Kora przedczołowa jest elementem płata czołowego. Leży w jego przedniej części i obejmuje okolicę oczodołową kory mózgu. Neurony kory przedczołowej różnią się od pozostałej części kory mózgowej tym, że posiadają dłuższe dendryty. Te z kolei pokryte są większą liczbą wypustek (tzw. kolców dendrytycznych). Kora przedczołowa odpowiada za działanie pamięci roboczej, planowanie i przewidywanie konsekwencji podjętych decyzji. Hamuje aktywność podwzgórza i układu limbicznego, zapobiegając tym samym impulsywnym zachowaniom.
1. Historia odkrycia kory przedczołowej
Początki badań nad korą przedczołową sięgają XIX wieku, gdy naukowcy zaczęli zgłębiać strukturę i funkcje mózgu. Pierwsze eksperymenty w tym temacie prowadził neurolog Carl Wernicke. Zidentyfikował on specyficzne uszkodzenia w płacie czołowym mózgu, które były związane z trudnościami w mowie i rozumieniu języka. Odkrycie to zapoczątkowało zainteresowanie korą przedczołową i jej udziałem w rozwoju funkcji poznawczych.
W latach 30. XX wieku neurolog i neurochirurg Antonio Egas Moniz przeprowadził pierwsze zabiegi zwane lobotomią. Polegały one na przecięciu połączeń kory przedczołowej z innymi strukturami mózgowia. Była to w tamtych czasach jedna z najbardziej nowatorskich metod leczenia chorych na schizofrenię. Chociaż wykonywanie lobotomii wywoływało szereg kontrowersji, Moniz i jego współpracownicy przyczynili się do zrozumienia, że uszkodzenia kory przedczołowej mogą wpływać na osobowość, funkcje wykonawcze i zachowanie.
W latach 40. i 50. XX wieku pojawiły się kolejne doniesienia naukowe dotyczące funkcji kory przedczołowej. Neuropsychologowie Brenda Milner i Wilder Penfield przeprowadzali badania na pacjentach z uszkodzeniami tego obszaru mózgu. Pozwoliło to na wyodrębnienie dokładnej budowy i struktury kory przedczołowej. Kilka lat później odkryto istnienie neuronów lustrzanych związanych z rozumieniem funkcji społecznych. Obecność tych specyficznych komórek w obszarze kory przedczołowej pozwoliła na wyodrębnienie mechanizmów powstawania empatii i rozpoznawania ludzi oraz potwierdziła teorię rozwoju umysłu.
Badania nad korą przedczołową trwają cały czas. Dzięki rozwojowi technik neuroobrazowania naukowcy mają możliwość dokładnej analizy jej aktywności. Odkrycia dotyczące tej struktury mózgu przyczyniły się do rozwoju neuropsychologii i neurobiologii, miały również istotny wpływ na zrozumienie zachowania człowieka.
2. Budowa kory przedczołowej
Kora przedczołowa ma złożoną i warstwową strukturę. Najbardziej zewnętrzna warstwa składa się z gęstej sieci włókien nerwowych i cechuje się małą ilością komórek nerwowych (tzw. neuronów gwiaździstych). Styka się z nią warstwa ziarnista zewnętrzna, która zawiera małe, liczne i rozproszone neurony, zwane komórkami ziarnistymi. Są one zaangażowane w przekazywanie sygnałów między różnymi obszarami mózgu.
Trzecia warstwa, zwana warstwą piramidową zewnętrzną, składa się z małych i średnich neuronów. Są to komórki piramidowe. Mają one długie wypustki, które umożliwiają przesyłanie sygnałów na duże odległości. Natomiast warstwa piramidowa wewnętrzna zawiera duże neurony, komórki Betza. Aksony neuronów z obu warstw biegną do pnia mózgu i rdzenia kręgowego. Pomiędzy obszarami piramidowymi leży zaś warstwa ziarnista wewnętrzna. Zawiera ona komórki nerwowe o różnych rozmiarach i kształtach. Są one zaangażowane w przetwarzanie informacji sensorycznych pochodzących z ośrodków wzroku i słuchu.
Warstwa wielopiramidowa to najbardziej wewnętrzna część kory przedczołowej. Składa się z różnorodnych komórek nerwowych i pełni wiele funkcji. Odpowiada m.in. za kontrolę ruchów ciała. Dodatkowo korę przedczołową przecinają liczne zakręty i bruzdy nadające jej charakterystyczny wygląd.
2.1. Połączenia z układem limbicznym
Okolica oczodołowa kory przedczołowej wraz z ciałem migdałowatym wchodzi w skład części brzusznej układu limbicznego. Struktury te odbierają informacje czuciowe z kory kojarzeniowej i poprzez połączenia z podwzgórzem oraz prążkowiem wywołują odruchowe, automatyczne reakcje motoryczne w odpowiedzi na bodźce. Część grzbietowo-boczna kory przedczołowej łączy się natomiast z tylną częścią zakrętu obręczy. Pozwala to na integrację części brzusznej i grzbietowej układu limbicznego. Informacje przekazywane z części brzusznej są niejako interpretowane w części grzbietowej i w ten sposób przedostają się do świadomości.
3. Funkcje kory przedczołowej
Kora przedczołowa pełni wiele istotnych funkcji. Bierze udział w planowaniu i podejmowaniu decyzji. Jest odpowiedzialna za zdolność do planowania przyszłych działań oraz podejmowania świadomych decyzji. Kontroluje procesy poznawcze, takie jak ocena konsekwencji zachowań i wybór optymalnych strategii rozwiązywania problemów.
Kora przedczołowa odpowiada za kontrolę zachowania i regulację emocji. Pomaga hamować impulsy, optymalizować reakcje emocjonalne oraz dostosowywać się do społecznych norm i zasad. Kora przedczołowa jest również zaangażowana w procesy skupiania i utrzymywania uwagi na konkretnym zadaniu lub bodźcu. Pomaga filtrować i selekcjonować informacje. Wycisza działanie bodźców zakłócających podczas intensywnej pracy.
Kora przedczołowa bierze udział w procesach pamięciowych. Odpowiada za regulację pamięci krótko i długotrwałej. Pomaga zapamiętywać nowe informacje, organizować je w sieć powiązań i odzyskiwać je w odpowiednich sytuacjach. Jest także zaangażowana w wiele funkcji poznawczych, takich jak myślenie abstrakcyjne, rozumowanie, posługiwanie się językiem czy zdolność do planowania celów.
Kora przedczołowa działa w ścisłej interakcji z innymi obszarami mózgu. Współpracuje m.in. z układem limbicznym, który koordynuje działanie układu nagrody. Dzięki temu umożliwia kompleksowe i elastyczne przetwarzanie informacji oraz adekwatne reagowanie na zmieniające się warunki i sytuacje. Prawidłowe działanie kory przedczołowej jest niezwykle istotne dla zdolności do podejmowania świadomych decyzji, kontroli zachowania i adaptacji do zmieniającego się otoczenia.
4. Zaburzenia funkcji kory przedczołowej
Zaburzenia funkcji kory przedczołowej mają znaczny wpływ na codzienne funkcjonowanie człowieka, szczególnie w kontekście społecznym. Osoby z uszkodzeniami tych obszarów mózgu często postępują w sposób nieakceptowany społecznie. Modyfikacja zachowania w zależności od kontekstu sprawia im trudność, w związku z czym pojawia się frustracja i niezrozumienie zasad społecznych. Osoby te zachowują się często impulsywnie, ponieważ nie umieją przewidzieć skutków swoich działań.
Zaburzenia funkcji wykonawczych związane są przede wszystkim z uszkodzeniami grzbietowo-bocznej części kory przedczołowej. Są tym bardziej wyraźne, im bardziej rozległe są nieprawidłowości. Pojawiają się bezcelowe zachowania. Człowiek nie jest w stanie wyodrębnić z pamięci zasobów potrzebnych do danego działania. Ograniczona jest zdolność wyszukiwania informacji w pamięci operacyjnej. Pojawia się nieumiejętność rozwiązywania nowych problemów. Ograniczone jest myślenie abstrakcyjne i wnioskowanie przyczynowo-skutkowe.
Uszkodzenia kory przedczołowej wpływają na przemożną tendencję do reakcji impulsywnych na bezpośrednie, wcześniej silnie skojarzone bodźce (np. po zobaczeniu długopisu pacjent zaczyna pisać bezwolnie cokolwiek, bez wyraźnego celu). U tych pacjentów stwierdza się także ograniczoną selektywność i podzielność uwagi. Niemożliwa jest elastyczność nastawienia poznawczego.
Równie ważne są patologie struktur pozostających z korą przedczołową we współpracy czynnościowej. Dotyczy to głowy jądra ogoniastego, przyśrodkowej części gałki bladej wewnętrznej oraz przednich i grzbietowych jąder wzgórza. Patologie części składowych obwodu neuronalnego korowo-podkorowego powodują jego dysfunkcje wykonawcze. Zaburzenia wykonawcze mogą występować też w otępieniu, np. wskutek zwyrodnienia czołowo-skroniowego czy czołowo-podkorowego. W otępieniu objawy wykonawcze trudno jest jednak oddzielić od podstawowych deficytów poznawczych, zakłócających przede wszystkim efektywność zachowania celowego.
4.1. Zespół czołowy
Zespół czołowy (łac. syndroma frontale, ang. frontal lobe disorder) to zespół objawów związanych z uszkodzeniem okolicy czołowej mózgu, najczęściej przez guzy. Wiąże się z nieprawidłowościami pracy płatów czołowych. Objawia się wzrostem ciśnienia śródczaszkowego i zmianami rozrostowymi w innych częściach mózgowia.
Wyróżnia się trzy podtypy zespołu czołowego w zależności od dokładnej lokalizacji uszkodzeń kory przedczołowej i powiązanych z nią funkcjonalnie struktur podkorowych. Wyróżnia się:
- zespół czołowy przyśrodkowy z dominującymi zaburzeniami napędowo-motywacyjnymi
- zespół orbitalny z zaburzeniami afektywnego aspektu zachowania i poznania społecznego, samoświadomości i samorefleksji
- zespół grzbietowo-boczny z dominującym deficytem planowania, organizowania i kontroli działań celowych
5. Badania przesiewowe w kierunku dysfunkcji kory przedczołowej
Współcześni neurolodzy podjęli działania w kierunku diagnostyki przesiewowej, opartej o proste zadania kliniczne, które ukazują ryzyko i stopień uszkodzenia kory przedczołowej. Wyniki pomiarów nie wymagają odniesienia do norm dla wieku i wykształcenia. Testy z założenia są proste, tak że osoby zdrowe wykonują je bez trudności. Zbiór zadań został szczegółowo opisany przez badaczy z Instytutu Neurologii Poznawczej w Buenos Aires. Polegają one m.in. na:
- wykonywaniu serii układów ruchowych
- wykonywaniu tzw. konfliktowych instrukcji i zadań typu „działaj – stop”
- uzupełnianiu stereotypowych zdań i przysłów
- analizie informacji przestrzennych
- ocenie myślenia abstrakcyjnego (rozumienie żartów, aluzji, metafor)
Wymienione zdolności mogą być zaburzone nie tylko z powodu dezorganizacji funkcji kory przedczołowej, lecz także z powodu dysfunkcji poznawczych (np. amnezji, afazji, agnozji itd.), obniżonej inteligencji, braków edukacyjnych, czy też mocno zaawansowanego wieku. Wymaga to szczegółowej klinicznej interpretacji wszystkich danych o pacjencie, może być jednak skuteczną metodą wczesnego wykrywania zaburzeń funkcjonowania kory przedczołowej.