The Role of the Dorsolateral Prefrontal Cortex in Inhibitory Control and Aggression Regulation: Insights from Neuromodulation and Neuroimaging

In the present doctoral thesis, I investigated the role of the dorsolateral prefrontal cortex in aggression regulation and inhibitory control by means of both non-invasive brain stimulation and structural and functional magnetic resonance imaging. In particular, I focused on how the left and right hemispheres are concurrently involved in the emergence and modulation of aggressive and impulsive behavior, bringing together aspects sustained by overlapping neural substrates. In the first chapter of the present work, after briefly introducing the concept of aggression from an ethological perspective, I provide a comprehensive overview of the theoretical framework in which aggression is currently represented, with its strengths and weaknesses. Afterward, I discuss the neuroanatomical correlates of aggressive and impulsive behavior, as well as the sociodemographic and clinical aspects that characterize aggression in neurological, psychiatric, and healthy populations. In the second chapter, I discuss present non-invasive brain stimulation techniques and their application to potentially regulate aggressive and impulsive tendencies in humans, with a particular focus on transcranial direct current stimulation (tDCS). In the third chapter, I describe how this neuromodulation approach was used during two different studies. The first study explores whether and how the stimulation of the dorsolateral prefrontal cortex (dlPFC) of both hemispheres contributes to aggressive responses, focusing on their functional interhemispheric interplay and taking into account differences related to both sex and personal disposition. The second study, on the other hand, aims to investigate how the same bi-hemispheric stimulation of the dlPFC differently regulates proactive and reactive aggression, with the purpose of assessing potential variations in the contribution of the right and left hemispheres to the emergence of these two types of aggressive behavior. In the fourth chapter, I introduce an ecological model of dysregulated inhibitory control, namely continued nicotine use, by presenting the results from a study using magnetic resonance imaging (MRI) with both a structural and functional purpose and focusing on the role played by the dlPFC. Finally, in the fifth and conclusive chapter, I discuss theoretical and methodological outcomes, as well as future clinical perspectives that arise from these studies and their related results.

Nella presente tesi di dottorato, ho indagato il ruolo della corteccia prefrontale dorsolaterale nella regolazione dell’aggressività e nel controllo inibitorio attraverso l'uso sia di tecniche di stimolazione cerebrale non invasiva che di imaging a risonanza magnetica strutturale e funzionale. In particolare, mi sono concentrata su come gli emisferi sinistro e destro siano contemporaneamente coinvolti nella comparsa e nella modulazione del comportamento aggressivo e impulsivo, coniugando aspetti supportati da substrati neurali sovrapposti. Nel primo capitolo di questo lavoro, dopo aver brevemente introdotto il concetto di aggressività da una prospettiva etologica, offro una panoramica completa del quadro teorico in cui l’aggressività è attualmente rappresentata, con i suoi punti di forza e di debolezza. Successivamente, discuto i correlati neuroanatomici del comportamento aggressivo e impulsivo, nonché gli aspetti sociodemografici e clinici che caratterizzano l’aggressività in popolazioni neurologiche, psichiatriche e di controllo. Nel secondo capitolo, esamino le attuali tecniche di stimolazione cerebrale non invasiva e la loro applicazione nella potenziale regolazione delle tendenze aggressive e impulsive negli esseri umani, con un focus particolare sulla stimolazione transcranica a corrente diretta (tDCS). Nel terzo capitolo, descrivo come questo approccio di neuromodulazione è stato utilizzato in due diversi studi. Il primo studio esplora se e come la stimolazione della corteccia prefrontale dorsolaterale (dlPFC) di entrambi gli emisferi contribuisca alle risposte aggressive, concentrandosi sulla loro interazione interemisferica funzionale e prendendo in considerazione le differenze legate al sesso e alla predisposizione individuale. Il secondo studio, invece, mira a indagare come la stessa stimolazione biemisferica della dlPFC regoli in modo differente l'aggressività proattiva e reattiva, con l’obiettivo di valutare le possibili variazioni nel contributo degli emisferi destro e sinistro nella manifestazione di questi due tipi di comportamento aggressivo. Nel quarto capitolo, introduco un modello ecologico di controllo inibitorio deficitario, nello specifico l'uso continuato di nicotina, presentando i risultati di uno studio che utilizza la risonanza magnetica (MRI) con un fine sia strutturale che funzionale e concentrandosi sul ruolo svolto dalla dlPFC. Infine, nel quinto e ultimo capitolo, discuto i risultati da un punto di vista teorico e metodologico e descrivo le prospettive cliniche future che emergono da questi studi e dalle relative conclusioni.