I correlati neurali della flessibilità cognitiva nei disturbi mentali: una revisione sistematica e meta-analisi di studi di neuroimaging

Introduction: Set-shifting skills make individuals able to switch flexibly from a behavior to a more adaptive one in the face of negative feedback from the environment. Thanks to cognitive flexibility, individuals are able to carefully study the environment, become aware of any changes, and follow them up accordingly with appropriate behavioural responses. This complex ability, which is part of the cognitive control functions, is impaired in several mental and neurodevelopmental disorders such as schizophrenia (SCZ), obsessive-compulsive disorder (OCD) and anorexia nervosa (AN). Purpose: Although neuroimaging studies on healthy adults have highlighted the activity of frontal and parietal cortices as the neural bases of stop-and-switch behavior, especially the prefrontal cortex (PFC), the anterior cingulate cortex (ACC), the posterior parietal cortex (PPC), the basal ganglia and the thalamus, it is unclear whether the neural correlates of set-shifting impairment are shared across different mental disorders or not. Thus, we systematically screened the neuroimaging literature and conducted a coordinate-based meta-analysis (CBMA) to evince if the neuroimaging features of setshifting impairment are common to some mental disorders. Materials and methods: Out of 1930 publications screened, we meta-analysed 22 functional neuroimaging studies that investigated the neural activity differences between healthy subjects (n=447; Mean female percentage = 42%) and people with a mental disorder (n=467; mF% = 42; SCZ, major depressive disorder, autism, generalized anxiety disorder, ADHD, AN, OCD) during a set-shifting paradigm on the scan. Results: We found that three brain clusters were more active in patients (with schizophrenia, autism spectrum disorders or generalized anxiety disorder) than healthy subjects during set-shifting with respect to baseline. The clusters were localized in the right medial frontal/anterior cingulate gyrus, the right superior parietal lobule and the left superior temporal gyrus. No brain clusters of hypoactivation were found. Conclusions: The meta-analytical evidence herein pinpoints brain hubs belonging to the frontoparietal network (FPN) as putative regions of altered activity across some mental disorders during set-shifting. Given that the lateral regions of the FPN are recruited in healthy subjects when cognitive flexibility is required, the findings of this meta-analysis support the view of altered activity of normally recruited regions in patients applying their set-shifting abilities.

Presupposti dello studio: Le abilità di set-shifting rendono gli individui capaci di passare in modo flessibile da un comportamento a un altro più adattivo in risposta a un feedback negativo da parte dell'ambiente. Grazie alla flessibilità cognitiva gli individui sono in grado di studiare attentamente l’ambiente, rendersi conto di eventuali mutamenti e assecondarli di conseguenza con risposte comportamentali appropriate. Questa complessa abilità, che fa parte delle funzioni di controllo cognitivo, è compromessa in diversi disturbi mentali e del neurosviluppo come la schizofrenia (SCZ), il disturbo ossessivocompulsivo (OCD) e l'anoressia nervosa (AN). Scopo dello studio: Sebbene gli studi di neuroimaging condotti su adulti sani abbiano evidenziato come basi neurali del comportamento di stop-and-switch l'attività delle cortecce frontali e parietali, in particolare della corteccia prefrontale (PFC), la corteccia cingolata anteriore (ACC), la corteccia parietale posteriore (PPC), i gangli della base e il talamo, non è chiaro se i correlati neurali della compromissione del set-shifting siano condivisi tra i diversi disturbi mentali o meno. Per questo motivo, abbiamo esaminato sistematicamente la letteratura di neuroimaging e condotto una meta-analisi basata sulle coordinate (CBMA) per capire se le caratteristiche di neuroimaging della compromissione del set-shifting siano comuni ad alcuni disturbi mentali. Materiali e metodi: Su 1930 pubblicazioni vagliate, abbiamo meta-analizzato 22 studi di neuroimaging funzionale che hanno indagato le differenze di attività neurale tra soggetti sani (n=447; percentuale femminile media = 42%) e persone con disturbi mentali (n=467; percentuale femminile media = 42%; SCZ, disturbo depressivo maggiore, autismo, disturbo d'ansia generalizzato, ADHD, AN, OCD) durante un paradigma di setshifting alla scansione. Risultati: Abbiamo scoperto che tre cluster cerebrali erano più attivi nei pazienti (con schizofrenia, disturbi dello spettro autistico o disturbo d'ansia generalizzato) rispetto ai soggetti sani durante il set-shifting rispetto al basale. I cluster erano localizzati nel giro frontale mediale destro/cingolato anteriore, nel lobulo parietale superiore destro e nel giro temporale superiore sinistro. Non sono stati trovati, invece, cluster cerebrali di ipoattivazione. Conclusioni: L'evidenza meta-analitica qui riportata individua gli hub cerebrali appartenenti alla rete frontoparietale (FPN) come regioni putative di attività alterata in alcuni disturbi mentali durante il set-shifting. Dato che le regioni laterali della FPN sono reclutate nei soggetti sani quando è richiesta flessibilità cognitiva, i risultati di questa meta-analisi supportano la visione di un'attività alterata delle regioni normalmente reclutate nei pazienti che applicano le loro capacità di set-shifting.