tela do computador. Eles são informados de que cada vez que escolhem uma carta, eles podem ganhar algum dinheiro do jogo. Eles são informados de que o objetivo do jogo é ganhar o máximo de dinheiro possível. De vez em quando, porém, quando escolhem um cartão, perdem algum dinheiro. A tarefa deve ser opaca, ou seja, os participantes não devem trabalhar conscientemente a regra e devem escolher as cartas com base em sua " reação instintiva ". Dois dos decks são "decks ruins", o que significa que, com o tempo, eles terão uma perda líquida; os outros dois decks são "bons decks" e farão um ganho líquido com o tempo.

A maioria dos participantes saudáveis ​​experimenta os cards de cada baralho e, após cerca de 40 ou 50 seleções, são bastante bons em manter os bons baralhos. Pacientes com disfunção de OFC, no entanto, continuam a perseverar com os baralhos ruins, às vezes mesmo sabendo que estão perdendo dinheiro no geral. A medição simultânea da resposta galvânica da pele mostra que os participantes saudáveis ​​mostram uma reação de "estresse" ao pairar sobre os baralhos ruins após apenas 10 tentativas, muito antes da sensação consciente de que os baralhos são ruins. Em contraste, os pacientes com disfunção de FO nunca desenvolvem essa reação fisiológica à punição iminente. Bechara e seus colegas explicam isso em termos da hipótese do marcador somático . A tarefa de jogo de Iowa está sendo usada atualmente por vários grupos de pesquisa usando fMRI para investigar quais regiões do cérebro são ativadas pela tarefa em voluntários saudáveis, bem como em grupos clínicos com doenças como esquizofrenia e transtorno obsessivo-compulsivo .

O teste de faux pas é uma série de vinhetas que narram uma ocasião social durante a qual alguém disse algo que não deveria ter sido dito, ou uma ocorrência estranha. A tarefa do participante é identificar o que foi dito que foi estranho, por que foi estranho, como as pessoas se sentiriam em reação à gafe e a uma questão de controle factual. Embora projetado para uso em pessoas no espectro do autismo , o teste também é sensível a pacientes com disfunção de FO, que não podem julgar quando algo socialmente estranho aconteceu, apesar de parecerem entender a história perfeitamente bem.

Veja também

Imagens adicionais

Referências

links externos