Responses of ventrolateral prefrontal neurons in the various temporal phases of a go/no-go task

Abstract

La corteccia prefrontale laterale è una regione funzionalmente eterogenea che svolge un ruolo fondamentale in molte funzioni cognitive di ordine superiore, tra cui la memoria di lavoro e i processi esecutivi, ma è anche cruciale nella pianificazione, organizzazione e ottimizzazione delle performance comportamentali, in relazione al contesto. Nei primati umani, diverse sindromi motorie si verificano a seguito di lesioni del lobo prefrontale, caratterizzate principalmente dalla comparsa di complessi comportamenti motori realizzati in un contesto inappropriato. In linea con questa evidenza, studi neuroanatomici sul cervello del macaco, hanno dimostrato che specifici settori della corteccia prefrontale ventrolaterale sono interconnessi con il circuito parieto-premotorio dell’afferramento. Di conseguenza, un recente studio del nostro gruppo ha rivelato che questi settori contengono neuroni attivi durante la pianificazione e l'esecuzione di azioni di afferramento in diversi contesti. Tuttavia, in quest'ultimo studio sono stati analizzati solamente i neuroni movement-related che rappresentano un piccolo sottoinsieme dei neuroni task-related (<14%). Nella presente tesi, per valutare meglio il ruolo di questi settori prefrontali nel collegare contesto e comportamento abbiamo analizzato le risposte dell'intera popolazione di neuroni registrati durante un compito Go/No-Go. I nostri dati mostrano che lo stimolo istruttivo è codificato in termini dell’esito comportamentale che rappresenta, e proponiamo che questo tipo di codifica neurale potrebbe essere cruciale per creare un'associazione tra stimolo-risposta, e quindi per l'apprendimento associativo. Inoltre, la codifica degli oggetti sembra essere collegata più ad una descrizione pragmatica dell'oggetto che ad una descrizione pittorica. Infine, l'attività dei neuroni attivi durante l’azione/inazione non è strettamente correlata alla regola comportamentale generale, ma all'obiettivo intrinseco dell'atto motorio, cioè il prendere possesso dell'oggetto.

The lateral prefrontal cortex is a functionally heterogeneous region that plays a fundamental role in many higher-order cognitive functions including working memory and executive processes, but it is also crucial in planning, organizing, and optimizing behavioral performance based on context. In human primates, several motor syndromes occur following lesions of the prefrontal lobe, mainly characterized by the appearance of complex motor behaviors made in an inappropriate context. In line with this evidence, neuroanatomical studies of the macaque brain, have demonstrated that a specific sector of the ventrolateral prefrontal cortex is interconnected with the parieto-premotor grasping network. Accordingly, a recent study of our group revealed that these sectors contain neurons active during planning and execution of grasping actions in different contexts. However, in this latter study were analyzed the movement-related neurons that represent only a small subset of the task-related neurons (<14%). In the present thesis, to better assess the role of these prefrontal sectors in linking context and behavior we analyzed the responses of the entire population of recorded neurons during a Go/No-Go task. Our data show that the instructing cue is encoded in terms of the behavioral outcome it represents, and we propose that this type of neural code could be crucial for creating an association between stimuli and responses, hence for association learning. In addition, the objects encoding seems to be related more to a pragmatic description of the object rather than a pictorial one. Finally, the activity of neurons active during action/inaction is not strictly related to the general behavioral rule, but to the intrinsic goal of the motor act, namely taking possession of the object.