Prefrontal Control of the Tactile Sense

Näytä kaikki kuvailutiedot

Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-4377-8
Julkaisun nimi: Prefrontal Control of the Tactile Sense
Tekijä: Gogulski, Juha
ISBN: 978-951-51-4377-8
Tiivistelmä: Sense of touch provides information about textures, objects and physical forces acting on our body. Tactile information also guides the motor system by providing feedback of our internally generated movements. The aim of this thesis was to dissect the neural mechanisms underlying different levels of tactile processing in healthy subjects. In the first study of the thesis, the influence of temporal properties of stimulation on tactile spatial discrimination ability was studied. The study revealed that the ability to discriminate adjacent tactile stimuli as spatially distinct was influenced by temporal features of stimulation. The prefrontal cortex, a brain area involved in many complex cognitive abilities such as working memory, attention and introspection, has been suggested to modulate the functions of primary cortical areas such as the primary somatosensory cortex. However, in the prefrontal areas, there is considerable interindividual variability in the topography of neural structure and function that provides a challenge to studies addressing control of primary sensory areas by the prefrontal cortex. In the second study of the thesis, the challenge of interindividual variability was addressed by determining the individual neural pathways between the primary somatosensory cortex and the prefrontal cortex. First, the somatosensory representation area of the right hand thenar skin was functionally determined by blocking the sensation with navigated transcranial magnetic stimulation. The somatosensory cortical site in which the magnetic stimulation blocked the tactile stimuli, served as a seed point for the probabilistic tractography between the primary somatosensory cortex and two prefrontal areas of interest: the middle frontal gyrus and the superior frontal gyrus. These two tractography-informed prefrontal areas were probed with transcranial magnetic stimulation pulses which were delivered during a tactile temporal discrimination task. The results showed that the transcranial magnetic stimulation of the middle frontal gyrus, but not that of the superior frontal gyrus, reduced the temporal discrimination ability when compared to sham stimulation. Moreover, this impairment effect was temporally and spatially specific: the effect was dependent on the transcranial magnetic stimulation delay and the location of tactile test stimuli. In conclusion, the second study of the thesis suggested that the prefrontal cortex contains neural substrates for fine control of tactile discrimination. Metacognition, “knowing about knowing”, refers to the ability of humans to monitor and control one’s own cognitive processes. Lesion and brain imaging studies suggest that the prefrontal cortex is important for metacognition, but there are only few transcranial magnetic stimulation studies using state-of-art, bias-free measures of metacognitive ability. In the third study of the thesis, the metacognitive accuracy of tactile working memory was explored with a similar kind of tractography-based transcranial magnetic stimulation approach as in the second study. Two distinct prefrontal areas, the middle frontal gyrus and the superior frontal gyrus, were stimulated while the subjects performed tactile spatial and temporal working memory tasks. Subjective evaluations of confidence were used to calculate the metacognitive accuracy in each stimulation site and working memory task condition. The results showed that transcranial magnetic stimulation of the superior frontal gyrus, but not that of the middle frontal gyrus, enhanced the metacognitive accuracy of the temporal working memory task. When the superior frontal gyrus was stimulated, the subjects were able to better match the incorrectly performed test trials with lower confidence. In the spatial working memory task in which the tactile stimuli were identical to the temporal working memory task, the stimulation of either the middle frontal or superior frontal gyrus had no effect on the metacognitive accuracy. The results of the third study indicate that the prefrontal cortex might contain specific structural correlates for the metacognitive ability.Tuntoaisti antaa meille tietoa pintojen tekstuureista, esineistä ja kehoomme vaikuttavista fysikaalisista voimista, sekä opastaa motorista järjestelmäämme. Tässä väitöskirjassa selvitettiin terveillä vapaaehtoisilla koehenkilöillä tuntoaistin neuraalisia mekanismeja yhdistelemällä monipuolisesti eri aivotutkimusmenetelmiä. Ensimmäisessä osatyössä tutkittiin tuntoärsykkeen ajallisten ominaisuuksien vaikutusta ärsykkeen spatiaaliseen havaitsemiseen. Tuloksena oli, että kahden ärsykkeen ajallinen etäisyys toisistaan sekä pulssisarjan pituus vaikuttivat vierekkäisten tuntoärsykkeiden erottamiseen toisistaan. Otsalohkon etuosa (PFC) liittyy moniin kognitiivisiin toimintoihin, kuten työmuistiin, keskittymiseen ja introspektioon. Merkittävä yksilöiden välinen vaihtelu PFC:n alueiden toiminnassa ja rakenteessa aiheuttaa kuitenkin haasteita kyseisen alueen tutkimisessa. Väitöskirjan toisessa osatyössä nämä haasteet huomioitiin määrittämällä diffuusiokuvantamisen avulla tuntoaivokuoren ja PFC:n väliset hermoratayhteydet. Hermoratojen päätepisteet osuivat PFC:n keskimmäisen ja ylemmän aivopoimun alueille. Kokeen aikana stimuloitiin näitä kahta aluetta navigoidun transkraniaalisen magneettistimulaation (TMS) avulla samalla, kun koehenkilö suoritti tehtävää, jossa hänen tuli erottaa olivatko hänen saamansa tuntoärsykkeet ajallisesti erillisiä vai samanaikaisia. Tuloksena oli, että keskimmäisen aivopoimun stimulaatio huononsi tuntoärsykkeiden ajallista erottelukykyä verrattaessa lumestimulaatioon ja ylemmän aivopoimun stimulaatioon. Kokeessa saatiin viitteitä, että PFC:llä saattaa olla tuntoaistin hienosäätöön keskittyneitä alueita. Metakognitio tarkoittaa kykyä säädellä ja tarkkailla omia kognitiivisia toimintoja. Monissa neuropsykiatrisissa tautitiloissa voidaan havaita metakognition heikkenemistä. Väitöskirjan kolmannessa osatyössä selvitettiin tuntomuistin metakognition neuraalisia mekanismeja hermoratakuvantamisen ja TMS:n yhdistelmää hyväksi käyttäen. Koehenkilöiden tuli pitää mielessä sormeen annettujen tuntoärsykkeiden ominaisuuksia sekä arvioida, oliko juuri esitetty tuntoärsyke samanlainen vai erilainen kuin edeltävä tuntoärsyke. Kokeen aikana annettiin TMS-pulsseja PFC:n alueille, joilla oli hermoratayhteys tuntoaivokuoren etusormen edustusalueelle. Koehenkilöt arvioivat myös antamansa vastauksen varmuusastetta, minkä avulla laskettiin, kuinka hyvin oma arvio vastasi todellista suoriutumistasoa. Tulokset osoittivat, että otsalohkon ylemmän aivopoimun stimulaatio paransi temporaalisen työmuistitehtävän metakognitiivista tarkkuutta, eli oman suoriutumisen arviointia. Tämä havaittiin siten, että koehenkilöt pystyivät arvioimaan totuudenmukaisemmin, olivatko he suoriutuneet tehtävästä oikein vai väärin. Kolmannen osatyön tulokset viittaavat siihen, että PFC:llä saattaa olla rakenteellisesti spesifejä alueita, jotka säätelevät tuntomuistin metakognitiota. Väitöskirjan tulokset auttavat ymmärtämään paremmin tuntoaistin neuraalisia säätelymekanismeja. Tuntoaistin syvällisempi tuntemus on tärkeää, jotta monissa neuropsykiatrisissa sairauksissa esiintyviä tuntoaistin häiriöitä kyettäisiin diagnosoimaan ja hoitamaan tulevaisuudessa tarkemmin.
URI: http://hdl.handle.net/10138/238064
URN:ISBN:978-951-51-4377-8
Päiväys: 2018-08-14


Tiedostot

Latausmäärä yhteensä: Ladataan...

Tiedosto(t) Koko Formaatti Näytä
PREFRONTAL.pdf 4.364MB PDF Avaa tiedosto

Viite kuuluu kokoelmiin:

Näytä kaikki kuvailutiedot