Ventromedialer präfrontaler Kortex

Der ventromediale präfrontale Kortex ( vmPFC ) ist ein Teil des präfrontalen Kortex im Säugetiergehirn . Er befindet sich im Frontallappen an der Unterseite der Großhirnhemisphären und ist an der Verarbeitung von Risiko und Angst beteiligt , da er eine entscheidende Rolle bei der Regulation der Amygdala- Aktivität beim Menschen spielt. ^{[ 2 ]} Er ist außerdem an der Hemmung emotionaler Reaktionen sowie an Entscheidungsprozessen und der Selbstkontrolle beteiligt . Darüber hinaus wirkt er an der kognitiven Bewertung von Moral mit .

Obwohl die Abgrenzung des ventromedialen präfrontalen Kortex nicht allgemein anerkannt ist, entspricht er in den meisten Quellen dem ventromedialen Belohnungsnetzwerk nach Öngür und Price ^{[ 3 ]} . Dieses Netzwerk umfasst die Brodmann-Areale 10 , 14 , 25 und 32 sowie Teile der Brodmann-Areale 11 , 12 und 13 ^{[ 4 ]} . Allerdings herrscht in den verschiedenen Quellen keine Einigkeit über die Grenzen dieses Areals. Der Begriff „ventromedialer präfrontaler Kortex “ wird von verschiedenen Forschern unterschiedlich verwendet. Manchmal bezeichnet er das Areal oberhalb des medialen orbitofrontalen Kortex , während er in anderen Fällen ein größeres Gebiet im unteren (ventralen) zentralen (medialen) Bereich des präfrontalen Kortex beschreibt, dessen unterster Teil der mediale orbitofrontale Kortex ist. Dieser letztgenannte, größere Bereich entspricht dem Bereich, der bei Patienten mit Beeinträchtigungen der Entscheidungsfindung geschädigt ist und von António Damásio und Kollegen untersucht wurde (siehe Diagramm und unten).

Der ventromediale präfrontale Kortex (vmPFC) ist mit dem ventralen Tegmentum , der Amygdala , dem Temporallappen , dem olfaktorischen System und dem dorsomedialen Thalamus verbunden und empfängt von diesen Informationen . Er sendet seinerseits Signale an zahlreiche verschiedene Hirnregionen, darunter den Temporallappen, die Amygdala, den lateralen Hypothalamus , den Hippocampus , den Gyrus cinguli und bestimmte andere Regionen des präfrontalen Kortex . ^{[ 5 ]} Dieses umfangreiche Netzwerk an Verbindungen ermöglicht es dem vmPFC, große Mengen sensorischer Daten zu empfangen und zu verarbeiten sowie eine Vielzahl anderer Hirnregionen, insbesondere die Amygdala, zu beeinflussen. ^{[ 2 ]}

Funktionelle Unterschiede zwischen den orbitofrontalen und ventromedialen Bereichen des präfrontalen Kortex sind noch nicht eindeutig geklärt. Allerdings sind die Bereiche des ventromedialen Kortex, die dem orbitofrontalen Kortex überlegen sind , deutlich weniger mit sozialen Funktionen und stärker mit reiner Emotionsregulation assoziiert. Entwicklungsneurowissenschaftliche Forschungen deuten zudem darauf hin, dass sich neuronale Netzwerke im ventromedialen präfrontalen Kortex während der Adoleszenz und des jungen Erwachsenenalters rasant entwickeln und die Emotionsregulation über die Amygdala unterstützen ^{[ 6 ]} . Dies geht mit einem Abfall des Cortisolspiegels einher . Es ist außerdem zu beachten, dass eine Schädigung des vmPFC eine erhöhte Amygdala-Aktivität hervorrufen kann. Es gibt nur wenige Berichte über Personen mit frühkindlicher vmPFC-Schädigung, doch diese Personen neigen zu stark ausgeprägtem antisozialem Verhalten und beeinträchtigtem moralischem Urteilsvermögen. Im Vergleich zu Personen mit einer späteren Schädigung ist ihr Verhaltensmuster ähnlich, jedoch schwerwiegender ^{[2, 7 ] . Der vmPFC gilt} zudem als zentral für die Physiologie von Angst- und Stimmungsstörungen. Die genauen Mechanismen, durch die der vmPFC zur affektiven Verarbeitung beiträgt, sind jedoch noch nicht vollständig verstanden. ^{[ 2 ]}

Patienten mit beidseitigen Läsionen des vmPFC entwickeln schwere Beeinträchtigungen der persönlichen und sozialen Entscheidungsfindung ^{[ 5 ] [ 8 ]} , obwohl ihre intellektuellen Fähigkeiten weitgehend erhalten bleiben. ^{[ 8 ] [ 9 ]} Beispielsweise fällt es ihnen schwer, zwischen Optionen mit ungewissem Ausgang zu wählen, sei es in Form eines Risikos oder einer Mehrdeutigkeit. ^{[ 10 ]} Nach der Läsion ist ihre Fähigkeit, aus Fehlern zu lernen, eingeschränkt; sie treffen immer wieder dieselben Entscheidungen, selbst wenn diese negative Konsequenzen haben. Diese Patienten wählen Alternativen, die unmittelbare Belohnungen versprechen , scheinen aber die zukünftigen Folgen ihres Handelns nicht zu berücksichtigen. ^{[ 8 ]} Die zugrunde liegenden Mechanismen dieses Verhaltens sind jedoch noch nicht vollständig verstanden. ^{[ 8 ]}

Eine Läsionsvergleichsstudie zeigte, dass der vmPFC dazu beiträgt, Entscheidungen mit antizipierten kontrafaktischen Emotionen zu verknüpfen, die zukünftige Entscheidungen leiten, während der laterale orbitofrontale Kortex (lOFC) eher mit erlebtem Bedauern in Verbindung steht; eine Schädigung des vmPFC reduzierte zudem die Sensitivität gegenüber Unterschieden im erwarteten Wert während einer Entscheidung. ^{[ 11 ]} Eine Übersichtsarbeit zu Studien an Menschen und Makaken kommt zu dem Schluss, dass der vmPFC/mediale OFC die Bewertung und wertgeleitete Entscheidungsfindung unterstützt (einschließlich der Aufrechterhaltung einer erfolgreichen Entscheidung über mehrere Entscheidungen hinweg), während der lOFC die Zuordnung von Belohnungen unterstützt, die spezifische Reize mit Ergebnissen verknüpfen. ^{[ 12 ]} Frühere fMRT-Studien fanden ebenfalls eine Aktivierung medialer orbitofrontaler/vmPFC-Regionen, wenn die Teilnehmenden unter Unsicherheit raten mussten, wobei die Aktivierung mit der Komplexität der probabilistischen Bedingungen skalierte. ^{[ 13 ]}

Schädigungen des ventromedialen präfrontalen Kortex (insbesondere der rechten Hemisphäre) wurden mit Defiziten bei der Erkennung von Ironie , Sarkasmus und Täuschung in Verbindung gebracht . ^{[ 14 ]} Personen mit Schädigungen in diesem Bereich lassen sich leichter von irreführender Werbung beeinflussen . ^{[ 15 ]} Dies wird auf eine Störung eines „falschen Kennzeichnungsmechanismus“ zurückgeführt, der Zweifel und Skepsis gegenüber neuen Überzeugungen hervorruft .

Menschen mit einer Schädigung des ventromedialen präfrontalen Cortex können zwar weiterhin bewusst und fehlerfrei moralische Urteile fällen, jedoch nur in hypothetischen Situationen. Ihre Fähigkeit, persönliche und soziale Entscheidungen zu treffen, ist stark beeinträchtigt. ^{[ 16 ]} Es besteht eine Diskrepanz im Denkvermögen, wenn sie dieselben moralischen Prinzipien auf ähnliche Situationen in ihrem eigenen Leben anwenden. Die Folge ist, dass sie Entscheidungen treffen, die ihren selbstbekundeten moralischen Werten widersprechen. ^{[ 5 ]} Menschen mit einer frühkindlichen Schädigung des ventromedialen präfrontalen Cortex neigen eher dazu, eigennützige Handlungen zu befürworten, die gegen moralische Regeln verstoßen oder anderen schaden. Dies gilt insbesondere für Patienten, deren Schädigung früh im Leben auftrat. ^{[ 17 ]}

Emotionen und das Verständnis sozialer Normen dienen der moralischen Beurteilung unseres Verhaltens, unserer Überzeugungen und unserer Mitmenschen. Der vmPFC bildet die neuronale Grundlage dafür, dass Emotionen das moralische Urteil beeinflussen. Funktionelle Bildgebungsstudien zeigen, dass eine erhöhte Aktivität im vmPFC mit der Auseinandersetzung mit persönlichen moralischen Dilemmata einhergeht, während dies bei unschädlichen Entscheidungen nicht der Fall ist. ^{[ 18 ]} Patienten mit vmPFC-Läsionen trafen in unpersönlichen und persönlichen Dilemmata die gleichen Entscheidungen. Eine Dysfunktion des vmPFC führt dazu, dass die korrekte Anwendung moralischer Emotionen nicht gelingt , was erklärt, warum diese Patienten in solchen Dilemmata weniger emotionale Reaktionen zeigten. ^{[ 19 ]}

Der vmPFC spielt eine wichtige Rolle bei der Regulierung und Hemmung unserer emotionalen Reaktionen. Er scheint unsere emotionalen Reaktionen zu nutzen, um unser Verhalten zu modellieren und emotionale Reaktionen in bestimmten sozialen Situationen zu kontrollieren. Die Eingänge des vmPFC liefern ihm Informationen aus der Umgebung und den Plänen des Frontallappens, und seine Ausgänge ermöglichen es ihm, verschiedene physiologische Reaktionen und Verhaltensweisen zu steuern. Die Bedeutung des vmPFC wird besonders deutlich bei Menschen mit Schädigungen in dieser Region. Ein geschädigter vmPFC führt zu Beeinträchtigungen der Verhaltenskontrolle und Entscheidungsfindung , deren Folgen in einer emotionalen Dysregulation begründet liegen.

Der erste und bekannteste Fall einer Person mit Defekten in dieser Region war Phineas Gage , ein Eisenbahnbaumeister, dessen vmPFC bei einem Unfall im Jahr 1848 beidseitig zerstört wurde. Vor dem Unfall wurde Gage als „ernsthaft, fleißig und energisch“ beschrieben. „Danach wurde er kindisch, verantwortungslos und rücksichtslos.“ ^{[ 20 ]} Ein anderer Patient mit einer vmPFC-Schädigung verschwendete seine gesamten Ersparnisse mit unklugen Investitionen und traf keine angemessenen Entscheidungen in seinem Privatleben. Bei Patienten mit einer vmPFC-Schädigung zeigt sich ein Zusammenhang zwischen emotionaler Instabilität und Beeinträchtigungen im Alltag. ^{[ 20 ]}

Die Amygdala spielt eine wichtige Rolle bei der Auslösung emotionaler Reaktionen wie Wut und Gewalt. Durch die Verbindungen des vmPFC zur Amygdala trägt der vmPFC zur Prävention solchen Verhaltens bei. Studien belegen, dass impulsive Mörder eine verminderte Aktivität im präfrontalen Kortex und eine erhöhte Aktivität in subkortikalen Bereichen wie der Amygdala aufweisen. Dieses Ungleichgewicht kann durch negative Emotionen ausgelöste Handlungen verstärken und die Fähigkeit des präfrontalen Kortex, diese Emotionen zu kontrollieren, einschränken. Eine geringere Aktivierung im präfrontalen Kortex korreliert zudem mit antisozialem Verhalten. Die Dysfunktion des ventromedialen Kortex scheint teilweise durch eine verminderte Serotoninausschüttung bedingt zu sein . ^{[ 20 ]}

Der vmPFC ist auch an der Entstehung von Mut beteiligt. In Experimenten, bei denen Probanden Schlangen an sich heranließen oder sich von ihnen entfernten, korrelierten mutige Handlungen mit einer Aktivierung im vmPFC, insbesondere im subgenualen anterioren cingulären Cortex. ^{[ 20 ] [ 21 ]}

Die Aktivierung des vmPFC ist mit einer erfolgreichen Unterdrückung emotionaler Reaktionen auf ein negatives emotionales Signal verbunden. ^{[ 22 ]} Patienten mit vmPFC-Läsionen weisen sowohl in der emotionalen Reaktion als auch in der Emotionsregulation Defizite auf. ^{[ 9 ]} Ihre emotionale Reaktionsfähigkeit ist generell vermindert, und sie zeigen deutlich reduzierte soziale Emotionen wie Mitgefühl, Scham und Schuld. Diese Emotionen sind eng mit moralischen Werten verknüpft. ^{[ 9 ]} Die Patienten zeigen zudem in bestimmten Situationen eine schlecht regulierte Wut und Frustrationstoleranz. ^{[ 9 ]}

Patienten mit fokalen Läsionen im vmPFC zeigen Persönlichkeitsveränderungen wie Empathiemangel, Verantwortungslosigkeit und schlechte Entscheidungsfähigkeit. Diese Merkmale ähneln psychopathischen Persönlichkeitsmerkmalen. ^{[ 23 ]} Darüber hinaus wurde ein Zusammenhang zwischen Personen mit einer Vorgeschichte körperlicher Gewalt und einer verringerten Dichte der grauen Substanz im vmPFC nachgewiesen. ^{[ 24 ]} Läsionen im vmPFC sind mit einer Resistenz gegenüber Depressionen assoziiert, während Läsionen im dorsolateralen PFC mit einer Anfälligkeit für Depressionen einhergehen. ^{[ 25 ]}

Die rechte Hälfte des ventromedialen präfrontalen Kortex (vmPFC) wurde mit der Regulation der Interaktion von Kognition und Affekt bei der Entstehung empathischer Reaktionen in Verbindung gebracht. Hedonistische (Vergnügens-)Reaktionen korrelierten laut Morten Kringelbach ebenfalls mit der Aktivität des orbitofrontalen Kortex . Dieser Befund trägt zu Erkenntnissen bei, die darauf hindeuten, dass der vmPFC mit Präferenzurteilen zusammenhängt und ihm möglicherweise eine Schlüsselrolle bei der Konstruktion des Selbst zukommt. fMRT-Scans haben gezeigt, dass der vmPFC aktiv ist, wenn Menschen über sich selbst nachdenken. Es bestehen kulturelle Unterschiede in der Nutzung dieser Region, die auf kulturellen Unterschieden in der Selbstwahrnehmung beruhen. Chinesische Probanden, die das Selbst im Verhältnis zur Gemeinschaft betrachten, nutzen den vmPFC beispielsweise beim Nachdenken über ihre Mütter, während dies bei amerikanischen Probanden nicht der Fall ist. ^{[ 26 ]}

Studien zu posttraumatischer Belastungsstörung (PTBS) stützten die Annahme, dass der ventromediale präfrontale Kortex (vmPFC) eine wichtige Rolle bei der Reaktivierung vergangener emotionaler Assoziationen und Ereignisse spielt und somit wesentlich zur Pathogenese der PTBS beiträgt. ^{[ 27 ] [ 28 ]} Eine Dysfunktion des vmPFC wurde auch als Faktor für die Reaktion PTBS-betroffener Eltern auf den psychischen Zustand ihrer Kinder identifiziert. ^{[ 29 ]} Daher wurden Behandlungen vorgeschlagen, die auf die Aktivierung des vmPFC abzielen, sowohl für Betroffene als auch für die Eltern-Kind-Beziehung. Die rechte Hälfte des ventrolateralen präfrontalen Kortex, die bei der Emotionsregulation aktiv ist, wurde aktiviert, als den Teilnehmenden in einem Szenario ein unfairer Vorteil geboten wurde. Spezifische Defizite im Reversallernen und in der Entscheidungsfindung führten zu der Hypothese, dass der vmPFC ein wichtiger Ort für Dysfunktionen in den leichten Stadien der Verhaltensvariante der frontotemporalen Demenz ist . ^{[ 30 ]} Eine Studie an Patienten mit Läsionen im rechten vmPFC zeigte einen Verlust von Empathie und Theory of Mind , was belegt, dass diese Hirnregion direkt an Empathie und Mentalisierung beteiligt ist . ^{[ 31 ]}

Die Fähigkeit zu ausgereiften Abwehrmechanismen wie Intellektualisierung, Kompensation, Reaktionsbildung und Isolation wurde mit der ordnungsgemäßen Funktion des rechten ventromedialen präfrontalen Kortex in Verbindung gebracht, während primitivere Abwehrmechanismen wie Projektion, Spaltung, verbale Verleugnung und Fantasie auf andere Regionen, vorwiegend in der linken Hemisphäre, angewiesen sind. ^{[ 32 ]}

Eine besonders bemerkenswerte Theorie zur Funktion des vmPFC ist die Somatische-Marker-Hypothese , die António Damásio zugeschrieben wird . Laut dieser Hypothese spielt der vmPFC eine zentrale Rolle bei der Anpassung somatischer Marker – emotionaler Assoziationen oder Assoziationen zwischen mentalen Objekten und viszeralem (körperlichem) Feedback – für die Nutzung in natürlichen Entscheidungsprozessen. Dieser Ansatz schreibt dem vmPFC auch eine Rolle bei der Moderation von Emotionen und emotionalen Reaktionen zu, da die Bewertung der Marker als positiv oder negativ durch den vmPFC die angemessene Reaktion in einer bestimmten Situation beeinflusst. Eine kritische Überprüfung dieser Hypothese kam jedoch zu dem Schluss, dass weitere empirische Daten zur Stützung der Somatischen-Marker-Theorie erforderlich sind. ^{[ 22 ]}

Eine weitere Funktion des vmPFC liegt im Extinktionsprozess , der allmählichen Abschwächung und dem schließlich vollständigen Erlöschen einer konditionierten Reaktion. Studien haben gezeigt, dass der vmPFC nach Extinktionstraining eine erhöhte Aktivierung aufweist. ^{[ 33 ]} Die genaue Rolle des vmPFC bei der Extinktion ist noch nicht vollständig geklärt, man geht jedoch davon aus, dass er für den Abruf von Extinktionserinnerungen nach längerer Zeit unerlässlich ist. Studien belegen, dass er die Konsolidierung von Extinktionserinnerungen unterstützt. ^{[ 34 ]} Eine andere Studie hat einen Zusammenhang zwischen der kortikalen Dicke des vmPFC und dem Ausmaß des Extinktionsgedächtnisses aufgezeigt. Patienten mit einem größeren vmPFC zeigten tendenziell geringere Reaktionen auf den extinzierten konditionierten Reiz, was auf ein besseres Extinktionsgedächtnis hindeutet. ^{[ 35 ]} Generell spielt der ventromediale präfrontale Kortex eine wichtige Rolle in den späteren Phasen der Gedächtniskonsolidierung . ^{[ 36 ]}

Läsionen des ventromedialen präfrontalen Kortex (vmPFC) gingen auch mit einem Defizit in der Verarbeitung geschlechtsspezifischer sozialer Signale einher. In einem Experiment wurde die Fähigkeit von Patienten mit vmPFC-Läsionen untersucht, geschlechtsspezifische Namen, Attribute und Einstellungen zu kategorisieren, verglichen mit Patienten mit Läsionen des dorsolateralen präfrontalen Kortex (DLPFC) und einer Kontrollgruppe. Während die Patienten mit DLPFC-Läsionen in Tests zu Geschlechterstereotypen ähnliche Leistungen wie die Kontrollgruppe erbrachten, zeigten Patienten mit vmPFC-Läsionen ein beeinträchtigtes stereotypisches Sozialwissen. ^{[ 37 ]}

Bei häufigem Kokainkonsum wurde eine geringere Aktivität im ventromedialen präfrontalen Kortex als normal nachgewiesen. Bei Aufgaben, die eine starke Aktivierung dieses Hirnareals erfordern, schneiden Kokainkonsumenten schlechter ab und weisen eine geringere präfrontale Kortexaktivierung auf als die Kontrollgruppe. ^{[ 38 ]} Die konsumierte Kokainmenge verhält sich umgekehrt proportional zum Aktivierungsgrad. ^{[ 39 ]}

Der präfrontale Kortex ist ebenfalls physisch von Kokainkonsum betroffen. Chronischer Konsum führt nachweislich zu einer Abnahme der grauen Substanz im ventromedialen präfrontalen Kortex. Diese Abnahme der grauen Substanz und ihre Auswirkungen auf das Verhalten sind vergleichbar mit Läsionen im gesamten medialen präfrontalen Kortex. ^{[ 38 ]} Insbesondere die Pyramidenzellen des ventromedialen präfrontalen Kortex stehen bekanntermaßen in Zusammenhang mit dem Suchtverhalten nach Kokain . ^{[ 40 ]} Sowohl eine erhöhte als auch eine verringerte Aktivität dieser Pyramidenzellen führt nachweislich zum Erlöschen des Suchtverhaltens nach Kokain, je nachdem, wann die Aktivierung erfolgt. Die Inaktivierung dieser Zellen war notwendig, um das Suchtverhalten nach längerer Zeit zu hemmen, während die Aktivierung erforderlich war, um das Verhalten unmittelbar nach dem Kokainkonsum zu reduzieren. ^{[ 41 ]}