Local neuronal dynamics in planning during Wisconsin card sorting test in ADHD

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-202110263928
Title: Local neuronal dynamics in planning during Wisconsin card sorting test in ADHD
Author: Elonen, Jasmin
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Arts
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2021
Language: eng
URI: http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-202110263928
http://hdl.handle.net/10138/335703
Thesis level: master's thesis
Degree program: Kognitiotiede
Cognitive Science
Kognitionsvetenskap
Specialisation: Kognitiotiede
Cognitive Science
Kognitionsvetenskap
Abstract: Jotta tehokkaiden ja tuotteliaiden päätösten tekeminen on mahdollista, ihmisen tulee suunnitella toimintaansa läpi elämän oleellisen tiedon ylläpitämisen ja päivittämisen avulla. Tällaiset tavoitteelliset tilanteet vaativat joustavaa käyttäytymisen hienosäätöä ja epäoleellisen tiedon vaimentamista. Toiminnanohjauksessa vaadittava kognitiivinen joustavuus, työmuisti ja inhibitio, on liitetty poikkeavaa etuaivokuoren toimintaan. Etuaivokuoren on aiemmin havaittu toimivan taaemmilta alueilta tulevan aistitiedon prosessoijana. Rakenteellisia ja toiminnallisia poikkeavuuksia on löydetty aktiivisuuden ja tarkkaavuuden häiriössä (ADHD) liittyen toiminnanohjauksen aivoalueisiin. Perustana oleva syy toiminnanohjauksen häiriöön ja vaikeuksiin suunnittelussa sekä päätöksenteossa saattaa löytyä yllä mainituista poikkeavuuksista. On silti epäselvää, miten aivojen oskillaatiot muokkaavat erilasia kognitiivisia toimintoja suunnitteluun ja päätöksentekoon liittyen. Tämän tutkimiseksi aivotoimintaa mitattiin MEG-laitteella koehenkilöiden (21 ADHD, 28 kontrolliosallistujaa) suorittaessa Wisconsin korttienlajittelutehtävää (WCST). WCST on nopeatempoinen tehtävä, jossa lajitellaan kortteja muuttuvien sääntöjen mukaan palautetta apuna käyttäen. Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli tutkia ADHD-aikuisia ja kontrolliryhmää WCST-suunnitteluvaiheen aikana verraten kokeen suorittamista aiemmin saadun oikean tai väärän palautteen mukaan. ADHD ja kontrolliryhmän välillä odotettiin eroa paikallisessa hermosolutoiminnassa etuaivokuorella ja taaemmilla alueilla. Data-analyysi sekä lähdemallinnus ja - rekonstruktio tehtiin neuronaalisten (MEG) mittausten ja aivojen rakenteellisten (MRI) mittausten perusteella. Tilastolliset analyysit tehtiin selvittäen paikallisten hermosolujen amplitudidynamiikkaa ja visualisoitiin ryhmien sisällä ja välillä. Reaktioajat ja osumatarkkuus eivät osoittaneet merkittäviä eroja ryhmien välillä. Kuitenkin kontrasti suunnittelun aikana verraten oikeita-vääriä vastauksia, ilmensi tehostunutta ja vaimentunutta aivotoimintaa delta-, theta-, alfa- ja beta-oskillaatioissa. Kontrolliryhmä osoitti aktiivisuutta etuaivokuoressa-, parietaalisessa, temporaalisessa ja näköaivoalueilla. Nämä alueet on aiemmin liitetty ns. oletustilan verkostoon sekä somaattis liikkeelliseen verkostoon. Tehostunutta aktiivisuutta havaittiin beta- ja alfa -oskillaatioissa. ADHD -ryhmässä suurin positiivinen aktiivisuus havaittiin etuaivolohkossa ja parietaali- sekä kuuloaivoalueella, jotka on liitetty kahteen huomioverkostoon ja somaattis-liikkeelliseen, mutta myös oletustilan ja näköaivoalueiden verkkoon. Ryhmien välisessä vertailussa havaittiin vaimentunutta delta-, theta- ja alfa -oskillaatioiden aktiivisuutta aivojen lateraalisilla alueilla temporaalilohkolla. Nämä alueet liittyivät ventraalisen huomion ja somaattis-liikkeelliseen verkkoihin. Heikentynyttä aivotoimintaa havaittiin ADHD -ryhmässä vaimentuneissa positiivisesti aktivoituneissa betaoskillaatioissa verrattuna kontrolliryhmään ja kokonaan puuttuvista positiivisesti aktivoituneissa alfa -oskillaatioissa. Tulevien tutkimusten tehtäväksi jää näiden värähtelyiden toiminnan roolien tulkitseminen. Suuntaa-antavia tuloksia ADHD potilaiden aivotoiminnan poikkeavuudesta voitiin löytää aivoalueista ja toiminnasta jotka liittyvät joustavuuden ja työmuistin rooleihin suunnittelussa ja päätöksenteossa. Tulokset viittaavat myös siihen, että WCST:n suunnittelu edellyttää monien kognitiivisten toimintojen ja prosessien joustavaa organisaatiota, joita moduloivat tehostuneet alfa- ja beta -oskillaatiot sekä vaimentuneet delta- ja theta -värähtelyt.To make fast and efficient decisions in changing environments, humans must plan their actions throughout their lives by maintaining and updating relevant information. Such goal-directed situations demand flexible adjustment of behavior and the suppression of task-irrelevant details. Executive dysfunctions in cognitive flexibility, working memory and inhibition have been related to aberrant prefrontal cortex functioning. The prefrontal cortex has previously been found to have an important role in these executive functions as a supervisory modulator and processor of information from posterior sensory brain areas. Structural and functional abnormalities in these brain areas have been found in attention deficit/hyperactivity disorder (ADHD). These impairments may be the underlying reason for problems in decision making and planning for people with ADHD. However how the brain’s oscillatory activity modulates different cognitive functions in areas relating to planning and decision making is still unclear. To investigate thisthe brain’s activity was measured with MEG while participants (21 ADHD patients, 28 controls) performed in Wisconsin card sorting test (WCST). WCST is a fast-paced task, where cards are sorted according to changing rule categories with the direction of feedback. The aim of this study was to investigate planning in adults with ADHD and a control group during WCST planning period and compare trials with previous feedback being correct or incorrect. Difference in the local neuronal activity in prefrontal and posterior areas were expected between the ADHD and control groups. Data-analysis and source modelling and reconstruction were conducted on the neuronal (MEG) data and structural (MRI) data. Statistical analyses were run for local neuronal amplitude dynamics and visualized within and between groups. The behavioral results of reaction times and hit rates did not show significant differences between groups. Clinical questionnaire scores did not correlate with reaction times. However, contrast of planning in correct-incorrect feedback trials within groups showed increased and decreased brain activity in delta, theta, alpha and beta oscillations. The control group showed activity in frontal, parietal, temporal, and occipital regions related to default mode, somatomotor with increased activity in the beta and alpha bands. For the ADHD group greatest positive activity was seen in beta band in frontal and parietal areas, but also in occipital regions. These activation sites were mostly related to dorsal and ventral attention and somatomotor networks but also to default mode and visual networks. Mostly temporal activity of suppressed delta, theta and alpha oscillations in the lateral areas was seen in the between groups comparison. These areas related to ventral attention and somatomotor networks. Impaired neuronal activity in the ADHD group was seen in weaker increased beta than the control group and the missing increased alpha oscillations. It remains for the future studies to interpret the roles of this oscillatory activity but direction towards impairments in cognitive functions like flexibility, working memory and inhibition in planning in ADHD. These data also suggest that planning in the WCST needs the flexible modulation of many cognitive functions and processes that are modulated by increased alpha and beta oscillations and the suppressed delta and theta oscillations.


Files in this item

Files Size Format View

There are no files associated with this item.

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record