Модель мозговой организации когнитивного контроля

ИПИИО МГППУ, лаборатория исследования трудностей обучения
Март 2011 г.
Автор реферата: м.н.с. Соленова А.Р.
Редактор реферата: зав. лаб. Ахутина Т.В.
Реферат на тему «Модель мозговой организации когнитивного контроля»
Обзор статей:
1. Casey B.J., Durston S. From behavior to cognition to the brain and back: what have we
learned from functional imaging studies of attention deficit hyperactivity disorder? // The
American Journal of Psychiatry. – 2006. – Vol. 163. – Issue 6. – P. 957-960.
2. Nigg J.T., Casey B.J. An integrative theory of attention-deficit/hyperactivity disorder
based on the cognitive and affective neurosciences. // Development and Psychopathology. –
2005. – Vol. 17. – Issue 3. – P. 785-806.
3. Casey B.J., Thomas K.M., Welsh T.F., Badgaiyan R.D., Eccard C.H., Jennings
J.R., Crone E.A. Dissociation of response conflict, attentional selection, and expectancy with
functional magnetic resonance imaging. // Proceedings of the National Academy of Sciences. –
2000. – Vol. 97. – Issue 15. – P. 8728-8733.
4. Casey B.J., Tottenham N., Fossela J. Clinical, imaging, lesion, and genetic approaches
toward a model of cognitive control. // Developmental Psychobiology. – 2002. – Vol. 40. – Issue
3. – P. 237-254.
Реферируемый цикл статей посвящен проблеме построения и экспериментальной
верификации модели мозговой организации системы когнитивного контроля и
механизмов её нарушения при СДВГ.
Первые представления о мозговых механизмах систем регуляции поведения были
сформулированы авторами в ходе исследования произвольного зрительного внимания
(Casey et al., 2000). Теоретической базой исследования послужила модель двух мозговых
подсистем зрительного внимания – задней (теменная кора, латеральное коленчатое тело,
подушка таламуса), отвечающей за зрительно-пространственную ориентировку внимания,
и передней (дорзолатеральная префронтальная кора, передняя часть поясной извилины),
связанной с процессами нисходящей регуляции процессов переработки информации –
активации релевантных и торможением нерелевантных действий (Posner, Petersen, 1990).
В качестве методов исследования был выбран эксперимент по типу фланговой задачи
(flanker task) с высоковероятными и низковероятными событиями в сочетании с
нейровизуализацией (фМРТ).
В ходе исследования было показано, что при выполнении фланговой задачи
задействуются 3 основные области мозга, каждая из которых решает при этом свою
специфическую задачу:
 дорзолатеральная префронтальная кора и передняя часть поясной извилины
(передняя система внимания) - разрешение возникшего конфликта (увеличение
активации при инконгруэнтной фланговой стимуляции) в ходе нисходящей
модуляции со стороны фронтальных отделов мозга
 переднетеменная кора, глазодвигательный центр во фронтальной коре,
правое полушарие мозжечка (задняя система внимания) – обеспечение
перевода и удержания взора и фокуса внимания к конкретному релевантному
решаемой задаче региону в зрительном поле (ориентировка внимания)
 хвостатое ядро и кора островка – отслеживание вероятностного компонента
событий (увеличение активации при появлении низковероятных событий)
Также авторами было показано, что заднетеменные области мозга (40 поле Бродмана)
и часть слуховой коры (41 и 42 поля Бродмана), напротив, демонстрируют снижение
активации при решении предложенной задачи, демонстрируя реципрокный характер
отношений с активацией переднетеменных и фронтальных отделов. Авторы
предполагают, что переднетеменная и заднетеменная мозговые системы реализуют
различные
взаимоисключающие
стратегии
переработки
информации:
так,
переднетеменная система внимания сужает фокус восприятия, концентрируясь на
конкретной области пространства, тогда как заднетеменная система восприятия, напротив,
расширяет поле обрабатываемых стимулов, вовлекая фовеальные области зрения.
В дальнейшем на основании метаанализа разнообразных эмпирических данных была
сформулирована двухкомпонентная модель мозговой организации когнитивного
контроля (Casey, Tottenham, Fossela, 2002). Под когнитивным контролем авторы
понимают способность к разрешению конфликта между конкурирующими стимулами или
схемами действия посредством торможения нерелевантных данных и поддержанию
обработки релевантных. В качестве синонимов данного термина авторы оперируют
понятиями «саморегуляция» (self-regulation – см. Casey, Durston, 2006), «настройка
внимания» (attentional bias) и «центральный управляющий» («central executive»), за
которыми стоит возможность нисходящего модулирования процессов обработки
информации и осуществления действия за счет процессов избирательного подавления или
активации.
Авторы выделяют в системе когнитивного контроля две различные подсистемы
действий, обеспечение которых связано с работой различных мозговых механизмов:
 Подсистема подавления нерелевантных действий, обеспечиваемая базальными
ганглиями, в особенности структурами хвостатого ядра
 Подсистема избирательной активации и интенсификации релевантных
психических содержаний и действий, связанная с деятельностью
префронтальных отделов мозга
Адекватность данной схемы обосновывается посредством анализа многочисленных
данных клинических, нейровизуализационных и генетических исследований.
Представления о мозговой организации зрительного внимания и когнитивного
контроля легли в основу модели мозговых механизмов нарушения психической
деятельности при СДВГ, предложенной авторами в результате обобщения богатого
эмпирического материала (Nigg, Casey, 2005). Согласно данной модели, система
произвольного внимания и когнитивного контроля, нарушенная при СДВГ, включает в
себя следующие подсистемы со своими специфическими мозговыми механизмами:
 Фронтостриальные и фронтомозжечковые подсистемы – задача детекции и
прогнозирования вероятностей происходящих событий
 Фронтоамигдалярная подсистема – задача маркирования эмоциональной
значимости события
Данная модель в дальнейшем нашла своё подтверждение в различных
нейровизуализационных исследованиях (см. метаанализ данных в работе Casey, Durston,
2006). При выполнении задач, требующих произвольного зрительного внимания, дети с
СДВГ демонстрируют дефицитарность следующих иерархически организованных
подсистем когнитивного контроля и произвольного внимания и соответствующих им
мозговых подсистем:
 Высшие процессы когнитивного контроля - разрешение конфликта:
фронтальные отделы (лобные области и передняя поясная извилина)
 Подчиненные им процессы, создающие необходимые условия для разрешения:
конфликта:
А) Пространственное внимание, задача перевода взора в релевантную задаче
область зрительного поля и удержания на ней фокуса внимания: теменные отделы
коры
Б) Анализ вероятностного компонента происходящих событий, создание основы
для адекватного прогнозирования, без которого невозможны процессы
планирования - передача информации о том, какое событие может произойти в
текущей ситуации с наибольшей вероятностью, сигнализирование об изменении
вероятностной структуры ситуации при появлении низковероятных событий,
требующих значительного усиления процессов планирования и контроля:
хвостатое ядро и мозжечок
Обобщение всех полученных данных позволяет сделать вывод о наличии следующих
мозговых механизмов обеспечения произвольного внимания и когнитивного
контроля:
 Дорзолатеральная лобная кора и передняя поясная извилина – разрешение
конфликта в обработке информации посредством удержания и интенсификации
обработки релевантной информации или схем действия; вершина
иерархической структуры данной мозговой системы.
Подчиненные передним отделам мозга подсистемы:
 Переднетеменная кора, глазодвигательный центр в передних отделах мозга,
подушка таламуса, латеральное коленчатое тело – пространственная
ориентировка внимания
 Хвостатое ядро (базальные ганглии), кора островка, мозжечок;
фронтостриальные и фронтомозжечковые связи:
а) оценка вероятностного компонента событий
б) хвостатое ядро – разрешение конфликта посредством подавления нерелевантных
действий
 Фронтоамигдалярные связи – маркирование эмоциональной значимости
происходящих событий
Нарушение любого из данных компонентов может привести к дисфункции всей
системы когнитивного контроля и сбоям в работе процессов произвольного внимания, что
характерно для нарушения развития произвольной регуляции в варианте СДВГ.
Созданная авторами модель обладает высокой теоретической и клинической значимостью
и методологически непротиворечиво согласуется с представлениями о системной
динамической локализации ВПФ, на которых основывается отечественный
нейропсихологический подход.