MEDICODE - The Medial Frontal Cortex in Cognitive Control and Decision Making: Anatomy, Connectivity, Representations, Causal Contributions

DIE ROLLE DES MEDIALEN FRONTALEN KORTEX BEI KOGNITIVER KONTROLLE UND ENT-SCHEIDUNG: ANATOMIE, VERBINDUNGEN, REPRÄSENTATIONEN, KAUSALITÄT
Mittels kognitiver Kontrolle passen Menschen ihr Verhalten flexibel an, um in einer veränderlichen Welt ihre Handlungsziele zu erreichen. Trotz intensiver Forschung gibt es noch kein übergreifendes Verständnis der Mechanismen der kognitiven Kontrolle und der ihr zugrundeliegenden Hauptstruktur, des posterioren medialen frontalen Kortex (pMFC). Das ist begründet in der bisher ungenügenden Berücksichtigung der Neuroanatomie des pMFC, seiner Teilregionen und individuellen Variabilität, in einer niedrigen Sensitivität von Gruppenstudien, in kaum vorhandener kausaler Evidenz beim Menschen und im Einsatz verschiedenster Untersuchungsmethoden und -paradigmen in heterogenen Studien, was eine Differenzierung allgemeiner Prinzipien der kognitiven Kontrolle von studienspezifischen Idiosynkrasien erschwert. Das Projekt soll mit zwei völlig neuen Ansätzen diese Probleme lösen:
A) Sogenanntes dense sampling, die umfassende Erhebung von Verhaltens-, Bildgebungs-, EEG-, Augenbewegungs- und peripher physiologischen Daten in multiplen Untersuchungen derselben Versuchsperson, während sie kognitive Kontrolle beanspruchende Aufgaben durchführen, erlaubt es, Variablen der kognitiven Kontrolle direkt oder mittels Computermodellierung zu quantifizieren. Mit multivariaten Analyseverfahren werden generelle sowie aufgaben- und modalitätsspezifische Repräsentationen dieser Variablenidentifiziert und eine funktionelle Kartierung der Teilregionen des pMFC erstellt. Grundidee ist, dass allgemeine Prinzipien der kognitiven Kontrolle über Aufgaben und Kontext generalisieren und immer in ähnlicher Weise repräsentiert sein sollten.
B) Die neue nicht invasive Hirnstimulation mit transkraniellem fokussiertem Ultraschall (tFUS) erlaubt die Beeinflussung der neuronalen Aktivität mit bisher unerreichter räumlicher Auflösung. In Kombination mit EEG und Bildgebung wird tFUS die Notwendigkeit der Teilgebiete des pMFC und einiger subkortikaler Netzwerkpartner für die kognitive Kontrolle aufdecken.
Mittelfristig wird dieses Projekt neue Wege zur Untersuchung individueller Unterschiede und pathologischer Veränderungen der kognitiven Kontrolle eröffnen.

Das Projekt wird gefördert durch den Europäischen Forschungsrat (ERC) im EU-Rahmenprogramm für Forschung und Innovation Horizont 2020 (Grant Agreement Nr. 101018805).

This project has received funding from the European Research Council (ERC) under the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme (grant agreement No 101018805).

THE ROLE OF THE MEDIAL FRONTAL CORTEX IN COGNITIVE CONTROL AND DECISION-MAKING: ANATOMY, CONNECTIONS, REPRESENTATIONS, CAUSALITY

Using cognitive control, people flexibly adapt their behaviour to achieve their goals of action in a changing world. Despite intensive research, there is still no overarching understanding of the mechanisms of cognitive control and its underlying main structure, the posterior medial frontal cortex (pMFC). This is due to the insufficient consideration of the neuroanatomy of the pMFC, its subregions and individual variability, the low sensitivity of group studies, the scarcity of causal evidence in humans, and the use of diverse research methods and paradigms in heterogeneous studies, which makes it difficult to differentiate general principles of cognitive control from study-specific idiosyncrasies. The project aims to solve these problems with two completely new approaches:

A) So-called dense sampling, the comprehensive collection of behavioural, imaging, EEG, eye movement and peripheral physiological data in multiple studies of the same subject as they perform cognitive control demanding tasks, allows variables of cognitive control to be quantified directly or via computer modelling. Multivariate analysis procedures are used to identify general as well as task- and modality-specific representations of these variables and to create a functional mapping of the subregions of the pMFC. The basic idea is that general principles of cognitive control over tasks and context should generalise and always be represented in a similar way.

B) The new non-invasive brain stimulation with transcranial focused ultrasound (tFUS) allows influencing neuronal activity with unprecedented spatial resolution. In combination with EEG and imaging, tFUS will reveal the necessity of sub-areas of the pMFC and some sub-cortical network partners for cognitive control.
In the medium term, this project will open new avenues for studying individual differences and pathological changes in cognitive control.

This project has received funding from the European Research Council (ERC) under the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme (grant agreement No 101018805).