Visão anatômica da interação entre emoção e cognição no córtex pré-frontal (2011)

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A pesquisa psicológica indica cada vez mais que os processos emocionais interagem com outros aspectos da cognição. Estudos demonstraram tanto a capacidade dos estímulos emocionais de influenciar uma ampla gama de operações cognitivas, quanto a capacidade dos humanos de usar mecanismos de controle cognitivo de cima para baixo para regular respostas emocionais. Porções do córtex pré-frontal parecem desempenhar um papel significativo nessas interações. No entanto, a maneira pela qual essas interações são implementadas permanece apenas parcialmente elucidada. Na presente revisão, descrevemos as conexões anatômicas entre as áreas pré-frontais ventrais e dorsais, bem como suas conexões com as regiões límbicas. Somente um subconjunto de áreas pré-frontais provavelmente influenciará diretamente o processamento amigdalino e, como tal, os modelos de controle pré-frontal de emoções e modelos de regulação emocional devem ser restritos a caminhos plausíveis de influência. Também nos concentramos em como o padrão específico de conexões feedforward e feedback entre essas regiões pode ditar a natureza do fluxo de informações entre as áreas pré-frontais ventrais e dorsais e a amígdala. Esses padrões de conexões são inconsistentes com várias suposições comumente expressas sobre a natureza das comunicações entre emoção e cognição.

Topografia

O CPF é freqüentemente dividido em 6 regiões amplas, dorsolateral, ventrolateral (VLPFC), frontopolar (FP), OFC, ventromedial (VMPFC) e dorsomedial (DMPFC) (ver Figura 1). Os limites topográficos exatos dessas regiões são aplicados variavelmente por pesquisadores, mas a nomenclatura geral provou ser útil como uma ampla estrutura organizacional para entender a anatomia e a função do CPF.

  

Figura 1

Regiões gerais do PFC em humanos. As regiões coloridas representam aproximações aproximadas das zonas amplas do PFC. Em ambas as vistas lateral (esquerda) e medial (direita), as regiões são sobrepostas em um hemisfério "parcialmente inflado" ...

Filogenia e citoarquitetura

O PFC contém duas tendências arquitetônicas separáveis, filogeneticamente distintas (Barbas, 1988; Sanides, 1969; Yeterian e Pandya, 1991). A tendência basoventral se estende de um núcleo olfatório (alocortical) através do OFC e se espalha anteriormente ao pólo frontal ventral e lateralmente ao VLPFC (terminando na área de Brodmann (BA) V46). Em contraste, a tendência mediodorsal começa ao longo do corpo lipo, progride através da parede medial do lobo frontal e, em seguida, envolve a borda superior do lobo no DLPFC (terminando em BA D46). Cada uma dessas tendências mostra um padrão de etapas sucessivas da arquitetura cortical refletidas no desenvolvimento e alargamento da camada granular IV. A parte evolutivamente mais antiga dessas tendências é de natureza agranular, enquanto as áreas evolutivamente mais jovens têm uma camada granular densa e bem definida. Na tendência basoventral, essa progressão cortical inicia-se na OFC posterior (ínsula agranular usando a terminologia de Carmichael and Price (Carmichael & Price, 1994)) seguido por córtex disgranular (fracamente granular) nas áreas centrais da OFC, movendo-se para o córtex eulaminado I com uma camada granular distinta IV à medida que se move anteriormente ou lateralmente e eventualmente atingindo o córtex de eulaminato II com uma camada densa IV e forte supragranular camadas como se move para o pólo frontal e as regiões ventrolaterais (Barbas e Pandya, 1989; Carmichael & Price, 1994; Petrides & Mackey, 2006; Preço, 2006a). A tendência mediodorsal mostra uma progressão citoarquitetural similar. Começando com o córtex perialocortico ao longo do corpo articular rostral, a tendência torna-se disgranular no cingulado (incluindo regiões subgenuais, pré-natais e supragenuais), eulaminam I à medida que se move anteriormente ao longo da parede medial ou superiormente no giro frontal superior e eventualmente se elimina II em regiões dorsolaterais (BA 8 e 46).

Para evitar confusões, notamos que o uso do termo tendência mediodorsal não deve ser confundido com a região da DMPFC descrita Figura 1. A tendência mediodorsal inclui o DMPFC, mas também inclui as áreas 25 e 32 do VMPFC, e porções de BA 10 ao longo da parede medial (área 10m na nomenclatura de Ongur et al. (2003); Figura 2).

  

Figura 2

As tendências filogenéticas basoventrais e mediodorsais. Em ambas as tendências, o córtex torna-se progressivamente mais diferenciado. Figura adaptada com permissão de Barbas e Pandya 1989. Abreviaturas: Pro proisocortex; Periallocórtex límbico PAII; D dorsal; ...

O padrão de desenvolvimento citoarquitetural como se move do córtex agranular para eulaminado II é acompanhado por aumentos no número total de neurônios (densidade celular), o tamanho das células piramidais nas camadas II e V, e nível de mielinização (Barbas e Pandya, 1989; Dombrowski et al. 2001; Figura 3), que juntos resultam em diferentes características de processamento de informações nas diferentes regiões. Outras grandes diferenças entre as regiões pré-frontais surgem em termos de coloração histológica, refletindo frequentemente diferentes características de interneurónios. Carmichael e Price (Carmichael & Price, 1994) dividir o Macaque OFC eo PFC medial em várias sub-regiões com base nessas características Figura 4), e muitas dessas características podem ser identificadas em humanos (Ongur et al., 2003). As características diferenciais do interneurônio vistas através das sub-regiões pré-frontais impactam as características específicas do processamento da informação realizado pelas sub-regiões pré-frontais (Wang et al., 2004; Zald, 2007), mas estão além do escopo deste artigo. Criticamente, as divisões do PFC estruturalmente definidas possuem padrões dramaticamente diferentes de conectividade tanto dentro do PFC quanto com outras regiões cerebrais corticais e subcorticais.

  

Figura 3

Níveis sucessivos de diferenciação em camadas corticais no interior do CPF. Juntamente com o surgimento da camada cortical granular IV, há um aumento na densidade das células e o tamanho dos neurônios piramidais nas camadas III e V. Figura adaptada com permissão ...

  

Figura 4

Mapa plano mostrando divisões cytoarchitectural do PFC no Macaque. Nesta representação de mapa plano, o córtex é cortado no princípio sulco (linha inferior e superior de ambas as figuras). O esquema de figura e rotulagem é adaptado de Carmichael e Price, ...

Citoarquitetura em humanos

Embora haja homologia significativa na citoarquitetura de primatas e humanas dentro dos lobos frontais, e as tendências filogenéticas gerais são compartilhadas entre as espécies de primatas, várias dificuldades surgem na mudança entre dados humanos e animais. Em primeiro lugar, os estudos de neuroimagem humana referem-se frequentemente a áreas de Brodmann (Brodmann, 1914), mas não refletem os desenvolvimentos na identificação de áreas citoarquitetônicas e limites de área que ocorreram desde o trabalho pioneiro de Brodmann, quase um século atrás. Em segundo lugar, a aplicação destes rótulos é frequentemente baseada no atlas de Talairach (Talairach & Tournoux, 1988), mas este atlas é, na melhor das hipóteses, uma aproximação, uma vez que a análise citoarquitetural não foi realizada no cérebro que forma a base do atlas. Terceiro, há um descompasso entre rótulos de animais e rótulos humanos no lobo frontal ventral, em que os dados do animal utilizam variantes na rotulagem desenvolvida por Walker (Walker, 1940), que alguns autores já estenderam aos seres humanos (Petrides & Mackey, 2006; Ongur et al., 2003), enquanto a maioria dos pesquisadores de neuroimagem ainda utiliza os rótulos da Brodmann. Infelizmente, às vezes não está claro quais pesquisadores de neuroimagem do sistema de rotulagem estão fazendo referência ao relatar suas descobertas. Isto produz ambiguidade particular no OFC / VLPFC lateral, onde os investigadores humanos referem frequentemente BA 47, mas a literatura animal refere a área 12. O rótulo 47 / 12 é agora adotado por alguns neuroanatomistas para descrever essa área em humanos, embora o limite medial dessa região permaneça sendo disputado pelos principais neuroanatomistas (Petrides & Mackey, 2006; Ongur et al., 2003). Similarmente, as áreas 13 e 14 estão claramente demarcadas em macacos, e áreas homólogas são observadas em humanos, mas não são capturadas por Brodmann ou Talairach, que aplicaram um rótulo genérico da área 11 nas seções posterior e anterior da OFC medial. Ao descrever os dados de neuroimagem humana, geralmente referimos o amplo sistema de rotulagem descrito por Petrides e Mackey (2006), ao invés do atlas de Talairach, a fim de aproveitar os dados de estudos de primatas não humanos.

Entrada de Amygdalar para o PFC

O OFC e o PFC medial recebem uma contribuição substancial da amígdala (Amaral e outros, 1992; Carmichael & Price, 1995; Barbas & Zikopoulos, 2006). Isso contrasta fortemente com o DLPFC, que recebe projeções diretas mínimas da amígdala. Uma revisão da literatura indica que algumas das projeções para PFC ventral e medial variam dependendo do núcleo ou subnúcleo de origem (Amaral & Price, 1984; Barbas & De, 1990; Amaral e outros, 1992; Carmichael & Price, 1995). No entanto, esses detalhes estão além do escopo deste artigo, e um quadro suficientemente forte de conectividade surge nos diferentes núcleos para informar uma discussão geral sobre os padrões de conectividade. Figura 5 exibe um esquema geral de projeções amigdalares (surgindo de vários núcleos amigdalares) na superfície medial e ventral do cérebro de macacos usando a nomenclatura de Carmichael e Price. A figura evidencia que a superfície orbital não é uniforme em suas conexões aferentes com a amígdala. É de particular importância a relativa ausência de entrada substancial nas áreas 13m, 13l, 12m, 11l e 10o na superfície orbital. A parede medial também recebe entrada amídica substancial, mas novamente não é uniforme, já que nem a área 10m nem a área 9 recebem entrada amígdala significativa.

  

Figura 5

Mapas citoarquitetônicos da superfície orbital. Rotulagem citoarquitetural dos lobos frontais adaptada de Brodmann (1914) (certo), Ongur, Ferry & Price (2003) (meio) e Petrides e Mackey (2006)(esquerda). Observe as diferenças substanciais ...

Duas conclusões podem ser tiradas desse padrão de entrada. Primeiro, a entrada da amígdala no PFC é arquitetonicamente específica e está concentrada nas regiões menos desenvolvidas citoarquiteturalmente. Isso indica que seria um erro tratar genericamente todo o OFC ou PFC medial como se estivesse fortemente conectado à amígdala. Pelo contrário, a atenção para a localização dentro do OFC e do PFC medial é aconselhada antes de se fazer inferências sobre a conectividade amigdalar. Em segundo lugar, o DLPFC e FP recebem entrada amigdalina extremamente fraca direta (na verdade, apenas as técnicas mais sensíveis mostram evidência de uma entrada amígdala). Como consequência, as influências amigdalares no processamento de DLPFC e FP são provavelmente indiretas, sendo transmitidas através das regiões de OFC de cingulado ou posterior (ou através de outros mecanismos mais gerais, como a modulação de sistemas de neurotransmissores).

Saída pré-frontal para a amígdala

Os resultados do PFC para a amígdala são também regionalmente específicos (Preço, 2006b; Ghashghaei et al., 2007; Stefanacci & Amaral, 2002; Stefanacci & Amaral, 2000). Em geral, as áreas pré-frontais que recebem projeções da amígdala enviam projeções de volta para a amígdala, enquanto as áreas que não recebem contribuições amigdares substanciais (como DLPFC e FP) têm, na melhor das hipóteses, projeções fracas da amígdala. A densidade das projeções reflete amplamente a citoarquitetura, com uma gradação de enfraquecimento da densidade de projeção à medida que se move das áreas agranulares para o isocórtex eulaminado estruturalmente mais desenvolvido. Esse padrão indica que áreas isocorticais (DLPFC e FP) não podem fornecer uma forte influência direta sobre a amígdala e, na medida em que influenciam a amígdala, a influência provavelmente é indireta. Isso não quer dizer que não há projeções diretas do DLPFC para a amígdala, já que vários estudos observaram projeções diretas da área 9 e 46 (Stefanacci & Amaral, 2002; Aggleton et al., 1980; Amaral & Insausti, 1992). Em vez disso, as projeções geralmente são leves demais para fornecer uma ampla regulação do processamento da amígdala.

Embora a citoarquitetura geral forneça um forte princípio organizador em termos de conexões pré-frontais da amígdala, a distribuição regional relativa de entradas e saídas não é simétrica (Ghashghaei et al., 2007). Notavelmente, a maior entrada amigdalar no CPF está localizada na região insular agranular ao longo da OFC posterior, enquanto que a maior saída para a amígdala se origina da região posterior do cingulado subgenual (BA 25) e partes do cíngulo anterior dorsal (BA 24 ). Em termos gerais, as áreas da parede medial têm maior saída do que a entrada da amígdala, enquanto as áreas posteriores do OFC têm maior entrada do que a saída. Curiosamente, as regiões PFC lateral mais escassamente conectadas, DLPFC (BA 8, 9 e 46 dorsal) possuem maior entrada do que a saída para a amígdala, enquanto o padrão é revertido dentro da VLPFC. Destaca-se a este respeito, a região posterior da área 12l dentro do VLPFC fornece projeções moderadas para a amígdala, tornando-se a única região lateral do CPF com uma entrada direta significativa para a amígdala. De fato, essas projeções são mais fortes do que as vistas nas regiões orbitais anteriores, que compartilham áreas de maior proporção de saída do 12l do que a entrada, mas mostram níveis de conectividade geralmente mais fracos que a área 12l.

Vários subnúcleos da amígdala recebem entrada de PFC. Os núcleos basal e acessório de base e medial recebem as projeções mais densas, além de receberem projeções do mais amplo arranjo das regiões do CPF, enquanto os núcleos lateral, central e cortical recebem projeções de CPF, mas em um nível menos denso e difundido (Stefanacci & Amaral, 2002). BA 25 é notável, pois não só envia as projeções mais densas para a amígdala, como também envia projeções para o maior número de núcleos, já que todo subnúcleo da amígdala mencionado acima recebe informações da BA 25. Apesar de aparecer como luz na coluna B do Figura 6, vale a pena notar que BA 32 fornece projeções razoavelmente bem descritas para a amígdala. Em muitos aspectos, o BA32 parece homólogo ao córtex pré-límbico em roedores (Preço, 2006a). Em roedores, o córtex pré-límbico projeta-se para partes do núcleo basolateral e central da amígdala (Vertes, 2004). Em primatas não humanos, projeções também foram observadas de BA 32 para uma porção discreta do núcleo basal acessório (Chiba et al., 2001). Assim, embora substancialmente menos denso e difundido do que as projeções da BA 25, o BA 32 parece estar em posição de interagir com processos amígdalas seletivos.

  

Figura 6

Regiões receptoras da amígdala do PFC. A figura representa um composto de múltiplos estudos de rastreamento após injeções em porções do núcleo basal, núcleos de base da amígdala basal, medial e lateral. Áreas em cinza recebem entrada significativa ...

Barbas e Zikopoulos (2006) argumentam que os resultados pré-frontais mediais e de OFC para a amígdala podem ter impactos diferenciais no funcionamento amígdala. O BA25 na superfície medial fornece uma saída excitatória particularmente robusta às porções basolaterais da amígdala, que, por sua vez, fornece projeções excitatórias para o hipotálamo. Em contraste, a OFC agranular posterior inerva substancialmente as massas intercaladas que circundam o núcleo basal. FIG. 7). As massas intercaladas fornecem uma entrada inibitória no núcleo central. Quando estimuladas, as massas intercaladas interrompem uma via inibitória tônica do núcleo central para o hipotálamo, causando uma desinibição do hipotálamo. Projeções excitatórias mais leves também alcançam o núcleo central diretamente a partir da OFC posterior, permitindo que o OFC aumente ou diminua o disparo do núcleo central.

  

Figura 7

A) Entrada de amígdala no PFC; B) Saída pré-frontal para a amígdala; e C) Razão de entrada vs. saída para a amígdala. Os números são derivados de estudos de densidade de rotulagem por Ghashghaei et al. (2007). A densidade e as razões de projeção são mostradas na lateral, ...

Projeções pré-frontais para o hipotálamo e tronco cerebral

Áreas do OFC e do PFC medial que possuem projeções para a amígdala também se projetam tipicamente para o hipotálamo e regiões autônomas do tronco cerebral / periaquedutalAn et al., 1998; Barbas et al., 2003; Preço, 2006b; Rempel-Clower & Barbas, 1998), proporcionando uma capacidade direta de influenciar as regiões efetoras autonômicas associadas ao débito emocional Figura 8). Essas projeções parecem particularmente fortes de estruturas de parede mais mediais, mas também surgem da área em forma de meia lua na superfície orbital, onde a entrada da amídala é substancial. Assim como a falta de acesso direto à amígdala, o DLPFC e o FP são amplamente desprovidos de projeções diretas para esses sites. Além disso, mais porções anteriores do OFC mostram pouca saída direta para esses centros autonômicos.

  

Figura 8

Caminhos pré-frontais para modular a saída da amígdala para regiões autônomas. Adaptado com permissão de (Barbas & Zikopoulos, 2006). As projeções excitatórias de OFC para as massas intercaladas (IM) (caminho a) levam à desinibição do hipotálamo ...

Conexões dentro do lobo frontal

Como observado acima, o PFC pode ser dividido em duas grandes tendências filogenéticas. As conexões mais altas de cada região são com áreas dentro da mesma tendência, particularmente áreas vizinhas que não estão mais do que uma fase de desenvolvimento longe da área em questão. Assim, por exemplo, as regiões insulares agranulares na OFC posterior têm conexões substanciais com outras regiões orbitárias agranulares e disgranulares, mas geralmente são desprovidas de conexões com regiões isocorticais como a área ventral 46 dentro de sua própria tendência, ou área dorsal 46 entre tendências. Onde surgem conexões inter-tendências, elas geralmente não saltam mais de um estágio de desenvolvimento arquitetônico. Por exemplo, a área ventral isocortical 46 está fortemente conectada com a área dorsal isocortical 46 na tendência mediodorsal, mas não se conecta a áreas de parede medial pouco desenvolvidas, como o cingulado subgenual (BA 25). Mais áreas OFC anteriores e laterais possuem conexões substanciais com a área ventral 46 e a área vizinha 45, mas as conexões que saltam o sulco principal para a parte dorsal da área 46 são muito mais raras.

No entanto, várias áreas de OFC parecem possuir conexões diretas com o DLPFC. Especificamente, as áreas 11m, 12o, 13a e 14r possuem conexões com o DLPFC. O gyrus rectus (que inclui a área 14r) pode ser visto como parte da tendência mediodorsal ou como uma área de transição entre as tendências, portanto, suas conexões não representam um salto entre as tendências. No entanto, as áreas 11m, 12o e 13a são agrupadas como parte da tendência basoventral, portanto, seus links com o DLPFC representam conexões entre tendências. Para entender a posição de rede em larga escala dessas áreas, é útil considerar um sistema alternativo para classificar regiões orbitais e mediais. Em vez de basear modelos em filogenia, Carmichael e Price (1996) divida a OFC e a parede medial em uma rede orbital e medial baseada estritamente na força das conexões entre as regiões. FIG. 9). Esse tipo de esquema de categorização mostra substancial sobreposição com a divisão fitogênica entre as tendências basoventral e mediodorsal, o que não surpreende, dada a organização das conexões já discutidas. No entanto, os dois sistemas de classificação não são inteiramente sinônimos. Curiosamente, todas as áreas orbitais que se conectam ao DLPFC fazem parte da rede medial da Carmichael e da Price, ou são consideradas intermediárias entre as redes. Por exemplo, a área 11m é considerada parte de uma rede medial, porque tem maiores conexões com as regiões da parede medial do que com o resto da OFC. Carmichael e Price classificam as áreas 12o e 13a como regiões de interface, pois contêm conexões pesadas para as áreas medial e orbital. Esses padrões diferenciais de conectividade evidenciam que haverá diferenças regionais, ou até mesmo sub-regionais, na capacidade do OFC de interagir com outras áreas pré-frontais. Especificamente, o giro reto, bem como 11m, 12o e 13a estão em posição de interagir com as áreas da parede medial (por exemplo, o cíngulo) e as áreas de DLPFC, enquanto outras áreas orbitais não têm essa relação direta.

  

Figura 9

Redes de conexão orbitais e mediais, conforme definidas por Price e seus colegas. Adaptado com permissão de (Preço, 2006b). Nota O preço não inclui a área dorsal e ventral 46 nessas redes, embora os dados indiquem que mais regiões dorsolaterais ...

Conexões de rede pré-frontais ditam caminhos para a amígdala

Para áreas que não têm forte saída direta para a amígdala, a capacidade de influenciar o processamento da amígdala deve depender de vias indiretas, e essas vias serão amplamente ditadas pela sua posição dentro das principais redes pré-frontais. Dada a força das projeções do cingulado subgenual (BA 25) para a amígdala, ela pode fornecer um relé particularmente importante através do qual diferentes regiões do CPF influenciam a amígdala. Como pode ser visto Figura 9, BA 25 recebe projeções substanciais de áreas de rede medial e áreas na superfície orbital que estão associadas à rede medial. Em contraste, mais projeções dorsolaterais são mais escassas. Vogt e Pandya (1987) observe que o BA 25 recebe projeções do DLPFC e descreve especificamente a entrada da área 9 na parte superior do DLPFC. No entanto, a força dessa conexão parece fraca e não foi claramente vista em alguns estudos (Barbas e Pandya, 1989). No entanto, o BA 9 está bem conectado com o BA 32 ao longo da parede medial, que por sua vez está fortemente conectado com o BA 25 (Carmichael & Price, 1996; Barbas e Pandya, 1989), e, portanto, fornece uma rota indireta viável para o processamento do DLPFC influenciar o BA 25. Da mesma forma, o BA 46 dorsal não possui conexões substanciais com o BA 25, e provavelmente teria que envolver o BA 32, ou talvez outras porções do córtex cingulado, para se comunicar com o BA 25.

O ACC dorsal (BA 24) também fornece uma zona de saída crítica para a amígdala. Esta região tem um rico padrão de insumos do PFC (Carmichael & Price, 1996; Vogt e Pandya, 1987; Barbas e Pandya, 1989). Isso inclui uma contribuição substancial da BA 9 e, em menor proporção, BA 46 na DLPFC, partes da BA 32 e BA 10 na parede medial e várias regiões OFC (particularmente áreas de rede mediana / intermediária 13a e Iai e 12o ). Assim, o ACC dorsal aparece em uma posição particularmente forte para integrar aspectos do funcionamento do PFC em várias regiões.

Embora mais regiões OFC e VLPFC anteriores pareçam ter uma maior razão de saída para a amígdala do que a entrada da amígdala, porque essas projeções são relativamente modestas, essas regiões anteriores podem adicionalmente utilizar vias indiretas para envolver a amígdala. Para as regiões OFC anteriores, isso provavelmente seria direcionado através das regiões OFC agranulares posteriores. Em contraste, para regiões ventrolaterais, a área posterior 12l pode fornecer uma rota relativamente específica para o envolvimento da amígdala, dada a sua posição única dentro das redes intra-pré-frontal e pré-frontal-amígdala.

Padrões laminares e conexões pré-frontais intrínsecas

Consistente com o modelo estrutural, análises dos padrões laminares de projeções indicam que o OFC disgranular é caracterizado por fortes características de feedback em suas conexões com regiões mais desenvolvidas citoarquiteturalmente do CPF (Barbas, 2000). Por analogia com os sistemas sensoriais, isso significaria que as projeções de OFC são voltadas para influenciar ou modificar cálculos. Por outro lado, o DLPFC eulaminate tem níveis substancialmente mais altos de projeções feedforward, que permitem alimentar os resultados ou a saída de seus cálculos para as regiões subseqüentes do cérebro. Esse padrão geral de projeções feedforward e feedback também caracteriza as conexões específicas entre o OFC e o DLPFC. As conexões pré-frontais laterais ao OFC se originam principalmente nas camadas corticais superiores (2-3) e seus axônios terminam predominantemente nas camadas profundas (4-6), o que corresponde ao padrão feedforward (Barbas & Rempel-Clower, 1997). Em contraste, as projeções do OFC para o PFC lateral se originam predominantemente em camadas profundas (5-6) com seus axônios terminando principalmente nas camadas superiores (1-3), um padrão característico de feedback. Este padrão parece aplicar-se a cerca de 70-80% das projeções. Assim, o fluxo de informação do OFC para o PFC granular consiste principalmente em feedback, enquanto o fluxo de informação na outra direção se conforma principalmente a um padrão feedforward.

O modelo estrutural é provocativo na medida em que propõe que a natureza da comunicação inter-regional possa ser inferida com base na conectividade laminar. Se o modelo estrutural estiver correto, ele nos obriga a atender à natureza de feedforward e feedback da comunicação inter-regional. Modelos que postulam que o PFC lateral age primariamente ou exclusivamente através da implementação de mecanismos top-down são difíceis de conciliar com seus recursos de feedforward proeminentes. Da mesma forma, modelos do OFC que o visualizam como simplesmente transmitindo os resultados de uma computação (por exemplo, de valor de recompensa) para o PFC lateral, falham em capturar a capacidade potencial da região de polarizar computações sendo realizadas no PFC lateral. No entanto, conforme descrito mais adiante neste artigo, os modelos existentes de interações entre as regiões do CPF e entre as áreas envolvidas no processamento “emocional” versus “cognitivo” ignoram consistentemente as implicações potenciais do modelo estrutural. De fato, os modelos existentes geralmente incorporam funções laterais do PFC, particularmente as funções do DLPFC, em termos de controle top-down, e raramente consideram a possibilidade de que áreas menos desenvolvidas estruturalmente como o OFC possam fornecer uma influência de cima para baixo nas regiões mais laterais do PFC.

Padrões laminares de conexões pré-frontais-amígdicas

As projeções da amígdala na região posterior da OFC enervam todas as camadas do córtex e, portanto, podem não estar estritamente limitadas a projeções do tipo feedforward ou feedback (Ghashghaei et al., 2007). No entanto, é claro que há um forte componente de feedforward para essas projeções com base na terminação laminar. Em contraste, as projeções do OFC para a amígdala surgem principalmente da camada 5, indicando sua caracterização como projeções de feedback (sugerindo que elas atuam para influenciar o processamento da amígdala em vez de transmitir informações específicas, como as características sensoriais dos estímulos). Curiosamente, as projeções de feedforward do PFC lateral são direcionadas para a camada 5 do OFC, que é a camada de saída primária a partir da qual surgem as projeções do OFC para a amígdala.

Os insights anatômicos podem informar discussões sobre funções pré-frontais? Os últimos anos testemunharam uma explosão de interesse na maneira pela qual diferentes áreas do cérebro interagem. Esse interesse surgiu em parte como consequência do surgimento de técnicas para examinar a conectividade funcional com fMRI, fornecendo pela primeira vez a capacidade de examinar empiricamente as interações entre regiões cerebrais em seres humanos saudáveis. No entanto, as discussões desses dados e os modelos que surgem desses dados nem sempre foram limitados pela anatomia. À medida que esses modelos se tornam cada vez mais influentes, acreditamos ser útil avaliar quão bem eles se encaixam na neuroanatomia descrita acima. Acreditamos que tais modelos precisam ser consistentes com os padrões conexionais conhecidos, ligando diferentes regiões corticais e subcorticais e a natureza feedback / feedforward destes padrões. Quando os modelos não estão de acordo com essas restrições, eles carecem de plausibilidade, ou no mínimo exigem uma explicação de como eles podem ser viáveis, dada a sua inconsistência com as conexões conhecidas do cérebro.

Uma crescente literatura psicológica tenta entender a maneira pela qual os processos “cognitivos” interagem com processos “emocionais”. Embora existam limitações definitivas para uma divisão artificial entre processos cognitivos e emocionais (Pessoa, 2008), a distinção provou ser útil na caracterização de uma série de comportamentos, como a regulação emocional, a motivação, a tomada de decisão econômica e a direção dos mecanismos de atenção. Nas seções a seguir, descrevemos dados e modelos emergentes para a regulação emocional, memória de trabalho e interações pré-frontais dorsais-ventrais, com foco em sua consistência com dados anatômicos. Nós nos concentramos particularmente na literatura de regulação da emoção, uma vez que essa literatura aparece cada vez mais em discussões sobre psicopatologia e tratamento psicoterapêutico.

Estudos correlacionais de desativação da amígdala

A fim de entender mais detalhadamente como a regulação emocional de cima para baixo interage com a amígdala, um subconjunto de estudos de regulação de emoções foi além dos contrastes de tarefa versus controle para investigar os correlatos específicos de diminuição da atividade da amígdala. tabela 2). Ou seja, em vez de perguntar quais áreas estão engajadas em uma tarefa conhecida por regular a atividade da amígdala, elas explicitamente testaram a correlação ou a conectividade funcional / efetiva entre a amígdala e todo o cérebro durante o desempenho da regulação emocional. Alternativamente, alguns estudos correlacionaram diminuições da amígdala com regiões pré-frontais já identificadas dos principais contrastes de regulação. Esses estudos indicam que as diminuições da amígdala são negativamente correlacionadas com muitas áreas da atividade da PFC. De particular interesse são as ativações no VMPFC, incluindo BA 11m / 14r (5, 37, 12; 6, 46, 20: Urry et al., 2006, Ochsner e outros, 2002 respectivamente). Além disso, observou-se que as regiões do cingulado subgenual e pré-lingual estavam negativamente correlacionadas com a atividade da amígdala durante a regulação. Por exemplo, Urry e colegas (2006) relataram uma região de BA 32 / 10 (máximo em −23, 43, −10) que se estendia ventral e medialmente. Delgado et al. (2008b) também relatam uma correlação inversa entre a atividade BA 32 (0, 35, −8) e a diminuição da amígdala. Áreas posteriores (BA 13) da OFC também se correlacionaram negativamente com a desativação da amígdala (−24, 28, −14; 26, 24, −22: Banks et al, 2007: −30, 22, − 16; 34, 24, - 16: Ochsner, Ray et al., 2004). Menos áreas ventrais do PFC em BA 47 (34, 54, 12) e BA46 (−54, 12, 12: Urry et al., 2006; −54, 42, 12: Ochsner e outros, 2002), também surgiram nesses estudos. Dois estudos ligaram estatisticamente regiões específicas de DLPFC a regiões mediais, o que correspondeu a reduções na resposta da amígdala. Em um estudo de Urry et al. (2006), uma análise de mediação demonstrou a conexão entre a amígdala, BA 10 (3, 63, 18) e uma região DLPFC (−50, 23, 19). Delgado et al. (2008b) alternativamente usou a região medial BA 32 como a semente para sua análise de PPI que então identificou uma região da amígdala esquerda e uma região DLPFC. É importante ressaltar que esses estudos identificam regiões correspondentes às diminuições da amígdala, que também foram observadas acima, projetando-se para a amígdala, como o cíngulo anterior dorsal, o cingulado subgenual e o córtex orbitofrontal posterior.

  

tabela 2

Estudos que relatam correlações entre diminuição da atividade da amígdala e região pré-frontal aumentam durante tarefas de regulação de emoções.

Das regiões relatadas a partir dessas análises correlacionais ou análises de regressão múltipla, um número limitado delas possui conexões diretas plausíveis na amígdala. As regiões mais comuns que estão correlacionadas negativamente com a resposta da amígdala são regiões do OFC posterior e cingulado subgenual e VLPFC (Figura 12). Das regiões pré-frontais laterais, apenas a porção lateral posterior da BA 47 / 12 tem fortes projeções para a amígdala. Regiões da BA 32 anterior também são identificadas em análises correlacionais, o que poderia refletir projeções para o núcleo lateral de avaliação e basal da amígdala (Cheba et al, 2001).

  

Figura 12

Coordenadas identificadas em tabela 2 como correlacionado com desativações na amígdala durante a regulação da emoção plotada na superfície de um modelo de cérebro (superior esquerdo e direito) e processada em um cérebro de vidro (vista inferior e vista esquerda). Os marcadores ciano são ...

Modelos de regulação emocional

Até hoje, o mais sofisticado modelo baseado em dados de regulação de emoções vem de um estudo de reavaliação positiva Aposta e colegas (2008). A variável de interesse resultante é a mudança no afeto negativo auto-relatado. Uma metodologia de equação estrutural foi aplicada a um conjunto de dados de neuroimagem a partir de um paradigma de reavaliação semelhante aos usados ​​por Ochsner et al. (2002; 2004). O VLPFC direito foi escolhido como ponto de partida para as análises, com coordenadas centradas em uma área que inclui plausivelmente a porção posterior da área 47 / 12 com projeções para a amígdala. Os autores primeiro utilizaram uma abordagem de ROI para testar o papel da amígdala e do nucleus accumbens como mediadores entre a VLPFC direita e diminuição do afeto negativo, que foi identificado como a principal métrica de sucesso de reavaliação. Nesta análise de ROI, ambas as estruturas mostraram mediar a relação entre a VLPFC direita e a diminuição do afeto negativo autorreferida (ver Figura 13).

  

Figura 13

Um diagrama da análise de mediação que testa a relação entre a VLPFC direita e diminui o afeto negativo mediado pela ativação na amígdala e no núcleo accumbens. Figura adaptada com permissão de Wager, Davidson, Hughes, Lindquist, ...

Os autores então usaram a análise de clusters cerebrais inteiros e inferência não-paramétrica para identificar duas redes como possíveis mediadores da relação entre a VLPFC e mudanças no afeto negativo autorreferido (ver Figura 14). Uma rede tem um viés indireto positivo no sentido de aumentar a mudança no afeto negativo. Esta rede inclui regiões do núcleo accumbens, cingulado subgenual (BA 25), pré-SMA, precuneus, DMPFC (MNI: 24, 41, 40) e giro frontal superior (24, 21, 58). Entre essas regiões, o núcleo accumbens e o cingulado subgenual têm a maior interconexão com a amígdala. A segunda rede identificada tem um viés negativo indireto no sentido de diminuir a mudança no afeto negativo e reduzir o sucesso da reavaliação. Esta rede inclui o ACC dorsal rostral, amígdala (bilateral) e OFC póstero-lateral (48, 24, −18). Trabalhos futuros terão que elucidar como os componentes das redes interagem e se essas redes são específicas para este tipo particular de estratégia de regulação de emoções.

  

Figura 14

Modelo de trajetória da rede positivamente enviesada em rede amarela e negativamente enviesada em azul mediando a relação entre a VLPFC e a diminuição do afeto negativo autorreferido. Figura adaptada com permissão de Wager, Davidson, Hughes, Lindquist, ...

Vários pesquisadores apresentaram modelos teóricos quanto aos mecanismos neurais por trás da regulação emocional. O mais simples desses modelos propõe que um número limitado de áreas exerce uma influência direta sobre a amígdala. Delgado et al. (2008b), Hansel e von Kanel (2008) e Peculiaridade e Cerveja (2006) cada um propõe que o PFC ventromedial regula negativamente as regiões da amígdala. Esses modelos tentam fundamentalmente fundamentar nossa compreensão das bases neuroanatômicas da regulação da emoção humana na extensa literatura animal sobre a extinção e as conexões do CPF ventromedial com as massas intercaladas na amígdala basolateral (Morgan, Romanski & LeDoux, 1993; Likhtik et al., 2005; Quirk et al., 2000). Peculiaridade e Cerveja (2006) basear-se na presença de efeitos excitatórios e inibitórios das projeções de PFC medial “ventral” na amígdala em humanos e ratos. A região do cingulado subgênito, BA 25, é considerada mais inibitória, enquanto o BA 32 dorsal e anterior é proposto para ter conexões excitatórias com a amígdala. Ambos BA 25 e 32 têm conexões com a amígdala. BA 32, no entanto, tem conexões muito mais limitadas.

Phillips et al (2008) desenvolveram um modelo de circuito que tenta explicar os fundamentos neurais de múltiplos tipos de regulação emocional (ver Figura 15). O modelo contém regiões de componentes do DLPFC, OFC, VLPFC, DMPFC e ACC. De particular interesse, os autores distinguem entre as áreas envolvidas na regulação automática de emoções (no ACC subgenual e rostral) e regiões que são recrutadas para a regulação da emoção voluntária (DLPFC e VLPFC). Eles caracterizam estas últimas regiões como filogeneticamente mais recentes e fornecem feedback para os processos mais antigos de geração de emoções. O OFC, DMPFC e ACC, por outro lado, são regiões filogeneticamente mais antigas que são descritas como operando através de processos feedforward para retransmitir informações internas de estado para o DLPFC e VLPFC. Os autores colocam o DMPFC como o canal através do qual o OFC alimenta informações de valor para as regiões neocorticais do cérebro para processos de decisão.

  

Figura 15

Phillips et al. (2008) modelo de interações pré-frontais da amígdala a) O OFC, o ACG subgenual (ACC) e o ACG rostral (ACC) alimentam as informações para a MdPFC e depois para as regiões do CPF lateral para decisão e ação. B) Os processos de feedback do ...

Um aspecto único deste modelo é a articulação explícita dos processos de feedforward e feedback. O modelo é intuitivamente atraente e se encaixa claramente com as ideias tradicionais sobre o DLPFC exercendo controle de cima para baixo sobre regiões mais “emocionais”. No entanto, é difícil conciliar essa conceituação com o modelo estrutural, dada a distribuição laminar das conexões PFC (Barbas & Rempel-Clower, 1997; Barbas, 2000). De fato, o modelo estrutural sugere que o fluxo de informações entre o DLPFC e o OFC é realmente na direção oposta com processos originados no OFC e indo para o DLPFC caracterizados predominantemente como feedback, e aqueles que surgem no DLPFC e indo para OFC predominantemente caracterizado como feedforward.

The Phillips et al. O modelo também é notável em sua colocação das chamadas regiões de “regulação automática”, como o cingulado subgenual e a OFC como a rota primária através da qual regiões mais novas filogeneticamente impactam as áreas límbicas, como a amígdala. Isto é largamente consistente (particularmente a região de cingulado subgenual) com os arranjos de rede descritos acima. Pode-se especular, no entanto, que pode haver mais de uma rota através da qual áreas voluntárias de controle de emoções podem afetar o processamento da amígdala. Em particular, a VLPFC posterior pode ser capaz de impactar diretamente os processos da amígdala sem exigir o envolvimento de uma das regiões de “regulação automática” mais medial, dadas suas contribuições diretas aos núcleos da amígdala.

Em resumo, uma grande quantidade de dados indica o envolvimento das regiões do CPF durante tarefas de regulação emocional, com atividade em um grupo mais seleto de áreas (BA 47 / 12, BA25 e BA 32) mostrando associações com a capacidade de regular a atividade da amígdala. Modelos cada vez mais sofisticados foram propostos para explicar esses dados. O surgimento desses modelos é atraente, assim como a preocupação demonstrada por seus autores pela plausibilidade das redes conectivas propostas. No entanto, notamos que nenhum modelo até o momento reconheceu explicitamente o padrão laminar de conexões entre diferentes regiões do PFC. Por exemplo, Wager et al (2008) fornece o modelo mais complicado para uma estratégia específica de regulação de emoções, mas não aborda a natureza do fluxo de informações entre as regiões componentes. Phillips et al. incorporar mais explicitamente o conceito de feedforward e informações de feedback, mas não conciliar essas idéias com o padrão observado de feedback e projeções de feedforward nas regiões em questão. Acreditamos que a conciliação dessas questões fornece um dos principais desafios para os pesquisadores que tentam compreender os substratos neurais da regulação emocional.

Supressão de estímulos emocionais durante tarefas cognitivas

Vários estudos empregaram paradigmas nos quais os participantes têm que responder a uma característica não emocional relevante à tarefa de um estímulo (como cor) e não se distrair com conteúdo emocional (isto é, palavras emocionais), ou atender a um estímulo não emocional (ie casa), ignorando um estímulo emocional (um rosto com medo). Por exemplo, as regiões rostral (dorsomedial, pregenual e dorsal ACC) e as regiões DLPFC e VLPFC foram todas observadas em paradigmas emocionais de Stroop nos quais os sujeitos devem evitar se distrair com o conteúdo emocional das palavras (Whalen et al., 1998; Compton et al., 2003; Herrington et al., 2005; Mohanty e outros, 2007). Para uma revisão mais completa de como o controle da atenção e o controle emocional podem envolver os mesmos substratos neurocognitivos, os leitores são Blair & Mitchell (2009) e Mitchell (2011).

Uma limitação interpretativa de muitos desses paradigmas surge, entretanto, em que nem sempre está claro se essas regiões estão sendo engajadas porque estão exercendo controle cognitivo, monitorando conflitos, estão envolvidas por causa de maior conflito / distração sem necessariamente controlar o conflito / distração ou estão simplesmente respondendo à natureza emocional dos estímulos. Por exemplo, Mohanty e colegas (2007) elegantemente demonstram que a região do cingulado pré-lingual (aproximadamente BA 24 / 32) mostra ativação aumentada durante uma tarefa de Stroop com palavras emocionais, e que isso se correlaciona com o aumento do tempo de reação na tarefa. Isso poderia ser interpretado em termos do envolvimento do CCRr a fim de exercer controle cognitivo sobre os distratores emocionais. No entanto, dado que a ativação dessa região se correlaciona com maior tempo de reação, seu nível de ativação não parece estar relacionado à inibição bem-sucedida dos distratores. Além disso, mostrou um acoplamento funcional aumentado com a amígdala, que é obviamente inconsistente com a hipótese de que o rACC estava conduzindo a uma regulação negativa da amígdala. De fato, é notável que os autores sugiram que, em vez de refletir a regulação do rACC da amígdala, a maior conectividade durante a exposição aos distratores emocionais pode refletir a regulação amigdalina ou a entrada no rACC, e não o contrário.

Entre as peças mais marcantes de evidência para o controle cognitivo pré-frontal sobre o processamento emocional na amígdala vem de um estudo de Etkin et al. (2006), em que os participantes realizaram uma tarefa semelhante à de Stroop, na qual as expressões faciais emocionais podem ser congruentes ou incongruentes com as palavras nomeando uma emoção. O desenho do estudo foi relativamente complicado, uma vez que os autores não se concentraram em uma comparação simples entre ensaios emocionais versus neutros ou testes incongruentes versus congruentes, mas examinaram os efeitos durante estudos incongruentes que especificamente seguiram um estudo congruente ou incongruente. Curiosamente, o DLPFC, uma região DMPFC no giro frontal superior, e o ACC rostral (pré-natual) mostraram ativações durante os ensaios incongruentes que dependiam do fato de o estudo anterior ser congruente ou não. O DLPFC (e o DMPFC) responderam melhor a testes incongruentes que se seguiram a um estudo congruente, enquanto o ACC rostral respondeu mais aos testes que se seguiram a outro estudo incongruente. O estudo é um dos poucos estudos na literatura de controle cognitivo que examinou especificamente a relação das regiões corticais pré-frontais com a atividade da amígdala (usando análise de interação psicofisiológica, Friston et al. 1997). Notavelmente, uma maior atividade no ACC rostral foi inversamente correlacionada com a atividade da amígdala direita. Com base no padrão de respostas da amígdala, os autores argumentam que a atividade da amígdala está correlacionada com o grau de conflito em um determinado estudo e, ao suprimir a atividade da amígdala, o ACC rostral fornece controle sobre esse conflito. O apoio a essa ideia vem de dados comportamentais em que aqueles que mostraram maior conectividade funcional inversa em estudos incongruentes mostraram maior resolução de conflitos, medida pelos tempos de reação na tarefa. Em um estudo de acompanhamento Etkin et al. (2010) observaram que essa supressão da atividade da amígdala parece ser mais fraca em pacientes com transtorno de ansiedade generalizada em relação a controles saudáveis, fornecendo um correlato neural potencial da dificuldade em controlar a distração emocional ou conflito nessa população de pacientes.

Uma ressalva importante é justificada em relação a esta literatura. Primeiro, estudos do grupo de Etkin não sugerem a presença de uma inibição tônica global da amígdala pelas regiões do CPF durante informações emocionais conflitantes, ou um envolvimento constante de “regiões de controle cognitivo”, mas sim uma inibição específica da tarefa que depende do nível de conflito entre estímulos imediatamente anteriores. Se estiver correta, a capacidade de observar associações inversas entre o cingulado pré-lingual (ou outras regiões do CPF) e a amígdala pode ser altamente específica e específica para a análise.

Outras linhas de evidência também levantam a possibilidade de que outras áreas pré-frontais, particularmente o ACC dorsal, possam exercer controle inibitório sobre a amígdala. Por exemplo, em um estudo usando o mesmo paradigma de Etkin et al. (Chechko e outros, 2009), os pacientes com transtorno de pânico apresentaram maior desaceleração do que os controles saudáveis ​​durante os ensaios emocionalmente incongruentes, bem como maior amígdala, mas menor atividade do ACC / DMPFC dorsal, levando a uma sugestão de que o transtorno de pânico é caracterizado por controle insuficiente de DMPFC / ACC dorsal. Similarmente, Hariri et al., (2003) observaram uma correlação negativa entre a amígdala e o ACC dorsal (e VLPFC) quando os sujeitos tinham que rotular contra os quadros emocionais (com a atividade da amígdala aumentando para a condição de correspondência, e o VLPFC e ACC dorsal aumentando a atividade durante a condição do rótulo). Também foi sugerido que o dACC pode exercer controle regulatório sobre a amígdala, mesmo na ausência de conflito específico ou distração emocional de uma tarefa. Pezawas et al. (2005) observaram associações inversas significativas entre o dACC e a atividade da amígdala durante uma tarefa de correspondência de face de ameaça. Também pode ser notado que o ACC subgenual no estudo de Pezawas foi correlacionado positivamente com a atividade da amígdala, sugerindo uma interação única entre as diferentes áreas do cingulado e da amígdala, e sugerindo ainda, como na Monhaty et al. (2007) papel, que o rACC, pelo menos em algumas situações é positiva, em vez de negativamente, juntamente com a amígdala.

Memória de Trabalho

Outra subclasse de experimentos de controle cognitivo concentra-se na capacidade de suprimir a distração emocional durante tarefas de memória de trabalho. Porque a quantidade de informação que pode ser mantida e manipulada on-line é limitada (Cowan, 2010), é fundamental que os indivíduos priorizem adequadamente quais informações entram nessa loja on-line. Idealmente, devemos manter as informações relevantes sobre as informações menos importantes, mas também ser capaz de despejar o conteúdo da memória operacional quando informações mais importantes substituem as metas anteriores. Como tal, a memória de trabalho fornece um domínio potencialmente útil para examinar as interações emoção-cognição, especialmente dado o papel crítico do DLPFC e VLPFC nos processos de memória de trabalho (Badre et al., 2005; Blumenfeld et al., 2010; Curtis & D'Esposito, 2004; Jonides et al., 2005; Levy & Goldman-Rakic, 2000, Nee & Jonides, 2010; Postle, 2006; Thompson-Schill e outros, 2002).

Dois relatos de Dolcos e colegas são dignos de nota, pois ligam particularmente as ativações cerebrais ao desempenho bem-sucedido ou abordam questões de conectividade funcional (Dolcos e McArthy 2006; Dolcos et al., 2006). Ambos os relatórios analisaram dados de uma tarefa de resposta atrasada de correspondência de face simples na qual imagens emocionais ou neutras foram apresentadas durante o período de atraso (manutenção) da tarefa. No primeiro estudo, eles demonstraram que o córtex ventrolateral (BA 45 / 47) foi ativado bilateralmente durante distrações emocionais relativas a distrações neutras. Os participantes que apresentaram maior atividade ventrolateral na presença de distratores emocionais classificaram esses distratores como menos perturbadores. Em um estudo de acompanhamento, eles mostraram que atividade de BA 45 à esquerda (mas não à direita BA 45) diferenciou entre tentativas nas quais os indivíduos tiveram sucesso versus ignoraram o distrator sem sucesso (como demonstrado pelo desempenho correto ou incorreto da resposta atrasada). Dolcos et al. (2006) também relatam sobre a conectividade funcional da VLPFC-amígdala, com ambas as áreas aumentando durante os testes emocionais relativos aos distratores neutros. É importante ressaltar que essa conectividade está na direção positiva e não pode ser interpretada como refletindo a supressão do disparo amígdala.

Os estudos de Dolcos e colegas também fornecem evidências de padrões dissociáveis ​​de ativação e desativação em regiões frontais. Especificamente, as áreas ventrolaterais aumentaram com distrações emocionais, enquanto o DLPFC (BA 9 / 46) diminuiu, sugerindo uma relação recíproca entre essas regiões. Esta relação recíproca ecoa um padrão inverso dorsal vs ventral observado por Perlstein et al. (2002) que tinham sujeitos realizando uma tarefa de memória de trabalho na qual imagens emocionalmente valenciadas apareciam como pistas e sondas relevantes para a tarefa [interessante, a relação recíproca estava intimamente ligada à valência com o DLPFC subindo com estímulos recompensadores e regiões ventrais mostrando aumento de atividade para estímulos negativos]. O padrão inverso entre as regiões mais dorsal e ventral do CPF também foi observado em outros paradigmas de memória de trabalho, com maior DLPFC relativo à atividade frontal ventral sendo associado com maior carga de memória de trabalho (Rypma et al., 2002; Woodward et al., 2006), embora as regiões específicas do CPF ventral envolvidas nesses estudos variem. O padrão inverso aparente das regiões ventral e dorsal sugere uma tensão de oposição entre essas regiões, mas não indica a natureza causal da relação. Ranganath (2006) propõe uma estrutura hierárquica para os processos de memória de trabalho nos quais as regiões do CPF caudal / ventral fornecem controle de cima para baixo dos sistemas posteriores, enquanto o CPF dorsal / rostral fornece controle das regiões frontais ventrais mais caudais. Nessa perspectiva, Ranganath afirma que os processos de seleção implementados pelo PFC rostral / dorsal envolvem modulações de atividade no CPF caudal / ventral. No entanto, conforme descrito abaixo, as modulações na direção oposta também merecem consideração.

Insights para o Regulamento da Emoção

Com base na natureza seletiva das vias neuroanatômicas entre o PFC e a amígdala, modelos plausíveis de modulação da PFC por necessidade devem envolver a modulação de, ou retransmitir, o cíngulo anterior dorsal, a região subgenual se estendendo até o giro reto, ou através da parte posterior da área 47 / 12. Nesta fase do campo, afirmações simples de que o CPF está envolvido na regulação emocional fornecem detalhes insuficientes para serem úteis e, em muitos casos, podem, de fato, ser enganosas, já que a maioria das regiões do CPF carece de fortes projeções para a amígdala. O surgimento de modelos de trajetória que se concentram nos nós-chave que se projetam para a amígdala, como os modelos propostos e testados por Wager et al. e Phillips et al. são um desenvolvimento encorajador a este respeito. Suspeitamos que para um progresso adicional na compreensão do envolvimento dos PFCs na regulação emocional, os papéis relativos do cingulado anterior dorsal, 47 / 12 posterior e região subgenual na regulação da amígdala precisarão ser determinados.

Uma questão-chave também permanece sobre como as ativações do PFC extremamente difundidas que surgem durante a regulação emocional estão relacionadas a esses nós-chave, uma vez que apenas alguns estudos avaliaram diretamente a conectividade funcional intra-PFC. Anatomicamente, essas áreas do CPF não estão igualmente conectadas ao cíngulo anterior dorsal, 47 / 12 posterior ou à região subgenual e, portanto, provavelmente estão associadas seletivamente a diferentes vias para a amígdala. Suspeitamos que um entendimento completo do envolvimento do CPF na regulação emocional exigirá a elucidação de quantas dessas regiões do CPF que não possuem projeções límbicas diretas interagem seletivamente com outras regiões do CPF que possuem projeções suficientes para modular o processamento límbico.

Insights sobre a direcionalidade das influências

Argumentamos que os modelos dominantes de interações intram PFC e PFC-amígdala que articulam um controle cognitivo unidirecional de cima para baixo sobre os processos emocionais são inconsistentes com as características laminares das conexões entre essas regiões. Nosso argumento contra esses modelos top-down tradicionais de amígdala PFC e interações intra-PFC baseia-se fortemente no modelo estrutural descrito por Barbas e colaboradores, no qual o padrão laminar das projeções determina se as projeções representam um enviesamento de processamento do tipo feedback, ou transmissão antecipada de informações. Se estiver correto, mais áreas relacionadas à emoção parecem fornecer maior controle de feedback de cima para baixo em relação ao transporte feedforward de informação de baixo para cima do que as áreas mais tradicionalmente cognitivas do PFC.

Acreditamos que a terminologia da regulação top-down levou a um viés conceitual na compreensão da relação entre as regiões cerebrais e os processos cognitivo-emocionais. Esse viés se encaixa com uma visão filosófica dos papéis dos processos “cognitivos” e “emocionais” que colocam a cognição acima das emoções mais animalescas. Mas esse viés pode interferir em nossa capacidade de obter uma compreensão completa da maneira pela qual o cérebro processa informações. Se os processos emocionais regulam e distorcem as operações “cognitivas”, tanto quanto ou mais do que o inverso, a terminologia de cima para baixo e de baixo para cima pode ser inadequada ao considerar as interações emoção-cognição.

Limitações na inferir função da estrutura

A elegância do modelo estrutural é que ele leva a fortes previsões sobre a natureza da comunicação inter-regional. No entanto, várias críticas podem ser imediatamente levantadas no desenho de conclusões funcionais baseadas em características anatômicas. Em primeiro lugar, embora o modelo estrutural seja fortemente apoiado em termos de suas predições de padrões de conexão laminar baseados em citoarquitetura, as inferências sobre as implicações funcionais desses padrões de conexão laminar não receberam testes formais em circuitos fora dos fluxos de processamento sensorial. Embora pareça razoável supor que as mesmas características funcionais caracterizem padrões laminares de projeções em todo o cérebro, esse não é necessariamente o caso. Como tal, as inferências sobre as propriedades funcionais das conexões no CPF só são válidas se as características funcionais das projeções de feedforward estruturais e feedback forem mantidas ao longo dos córtices de associação.

Nós postulamos uma forte ligação entre o feedback funcional e a regulamentação top-down, e uma ligação igualmente forte entre os processos feedforward e bottom-up. Os termos feedback e feedforward originam-se da teoria de controle, que tenta descrever o funcionamento de sistemas dinâmicos. A adoção desses termos por neurocientistas e psicólogos não é surpreendente, uma vez que o conceito de mecanismos de feedback que fornecem um controle regulatório e mecanismos de feedforward que fornecem a transferência de informações para áreas superiores em um fluxo de processamento é intuitivo. No entanto, uma simples equação de regulação top-down com feedback e bottom-up com feedforward é problemática na medida em que recursos adicionais estão implícitos em conceituações top-down e bottom-up. Esses recursos adicionais raramente são explicitados, mas podem ser críticos na conceituação de caminhos de processamento de informações. Suspeitamos que alguns teóricos utilizam os termos de cima para baixo e de baixo para cima de formas que são inconsistentes com os mecanismos de retroalimentação e feedforward, conforme definido pela teoria de controle, mas tais inconsistências raramente são explicitadas na literatura.

Ao caracterizar as projeções de feedback e feedforward do PFC, notamos que não estamos implicando que todas as projeções são do mesmo tipo. As áreas têm uma combinação de feedback, feedforward e conexões laterais, mas as proporções dessas conexões diferem dramaticamente entre as áreas. Assim, estamos caracterizando padrões dominantes de conexões, mas isso não significa que as conexões restantes não sejam funcionalmente significativas. Por exemplo, as regiões de PFC de eulaminate certamente têm projeções de feedback suficientes para ajudar a regular os aspectos de regiões menos granulares, mesmo que esse não seja o modo de comunicação dominante entre as áreas.

Além disso, as conexões de projeções do tipo feedforward poderiam, em alguns casos, modular o processamento em regiões de destino, em vez de simplesmente transportar informações. Talvez o melhor exemplo desse tipo de modulação feedforward surja em modelos integrados de competição (Desimone e Duncan 1995; Duncan et al. 1997) em que o ganho de uma representação resulta na supressão de outra. Nesses modelos, a alimentação de uma determinada representação pode levar a um aumento do processamento desse estímulo e à supressão mútua de outro estímulo (Desimone e Duncan 1995). Dessa maneira, o que é adiantado pode agir para modular o processamento nas regiões de destino. No contexto do funcionamento do PFC, um sinal DLPFC poderia, assim, alterar a competição entre representações potenciais no OFC através deste tipo de projeção feedforward. Este tipo de mecanismo competitivo é intrigante porque implicaria recursos computacionais específicos (Walther & Koch, 2006), que geralmente não foram incorporados em modelos de regulação emocional.

Ao considerar o modelo estrutural, é importante reiterar que os critérios usados ​​por Barbas e seus colegas para definir as conexões feedforward e feedback não são inteiramente consistentes com os critérios que foram usados ​​por outros pesquisadores que examinam o arranjo hierárquico das projeções laminares. Especificamente, definições de feedback e conexões de encaminhamento são geralmente definidas com referência à camada IV, de modo que as projeções de feedforward (ascendente) são definidas por sua terminação na camada IV (ou predominantemente na camada IV), enquanto projeções de feedback (descendente) terminam fora da camada IV. Embora uma adesão estrita a uma regra da camada IV seja provavelmente mal aconselhada, como exceções a esses padrões foram observadas (Pandya e Rockland, 1979; Felleman e Van Essen, 1991), o impacto do critério de ampliação para permitir que projeções terminadas em camadas infragranulares V e VI sejam tratadas como projeções de feedforward não é totalmente compreendido. Indiscutivelmente, estudos sobre o tempo de disparo em diferentes camadas corticais do CPF poderiam resolver essa questão, mas faltam dados sobre essa questão.

A questão dos critérios causa uma pausa antes de assumir que o OFC-DLPFC realmente tem um padrão no qual o OFC deve ser tratado como um nível superior ao DLPFC, e não é nossa intenção argumentar isso. No entanto, pode-se afirmar claramente que os padrões de projeções certamente não estão em conformidade com uma organização hierárquica na qual o DLPFC está em uma posição hierárquica acima do OFC, de maneira semelhante a áreas sensoriais de nível superior situadas acima de áreas sensoriais primárias. Como tal, os modelos de organização do PFC seriam sábios para evitar o posicionamento difundido do DLPFC como estando no topo de uma hierarquia de regiões do PFC.

Modelagem de conexões feedforward e feedback

Ao avaliar os modelos existentes de interações emoção-cognição, é notável que poucos estudos publicados até agora incluíram testes específicos sobre se as projeções refletem projeções de feedback, feedforward ou laterais (com a notável exceção de Seminowicz et al. 2004). A maioria dos estudos de neuroimagem, é claro, não fornece informações específicas sobre laminar que possam resolver esse problema. No entanto, desenvolvimentos recentes em técnicas para modelagem de conectividade efetiva fornecem ferramentas que podem ser usadas para modelar a natureza e a direção da conectividade entre regiões. Por exemplo, modelagem causal dinâmica (MDC) usando inferência de nível familiar e modelo Bayesiano podem ser aplicados para testar hipóteses sobre direção e natureza do fluxo de informação e modulação causal de diferentes regiões cerebrais (Friston et al. 2003; Chen et al. 2009; Daunizeau et al. 2009; Friston e Dolan 2010; Penny et al. 2010). O DCM também pode testar modelos concorrentes, como fornecer comparações frente a frente para saber se o DLPFC regula negativamente a amígdala diretamente ou por meio de alguma estrutura intermediária. Até o momento, apenas alguns estudos sobre DCM relacionados ao processamento emocional foram publicados (Etofer et al. 2006; Smith et al. 2006; Rowe et al. 2008; Almeida et al. 2009), e para nosso conhecimento, nenhum estudo foi publicado diretamente sobre a regulação emocional. No entanto, a aplicação de tais técnicas provavelmente aumentará substancialmente nossa compreensão das interações emoção-cognição nos próximos anos.

Testes diretos de influência

Talvez a melhor maneira de estabelecer as relações funcionais entre regiões cerebrais é através do exame de uma região durante a regulação fisiológica seletiva para cima ou para baixo da outra área. Por exemplo, se o DLPFC realmente funciona para amortecer o processamento de OFC, seria de esperar respostas exageradas no OFC quando o DLPFC é colocado offline. Essa possibilidade poderia ser abordada pelo exame das funções do OFC com fMRI em pacientes com lesões DLPFC. Alternativamente, a estimulação magnética transcraniana (TMS) poderia ser aplicada sobre o DLPFC para alterar temporariamente a influência do DLPFC nas funções OFC. De fato, Knoch et al. (2006) recentemente relataram que o TMS sobre o DLPFC direito produziu mudanças na atividade posterior de OFC de maneira dependente da freqüência. Da mesma forma, seria interessante saber como as lesões em uma parte do córtex pré-frontal afetam o processamento em outras partes da rede. Por exemplo, se o OFC é importante para calcular um valor puro de recompensa, o que acontece com mais áreas dorsais quando o OFC é removido? Saddoris et al. (2005) usaram este tipo de abordagem para examinar como as lesões OFC alteram a ativação amígdala em roedores, mas outros estudos que utilizam essa abordagem são raros para inexistentes. A crescente literatura sobre conectividade funcional é similarmente provável para aumentar nossa compreensão de como essas regiões críticas do cérebro interagem. No entanto, um entendimento completo dessas interações só será alcançado com atenção especial às características neuroanatômicas específicas desses circuitos.

Este trabalho foi financiado pelas bolsas T32MH018931-21, T32MH018921-20 e 5R01MH074567-04 do National Institute of Mental Health. Agradecemos Tawny Richardson pela ajuda na preparação do manuscrito.

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