Det har framkommit ett samförstånd om att en kärnuppsättning hjärnregioner är centralt involverade i genomförandet av en mängd olika uppgiftskrav [1] [2] [3].................................................................................................... Detta funktionella system innehåller delar av lateral prefrontal cortex (LPFC), bakre parietal cortex (PPC), ante rior insula cortex och medial prefrontal cortex, och har olika benämnts kognitiva kontrollnätverket eller system 2, den multipledemand system 1 och aktivitetspositiva nätverk 4. Vi fokuserade på en viktig komponent i detta system (som huvudsakligen består av LPFC och PPC), FPN. Ett grundläggande mysterium som omger detta system, och särskilt FPN, är hur det på ett meningsfullt sätt kan bidra till en så stor variation av uppgiftskrav. Detta beräkningsmässiga mysterium förvärras av det faktum att FPN är mest aktiv 1,5 under genomförandet av nya och icke-rutinmässiga uppgifter som, per definition, systemet inte kunde ha formats av praxis eller utveckling för att specifikt genomföra. Vi undersökte hypotesen att FPN är kapabelt till en sådan funk tionsmässig anpassning eftersom den består av flexibla nav: hjärnregioner som flexibelt och snabbt skiftar sina hjärntäckande funktionella konnektivitetsmönster för att genomföra kognitiv kontroll över en mängd olika uppgifter 5, 6. Vi testade denna hypotes med hjälp av senaste metodologiska framsteg i mänskliga neuroimaging, inklusive multitask kognitiv testning 7, uppgiftstillstånd funktionell anslutning 8, graf teori 9 och maskininlärning 10, som tillät oss att testa för flexibla nav egenskaper i FPN. I synnerhet var vårt centrala tillvägagångssätt att anpassa funktionella magnetiska reso nance avbildningsmetoder (fMRI) som vanligtvis används för att karakterisera funktionell konnektivitet under vilotillståndet (dvs. mönster av interregionala tidsmässiga korrelationer) för att avgöra om sådana funktionella konnektivitetsmönster är tillförlitligt modulerade över en stor uppsättning kognitiva uppgiftsstater. Det flexibla navkontot bygger på det tidigare beskrivna styrda aktiveringsramverket 11 (som i sin tur härleddes från det partiska konkurrenskontot 12 ). Den guidade aktiveringsramen beskriver hur uppifrån-och-ned-signaler med ursprung i LPFC (som representerar aktuella uppgiftsmål) kan implementera kognitiv kontroll genom att partiska informationsflödet över flera storskaliga funktionella nätverk. Den guidade aktiveringsramen utvecklades främst för att förklara hur nuvarande kognitiva mål övervinner konflikter från tidigare vanor. Den flexibla navteorin bygger på den guidade aktiveringsteorin genom att utvidga denna mekanism till att specifikt redogöra för ny uppgiftskontroll och genom att utvidga denna mekanism till hela FPN, snarare än att begränsa den till LPFC-delen av nätverket. Vi skilde FPN från andra hjärnnätverk som också kan vara involverade i kognitiva kontrollfunktioner. Detta är baserat på nya analyser med hjälp av grafteori som tyder på att minst fem olika subnätverk är associerade med kognitiv kontroll 9.13 : FPN, det cinguloperkulära kontrollnätverket, salongsnätet, nätverket för ventral uppmärksamhet och nätverket för dorsal uppmärksamhet. Vi fokuserade på FPN av två skäl. För det första innehåller FPN LPFC (fokus för den guidade aktiveringsteorin) som en central komponent. För det andra, den flexibla navteorin förutspår att de flesta adaptiva aktivitetskontroll flexibla nav sannolikt finns i FPN, som bevis tyder på att FPN är especiellt aktiv (relaterat till andra nätverk) under situationer som kräver mycket adaptiv uppgift kontroll 5, 14. I synnerhet expanderar den flexibla navteorin på det styrda ramverket genom att föreslå två specifika neurala mekanismer på systemnivå som kan möjliggöra adaptiv uppgiftskontroll: global variabel konnektivitet och kompositionskodning (Fig. 1).................................................................. Global variabel konektivitet hänvisar till möjligheten att vissa hjärnregioner flexibelt skiftar sina funktionella konnektivitetsmönster med flera hjärnnätverk över en mängd olika uppgifter. Med sammansättningskodning avses möjligheten av ett systematiskt samband mellan konnektivitetsmönster och uppgiftskomponenter (t.ex. regler), vilket möjliggör väletablerade omfattande bevis tyder på att människans förmåga att anpassa sig till en mängd olika uppgifter företrädesvis är ett resultat av driften av ett frontoparietalt hjärnnätverk (FPN). Vi antog att nätverkets anpassningsförmåga möjliggörs av flexibla nav: hjärnregioner som snabbt uppdaterar sitt mönster av global funktionell konnektivitet enligt uppgiftskrav. Med hjälp av de senaste framstegen i karakterisering av hjärnnätverk organisation och dynamik, identifierade vi mekanismer som överensstämmer med den flexibla nav teori. Vi fann att FPN: s hjärnomfattande funktionella konnektivitetsmönster skiftade mer än andra nätverk över en mängd olika uppgiftstillstånd och att dessa konnektivitetsmönster kunde användas för att identifiera den aktuella uppgiften. Dessutom var dessa mönster konsekventa mellan praktiserade och nya uppgifter, vilket tyder på att återanvändning av flexibla navanslutningsmönster underlättar adaptiv (ny) uppgiftsprestanda. Tillsammans stöder dessa resultat en central roll för fronto-parietal flexibla nav i kognitiv kontroll och adaptiv implementering av uppgiftskrav. npg
Men med den ökande upptäckten av anpassningsförmåga, flexibilitet och miljöberoende modalitet i hjärnan REF, begreppet hjärnmekanismer omvandlas till den inre anslutningen av hjärnnätverk.
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control
{'venue': 'Nature Neuroscience', 'journal': 'Nature Neuroscience', 'mag_field_of_study': ['Medicine', 'Psychology']}