Kontekstuele interaksie tussen nuwigheid en beloningverwerking binne die mesolimbiese stelsel (2012)

  • Hum Brain Mapp. 2012 Jun; 33 (6): 1309-1324.
  • Gepubliseer aanlyn 2011 Apr 21. doi:  10.1002 / hbm.21288

Nico Bunzeck,*,1 Christelike F Doeller,2,3,4 Ray J Dolan,5 en Emrah Duzel2,6

Hierdie artikel is aangehaal deur ander artikels in PMC.

Spring na:

Abstract

Mediale temporale lobe (MTL) afhanklike langtermyngeheue vir nuwe gebeure word gemoduleer deur 'n stroombaan wat ook reageer op beloning en sluit die ventrale striatum, dopaminerge middelbrein en mediale orbitofrontale korteks (MOFC) in. Hierdie gemeenskaplike neurale netwerk kan 'n funksionele verband tussen nuwigheid en beloning weerspieël waarvolgens nuwigheid verkenning verken in die soeke na belonings; 'n skakel het ook die nuwigheid "eksplorasiebonus" genoem. Ons het fMRI gebruik in 'n toneelkoderingparadigma om die interaksie tussen nuwigheid en beloning te ondersoek met 'n fokus op neurale seine soos 'n eksplorasiebonus. Soos verwag, word die verwante langtermyngeheue vir die skerms (na 24 uur) sterk gekorreleer met aktiwiteit van MTL, ventrale striatum en substantia nigra / ventrale tegmentale area (SN / VTA). Verder het die hippocampus 'n hoof-effek van nuwigheid getoon, die striatum het 'n groot effek van beloning getoon, en die MOFC het beide nuwigheid en beloning aangedui.. 'N Interaksie tussen nuwigheid en beloning wat met 'n eksplorasiebonus verband hou, is in die hippokampus gevind. Hierdie data dui daarop dat MTL-nuwigheidseine geïnterpreteer word in terme van hul beloningsvoorspellings-eienskappe in die MOFC, wat gestoorde beloningsreaksies vooroordeel. Die striatum tesame met die SN / VTA reguleer dan MTL-afhanklike langtermyn-geheue vorming en kontekstuele eksplorasie bonusseine in die hippocampus.

sleutelwoorde: nuwigheid, beloning, mesolimbiese stelsel, geheue, hippokampus, substantia nigra / ventrale tegmentale area, ventrale striatum, mOFC, eksplorasiebonus

INLEIDING

Nuutheid is 'n motiverende leidende leersein wat aandag trek, geheue kodering bevorder en wysiggerigte gedrag verander [Knight,1996; Lisman en Grace, 2005; Mesulam, 1998; Sokolov, 1963]. Onlangse bewyse van menslike en nie-menslike primaatstudies maak die moontlikheid dat die motiveringsaspekte van nuwigheid gedeeltelik verband hou met sy gedeelde eienskappe met beloning [Bunzeck and Duzel, 2006; Kakade en Dayan, 2002; Mesulam, 1998]. Hierdie voorstel volg uit waarnemings wat in die dierstudie die substantia nigra / ventrale tegmentale area (SN / VTA) van die middelbrein geaktiveer word deur stimuli wat voordele voorspel asook stimuli wat roman is. [Ljungberg, et al. 1992]; vir 'n resensie sien [Lisman and Grace, 2005]. Net so word die menslike SN / VTA geaktiveer, beide deur beloning [Knutson en Cooper, 2005] en nuwigheid [Bunzeck en Duzel, 2006; Bunzeck, et al. 2007; Wittmann, et al. 2005] sowel as deur aanwysers wat hul voorkoms voorspel [Knutson and Cooper, 2005; O'Doherty, et al. 2002; Wittmann, et al. 2005, 2007]. Die neurotransmitterdopamien wat in die SN / VTA geproduseer word, reguleer grondige motiveringsaspekte van gedrag [Berridge, 2007; Niv, et al. 2007].

Verder is daar konvergerende bewyse dat die hippokampus, 'n mediale temporale lob (MTL) struktuur, wat krities is vir die vorming van langtermyn episodiese herinneringe vir nuwe gebeure, ook by verskeie vorme van beloning van leer betrokke is [Devenport, et al.1981; Holscher, et al. 2003; Ploghaus, et al. 2000; Purves, et al. 1995; Rolls and Xiang, 2005; Salomo, et al. 1986; Tabuchi, et al. 2000; Weiner, 2003; Wirth, et al. 2009]. Byvoorbeeld, die knaagdier-hippokampus toon verhoogde aktiwiteit in aasbeen, maar nie ongebonde doolhofwapens nie [Holscher, et al. 2003]; In nie-menslike primate is dit betrokke by leerplekbeloningverenigings [Rolls and Xiang, 2005]; hippocampale aktiwiteit volg voorspellingsfout leer reëls vir aversive stimuli by mense [Ploghaus, et al. 2000]; en beloning verhoog die sinchronisasie tussen hippocampus en nucleus accumbens neurone [Tabuchi, et al. 2000].

'N Samealiteit in die uitwerking van beloning en nuwigheid kan teoreties versoen word deur 'n voorstel dat nuwigheid daartoe gemik is om die verkenning van 'n omgewing te motiveer om belonings te oes. [Kakade en Dayan,2002]. Volgens hierdie voorstel is 'n belangrike motiverende eienskap van nuwigheid die potensiaal om voordele te voorspel, terwyl bekende stimuli, indien herhaal word in die afwesigheid van beloning, hierdie potensiaal geleidelik verloor. Die eksplorasie bonus hipotese maak twee tipes voorspellings: 'n Eerste een hou verband met die sterkte waarmee die status van roman of bekende beloning kan voorspel en 'n tweede een hou verband met die kontekstuele afgeleide effekte van hierdie gebeurlikheid op ander stimuli. Volgens die eerste voorspelling moet 'n nuwe stimulus 'n sterker voorspeller van beloning wees as om 'n bekende stimulus te wees [bv. Wittmann, et al. 2008]. Dit is, wanneer die nuwe stimuli voorspel beloning, beloning verwagting moet hoër wees as wanneer bekende stimuli voorspel belonings. Die tweede (meer indirekte) voorspelling is dat die motiveringsverhogende effek van nuwigheid op verkenningsgedrag 'n kontekstuele effek moet hê op die motiverende betekenis van ander stimuli wat in dieselfde konteks voorkom. Verenigbaar met hierdie voorstel, Bunzeck en Duzel [ 2006] het getoon dat in bekende kontekste waarin nuwe stimuli teenwoordig is, minder herhalingsonderdrukking in MTL-strukture toon. Dit dui daarop dat selfs in die afwesigheid van eksplisiete beloning, in 'n konteks waarin nuwe stimuli teenwoordig is, daar 'n sterker motivering is om ook die bekende stimuli in die konteks te ondersoek [Bunzeck and Duzel, 2006]. Tot op datum is hierdie voorspellings oor die verhouding tussen nuwigheid en beloning egter nie direk getoets nie. In eksperimentele terme vereis dit dat die beloningsvoorspellings-eienskap van nuwigheid manipuleer word sodat belonings in 'n gegewe konteks voorspel word deur roman of bekend te wees. Hier het ons hierdie eksperimentele benadering gebruik om die funksionele interaksie tussen nuwigheid en beloning in 'n fMRI studie te ondersoek.

Verstaan ​​die funksionele interaksie tussen nuwigheid en beloning het diepgaande implikasies om te verstaan ​​hoe langtermyn-plastisiteit vir nuwe stimuli gereguleer word. 'N Groot liggaam van fisiologiese bewyse toon dat dopamien afkomstig van die SN / VTA nie net motiverende aspekte van gedrag reguleer nie, maar dit is noodsaaklik vir die verbetering en stabilisering van hippocampale plastisiteit [Frey and Morris,1998; Li, et al. 2003] en hippocampus-afhanklike geheue-konsolidasie [O'Carroll, et al. 2006]. Volgens die sogenaamde hippocampus-VTA-lusmodel [Lisman and Grace, 2005] nuwigheidseine word in die hippokampus gegenereer en word na die SN / VTA oorgedra deur die nucleus accumbens en die ventrale pallidum [Lisman and Grace, 2005]. Alhoewel die model nuwigheid self as die sleutelkognitiewe sein om dopamien van die SN / VTA te beklemtoon, stel dit ook eksplisiet die vraag hoe motiveringsfaktore die impak van nuwigheid op die aktiwiteit van die hippocampus en die SN / VTA reguleer. Die doel van hierdie studie is om hierdie vraag vanuit die vooruitsig van gedeelde eiendomme tussen nuwigheid en beloning en hul funksionele interaksie te benader.

As nuutheid dien as 'n sein wat eksplorasie motiveer om oordele te oes [Bunzeck and Duzel,2006; Kakade en Dayan, 2002; Wittmann, et al. 2008] dele van die hippocampus-SN / VTA-lus moet slegs 'n voorkeurreaksie vir nuwigheid toon in 'n konteks waar roman voorspel word, maar nie in 'n konteks waar bekende vertroue voorspel nie. Terselfdertyd moet die vermeerdering van eksplorasie wanneer die roman beloon word, hippocampale antwoorde stimuleer op bekende stimuli wat in dieselfde konteks aangebied word, alhoewel dit nie voordele sal voorspel nie. In teenstelling hiermee moet daar minder kontekstuele motivering wees om te verken in 'n konteks waarin bekend is, maar nie roman nie, en daarom moet hippocampale aktiwiteit laag wees vir beide die roman en die bekende stimuli in die konteks. Dus, die hipotese dat nuwigheid 'n intrinsieke eienskap het om eksploratiewe gedrag te motiveer in die soeke na belonings, lei tot die voorspelling van 'n interaksie tussen die nuwigheids- en beloningstatus van stimuli. Gevolglik sou die hippocampus sterk reageer op beide nuwe en bekende stimuli wanneer die roman voorspel beloning en swak vir beide nuwe en bekende stimuli wanneer bekend vertrou word.

Die alternatiewe moontlikheid is dat die nuwigheid en beloningstatus van inligting onafhanklik is. Volgens hierdie moontlikheid behoort daar geen funksionele interaksie tussen nuwigheid en beloning te wees nie. Met ander woorde, dele van die hippocampus-SN / VTA-lus sou slegs 'n hoof-effek van nuwigheid of beloning uitdruk, maar geen interaksie tussen beide.

Saam met die manipulering van die gebeurlikheid tussen nuutheid en belonings, kan die sleutelmeganismes wat die nuwigheidsreaksies binne die mesolimbiese stelsel bestuur, verstaan. Om hierdie rede het ons 'n paradigma ontwikkel waar monetêre beloning ontvang is, afhangende van die nuutheidstatus van beelde van tonele [Bunzeck, et al.2009]. Dus, die korrekte beloning voorkeure besluite (sien metodes) was slegs moontlik na korrek diskriminerende roman en bekende stimuli. Belangrik, ons het die herkenningsgeheue eendag na enkodering geassesseer en kon dus bepaal in hoeverre komponente van die hippocampale SN / VTA-lus sou korreleer met die beloningverwante verbetering van langtermyngeheue vir nuwe en bekende stimuli.

MATERIAAL EN METODES

Twee eksperimente is uitgevoer. Terwyl die eerste eksperiment (Experiment 1) 'n gedragseksperiment was, was die tweede eksperiment (Experiment 2) betrokke gedragsmaatreëls en fMRI.

onderwerpe

Aan eksperiment 1 het 17 volwassenes deelgeneem (13 vroulik en vier mans; ouderdomsbereik 19–33 jaar; gemiddeld 23.1, SD = 4.73 jaar) en 14 volwassenes het aan eksperiment 2 deelgeneem (vyf mans en nege vroue; ouderdomsbereik: 19–34 jaar) ; gemiddelde = 22.4 jaar; SD = 3.8 jaar). Alle proefpersone was gesond, regshandig en het 'n normale of gekorrigeerde-tot-normale skerpte. Nie een van die deelnemers het 'n geskiedenis van neurologiese, psigiatriese of mediese afwykings of huidige mediese probleme gerapporteer nie. Alle eksperimente is uitgevoer met die skriftelike ingeligte toestemming van elke proefpersoon en volgens die plaaslike etiese goedkeuring (University College London, UK).

Eksperimentele Ontwerp en Taak

In albei eksperimente is drie stelle (1) 'n bekendmakingsfase gevolg deur (2) 'n herkenningsgeheue-gebaseerde voorkeure vir voorkeur-oordeel. Hier is nuwe beelde gebruik vir elke stel wat tot 120-roman en 120-bekende beelde gebruik word. Die eksperimentele prosedures was identies vir beide eksperimente, behalwe dat Experiment 1 op 'n rekenaarskerm uitgevoer is en Experiment 2 in 'n MRI-skandeerder uitgevoer is. (3) Op dag twee herkenningsherhalings vir alle beelde wat aangebied is, is getoets met behulp van die "onthou / weet" -prosedure (sien hieronder).

(1) Bekendstelling: Vakke is aanvanklik vertroud met 'n stel 40 beelde (20 binnenshuise en 20 buite beelde). Hier is elke foto twee keer in willekeurige volgorde vir 1.5 s aangebied met 'n interstimulusinterval (ISI) van 3 s en vakke het die binnenshuise / buitelugstatus aangedui met hul regterhandindeks en middelvinger. (2) Erkenning geheue toets: daarna het vakke 'n 9 minuut herkenning geheue gebaseerde voorkeur oordeel taak (sessie). Hierdie deel (sessie) is verder onderverdeel in twee blokke wat elke 20-beelde uit die bekendmakingsfase bevat (bekend as "bekende beelde") en 20 het voorheen nie beelde voorgelê nie (na verwys as "nuwe beelde"; onderwerpe kan tussen 20 s tussen blokke). In enige gegewe blok het nuwe beelde gedien as CS + en bekende beelde as CS- of andersom (Fig..1). Deelnemers is opdrag gegee om 'n "voorkeur" oordeel aan elke beeld te maak deur middel van 'n twee-keuse knoppie druk wat aandui "Ek verkies" of "Ek verkies nie", afhangende van die gebeurlikheid tussen nuwigheidstatus en versterkingswaarde. Belangrik is die term "voorkeur" en "nie-voorkeur" verwys na die beloning wat die status van die beeld voorspel (afhangende van die kontekstuele gebeurlikheid) eerder as die estetiese eienskappe van die prent.

Figuur 1 

Eksperimentele ontwerp.

Die gebeurlikheid is gerandomiseer en is op die skerm aangedui voor elke lopie deur "Novelty sal beloon word indien verkies" (in hierdie geval het nuwe beelde gedien as CS + en bekende beelde as CS-) of "Bekendheid sal beloon word indien verkies" (hier bekende beelde gedien as CS + en nuwe beelde as CS-). Slegs korrekte 'Ek verkies' antwoorde na 'n CS + wat gelei het tot 'n oorwinning van £ 0.50 terwyl (foutiewe) "Ek verkies" antwoorde volg wat CS-gelei het tot 'n verlies van £ -0.10. Albei korrek "Ek verkies nie" antwoorde wat volg op CS- en (verkeerd) "Ek verkies nie" antwoorde wat volg op 'n CS + wat gelei het om nie te wen of te verloor nie. Beelde is in willekeurige volgorde vir 1 s aangebied, gevolg deur 'n wit fikseringskruis vir 2 s (ISI = 3 s). Om te verseker dat neurale beloningsreaksies beperk is tot die voorgelegde beelde (dws beloningsvooruitsig eerder as uitkoms), is geen terugvoering op proeflopie gegee nie. In plaas daarvan is vakke ingelig oor hul algehele prestasie na elke sessie (met 2 blokke met elke gebeurlikheid). Voor die eksperiment is die vakke opdrag gegee om so vinnig en korrek moontlik te reageer en dat slegs 20% van alle verdienste betaal sal word.

Alle beelde was grysskaal en genormaliseer tot 'n gemiddelde gryswaarde van 127 en 'n standaardafwyking van 75. Nie een van die skerms het mense of dele van mense uitgebeeld wat gesigte op die voorgrond ingesluit het nie.

Opleidingsessies

Elke vak het twee opleidingsessies voor die eksperiment gedoen. Soortgelyk aan die werklike eksperiment, het albei oefenfases begin met 'n vertroudheidsfase, waartydens slegs tien beelde twee keer in ewekansige volgorde aangebied is (duur = 10 s; ISI = 1.5 s) en die proefpersone hul status binne en buite aangedui het. Soos die geval was met die hoofeksperiment, is vertroudheid gevolg deur 'n geheue-gebaseerde taakopname wat bekende en nuwe beelde insluit. Vir opleidingsdoeleindes is in oefensessie 3 'n terugvoer gegee op 'n proef-vir-proef-basis na elke reaksie. In oefensessie 1 is terugvoering van beloning nie onmiddellik na elke stimulus / reaksie getoon nie. Na elke oefensessie is die finansiële beloning van die vak (maksimum £ 2) aan die onderwerp gerapporteer. In eksperiment 1 het proefpersone ook 'n kort opleidingsessie ontvang wat 2 bekende en 10 nuwe beelde per reaksie-gebeurlikheidsblok bevat.

Eendag later het vakke 'n toevallige erkenning geheue toets uitgevoer na aanleiding van die "onthou / weet" -prosedure [Tulving,1985]. Hier, in willekeurige volgorde, is alle 240-voorheen gesiende prente (60 per voorwaarde) saam met 60 nuwe afleidingsfoto's in die middel van 'n rekenaarskerm aangebied. Taak: Die vak het eers 'n "ou / nuwe" besluit gemaak vir elke individueel aangebied prentjie deur hul regter indeks of middelvinger te gebruik. Na 'n "nuwe" besluit is vakke gevra om aan te dui of hulle selfversekerd was ("beslis nuut") of onseker ("raai"), met die gebruik van hul regte indeks en middelvinger. Na 'n "ou" besluit, is vakke gevra om aan te dui of hulle iets spesifiek kon onthou om die toneel te sien om te studeer ("onthou reaksie"), het net vertroudheid met die prentjie gehad sonder enige herinneringe ("bekende" reaksie) of was net aan die raai dat die prentjie 'n ou een was ('raai' reaksie). Die onderwerp het 4 s gehad om elk van beide oordele te maak en na elke 15-prentjie was daar 'n breek van 75 s.

fMRI Metodes

Ons het fMRI uitgevoer op 'n 3-Tesla Siemens Allegra-magnetiese resonansskandeerder (Siemens, Erlangen, Duitsland) met echo-planêre beelding (EPI) met behulp van 'n kwadratuur-transceiverspoel met 'n ontwerp wat gebaseer is op die "voëlkoek" -beginsel. In die funksionele sessie is 48 T2 * -gewigte beelde (EPI-volgorde wat die hele kop dek) per volume met bloed-oksigenasievlak afhanklike (BOLD) kontras verkry (matriksgrootte: 64 × 64; 48 skuins aksiale snye per volume wat by -30 ° in die antero-posterior-as; ruimtelike resolusie: 3 × 3 × 3 mm; TR = 3120 ms; TE = 30 ms; z-shimming voorpulsgradiënt moment van PP = 0 mT / m * ms; positiewe fase en-kodering polariteit). Die fMRI-verkrygingsprotokol is geoptimaliseer om gevoeligheidsgeïnduceerde BOLD sensitiwiteitsverliese in minderwaardige frontale streke en tydelike lobstreke te verminder [Deichmann, et al.2003; Weiskopf, et al. 2006]. Vir elke vak is funksionele data verkry in drie skanderingsessies wat 180 volumes per sessie bevat. Ses addisionele volumes per sessie is aan die begin van elke reeks verkry om 'n bestendige toestand magnetisering moontlik te maak en is daarna weggegooi vir verdere ontleding. Anatomiese beelde van die brein van elke proefpersoon is versamel met behulp van multi-echo 3D FLASH vir die kartering van protondigtheid, T1 en magnetisasie-oordrag (MT) teen 1 mm resolusie [Helms, et al. 2009; Weiskopf en Helms, 2008] en deur T1 geweegde inversie herstel voorbereide EPI (IR-EPI) sekwense (matriks grootte: 64 × 64; 64 snye; ruimtelike resolusie: 3 × 3 × 3 mm). Daarbenewens is individuele veldkaarte aangeteken deur gebruik te maak van 'n dubbele echo FLASH-volgorde (matriksgrootte = 64 × 64; 64 snye; ruimtelike resolusie = 3 × 3 × 3 mm; gap = 1 mm; kort TE = 10 ms; lang TE = 12.46 ms ; TR = 1020 ms) vir vervorming regstelling van die verworwe EPI beelde [Weiskopf, et al. 2006]. Gebruik die "FieldMap toolbox" [Hutton, et al. 2002, 2004] veld kaarte is geskat uit die fase verskil tussen die beelde wat verkry is by die kort en lang TE.

Die fMRI data is vooraf verwerk en statisties ontleed met behulp van die SPM5 sagteware pakket (Wellcome Trust Sentrum vir Neuroimaging, University College London, VK) en MATLAB 7 (The MathWorks, Inc., Natick, MA). Alle funksionele beelde is reggemaak vir beweging artefakte deur aanpassing na die eerste volume; reggestel vir verwringings gebaseer op die veldkaart [Hutton, et al.2002]; gekorrigeer vir die interaksie van beweging en vervorming deur gebruik te maak van die "Unwarp toolbox" [Andersson, et al. 2001; Hutton, et al. 2004]; ruimtelike genormaliseer na 'n standaard T1-geweegde SPM-sjabloon [Ashburner en Friston, 1999] (Daar is gesorg dat veral midbrein-streke in lyn met die standaard-sjabloon is); hermonstreer na 2 × 2 × 2 mm; en gladgemaak met 'n isotrope 4 mm volle breedte half-maksimum Gaussiese kern. So 'n fynskaalse ruimtelike resolusie in kombinasie met 'n relatief klein gladdingskern is die basis om klein klusters van aktivering op te spoor, byvoorbeeld binne die middellyn- en MTL-streke waar differensiële aktiveringspatrone (dws nuwigheidsresponse en interaksies tussen nuwigheid en beloning) ) kan naby geleë wees [Bunzeck, et al. 2010]. Die fMRI tydreeksdata is hooggesuurde filtreer (cutoff = 128 s) en geverf met behulp van 'n AR (1) -model. Vir elke vak is 'n gebeurtenisverwante statistiese model bereken deur 'n "stokfunksie" te skep vir elke gebeurtenis se aanvang (duur = 0 s), wat verwant was aan die kanoniese hemodinamiese responsfunksie gekombineer met tyd- en dispersie-afgeleides. [Friston, et al. 1998]. Gemodelleerde voorwaardes sluit in nuwe beloonde, roman-nie-beloonde, bekende beloonde, bekende nie-beloonde en verkeerde antwoorde. Om oorblywende bewegingsverwante artefakte te vang, is ses kovariate ingesluit (die drie rigiede liggaamsvertaling en drie rotasies voortspruitend uit herrangskikking) as regressors van geen belang nie. Streeks spesifieke toestand effekte is getoets deur lineêre kontraste vir elke vak en elke toestand (eerste vlak analise) te gebruik. Die gevolglike kontrasbeelde is ingeskryf vir 'n tweevlak-ewekansige analise. Hier word die hemodinamiese effekte van elke toestand beoordeel deur gebruik te maak van 'n 2 × 2-ontleding van variansie (ANOVA) met die faktore "beloning" (lonend, nie lonend) en "nuwigheid" (roman, bekend). Hierdie model het ons toegelaat om te toets vir hoofuitwerkings van nuwigheid, hoof-effekte van beloning en die interaksie tussen beide. Alle kontraste is gedrempel by P = 0.001 (ongecorrigeerd) behalwe die regressie ontledings (P = 0.005, ongecorrigeerd). Beide relatief liberale drempels is gekies gebaseer op ons presiese a priori-anatomiese hipoteses binne die mesolimbiese stelsel.

Die anatomiese lokalisering van beduidende aktivasies is beoordeel aan die hand van die standaard stereotaksiese atlas deur die SPM-kaarte op een van twee groepsjablone te plaas. 'N T1-geweegde en 'n MT-geweegde groepsjabloon is afgelei van die gemiddelde van al die proefpersone se genormaliseerde T1- of MT-beelde (ruimtelike resolusie van 1 × 1 × 1 mm). Terwyl die T1-sjabloon anatomiese lokalisering buite die middelbrein op MT-beelde moontlik maak, kan die SN / VTA-streek van die omliggende strukture onderskei word as 'n helder streep, terwyl die aangrensende rooi kern en serebrale stomp donker lyk [Bunzeck en Duzel,2006; Bunzeck, et al. 2007; Eckert, et al. 2004].

Let daarop dat ons verkies om die term SN / VTA te gebruik en om verskeie redes BOLD aktiwiteit van die hele SN / VTA kompleks te oorweeg [Duzel, et al.2009]. In teenstelling met vroeë formulerings van die VTA as 'n anatomiese entiteit, word verskillende dopaminerge projeksiepaaie versprei en oorvleuel in die SN / VTA-kompleks. In die besonder, dopamienneurone wat na die limbiese streke projekteer en beloningsgerigte gedrag reguleer, word nie beperk tot die VTA nie, maar hulle word ook versprei oor die SN (pars compacta) [Gasbarri et al. 1994, 1997; Ikemoto, 2007; Smith en Kieval, 2000]. Funksioneel is dit parallel met die feit dat DA en neur in die SN en VTA op beide beloning en nuwigheid reageer [sien byvoorbeeld Ljungberg et al., 1992 of Tobler, et al., 2003 vir 'n uitbeelding van opname terreine].

RESULTATE

Alle ontledings (gedrags- en fMRI) is gebaseer op proewe met korrekte voorkeurresponse.

eksperiment 1

Vakke onderskei tussen toestande in beide kontekste met hoë akkuraatheid (Tabel I) en daar was geen statisties beduidende verskille tussen toestande nie. Reaksietyd (Fig. 2A) ontleding het aan die lig gebring dat vakke die vinnigste op bekende beloning gereageer het wat stimuli voorspel het (almal Pse <0.007), maar daar was geen verskil tussen die ander drie toestande nie (roman-beloon, roman-nie-beloon, bekend-nie-beloon nie; almal P's> 0.05).

Figuur 2 

Gedragsresultate. (A) Reaksietye. In beide eksperimente was RTs aansienlik vinniger vir bekende beloonde beelde in vergelyking met alle ander toestande (almal P <0.01) - soos aangedui deur die sterretjie - maar daar was geen ander verskil nie ...
Tabel I 

Gedragsresultate

Erkenning geheue prestasie-tweede dag. Erkenning geheue analise is gebaseer op beide treffers (onthou antwoorde, ken antwoorde volgende prente wat voorheen tydens kodering voorgekom is), en valse alarms ([FA]: onthou, weet aan afleidings). In 'n eerste stap het ons die verhouding van onthou- en kennis-antwoorde vir ou en nuwe beelde bereken (dws treffers en FA-koerse) deur die aantal treffers (en FA onderskeidelik) te verdeel deur die aantal items per toestand. Tweedens is gekorrigeerde slaagsyfers verkry vir onthou-antwoorde ([Rcorr], onthou slaagsyfer min onthou FA-koers) en kennismaking ([Kcorr], weet slaagsyfer minus bekende FA-koers) (sien Tabel II). In 'n beplande vergelyking het ons die effek van beloning op algehele herkenningsgeheue (gekorrigeerde slaagsyfer = Rcorr + Kcorr) vir nuwe en bekende beelde beoordeel. Dit het getoon dat beloning aansienlik verbeterde geheue vir nuwe beelde vergelyk met nuwe nie-beloonde beelde (P = 0.036), maar daar was nie so 'n verbetering van algehele geheue deur beloning vir bekende beelde nie (P > 0.5; Fig 2). Verder was die toenemende effek van beloning op herkenningsgeheue vir nuwe beelde net so sterk vir herinnering en vertroudheid soos onthul deur ontleding van variansie (ANOVA; geen interaksie tussen beloning en herkenningsgeheue tipe [F(1,16) = 2.28, P > 0.15)].

Tabel II 

Erkenningsgeheue

eksperiment 2

Soos in Eksperiment 1 het vakke gediskrimineer tussen toestande in beide kontekste met hoë akkuraatheid en geen beduidende verskille tussen toestande nie (Tabel I). Soos in Eksperiment 1, reaksietyd (Fig. 2A) analise het getoon dat antwoorde aansienlik vinniger was vir bekende beloning wat stimuli voorspel het (almal Pse <0.001), maar daar was geen verskil tussen die ander drie toestande nie (roman-beloon, roman-nie-beloon, bekend-nie-beloon nie; almal P's> 0.05).

Erkenning geheue prestasie-tweede dag. In teenstelling met Experiment 1, was herkenningsgeheue vir nuwe beloonde beelde nie aansienlik verbeter in vergelyking met nuwe onbeloonde beelde nie (nie algehele herkenningsgeheue of Rcorr / Kcorr nie; P > 0.05, Tabel II). In teenstelling met Experiment 1, in Experiment 2 herinnering vir bekende beloonde beelde is aansienlik verbeter in vergelyking met bekende nie-beloonde beelde (P = 0.001, Tabel II) wat lei tot verbeterde algehele geheue (Rcorr + Kcorr) vir bekende beloonde vergeleke met bekende nie-beloonde beelde (daar was geen beduidende verskil tussen die gekorrigeerde kennis van bekende beloonde en bekende nie-beloonde beelde, P > 0.05). Verder is data in Tabel II en Figuur 2B toon dat algehele geheue prestasie aansienlik laer was in Experiment 2 in vergelyking met Experiment 1, wat ondersteun is deur 'n gemengde effek ANOVA.

fMRI resultate-beloning gebaseerde herkenning geheue toets. Eerstens het ons fMRI data geanaliseer met behulp van 'n 2 × 2 ANOVA met faktore "nuwigheid" (roman, bekend) en "beloning" (beloning, geen beloning). Ons het 'n hoof effek van nuwigheid in bilaterale mediale orbitofrontale korteks (mOFC) en die regte MTL, insluitend die hippokampus en rhinale korteks, gevind (Fig 3; sien Ondersteunende Inligtingstabel S1 vir 'n volledige lys van geaktiveerde breinstrukture). 'N Belangrike effek van beloning is waargeneem binne die bilaterale caudaat, septum / fornix, ventrale striatum (ncl. Accumbens), bilaterale mOFC en mediale prefrontale korteks (mPFC) (Fig 4; Ondersteunende Inligtingstabel S1). Hierdie twee hoof-effekte is uitsluitlik gemaskeer met die effekte van interaksies (eksklusiewe maskering, P = 0.05, ongecorrigeerd) om slegs die streke te identifiseer wat hoofeffekte uitgedruk het in die afwesigheid van enige interaksie.

Figuur 3 

fMRI resultate Eksperiment 2. 'N Belangrike effek van nuwigheid is waargeneem binne die regte hippokampus (A), rinale korteks (B) en mediale OFC (C). Aktiveringskaarte is op 'n T1-geweegde groepsjabloon geplaas (sien metodes), koördinate word in MNI-ruimte gegee ...
Figuur 4 

fMRI resultate Eksperiment 2. 'N Belangrike effek van beloning is waargeneem binne die striatum, insluitende ncl. accumbens (A) en caudate ncl. (C), septum / fornix (B), mediale PFC (C) en mediale OFC (D). Aktiveringskaarte is op 'n T1-geweegde groepsjabloon geplaas ...

Om ons twee voorspellings oor die eksplorasie bonus hipotese te toets, het ons twee addisionele ontledings uitgevoer. Eerstens, binne breingebiede wat 'n hoof effek van beloning ontleed het, het ons ook 'n sterker reaksie getoon vir nuwe belonings as bekende beloonde stimuli (dws, samehang). Hierdie analise het nie betekenisvolle resultate opgelewer wat daarop dui dat daar geen breinstreke was waar die roman 'n sterker beloningsvoorspellingsreaksie gehad het as om bekend te wees nie. Tweedens het ons die interaksie (F-kontras) tussen nuutheid en beloning beoordeel. So 'n interaksie is in verskeie breinstreke uitgespreek, insluitend die regte hippokampus, minderwaardige frontale gyrus en regter OFC (Ondersteunende Inligtingstabel S1, Fig 5). Spesifiek, die hippokampus het die verwagte interaksiepatroon getoon met hoër antwoorde vir stimuli wat aangebied word in die konteks waar die roman beloon word (T-kontras). Dit beteken dat die hippocampale aktiwiteit hoër was vir nuwe beloonde stimuli en bekende onbetaalde stimuli (let daarop dat albei hierdie stimuli in dieselfde konteks aangebied is) as vir nuwe onbeloonde en bekende beloonde stimuli. (Let daarop dat beide hierdie stimuli in die dieselfde konteks). Beplande post hoc vergelyking bevestig statisties beduidende verskille tussen nuwe beloonde vs roman nie-beloonde (P <0.025) en bekende beloon versus bekende nie-beloon (P <0.01; Fig 5).

Figuur 5 

fMRI resultate Eksperiment 2. 'N Interaksie tussen nuwigheid en beloning is waargeneem binne die hippokampus en OFC. Binne die hippocampus is antwoorde op bekende, nie-beloonde items verbeter in vergelyking met bekende beloonde items indien dit in konteks aangebied word. ...

Daar moet kennis geneem word dat die aktiveringspatroon vir die interaksie tussen nuwigheid en beloning (36, -14, -16; Fig 5) is aangrensend maar nie identies aan die aktivering van 'n hoof-effek van nuwigheid nie, wat ook in die regte hippokampus geleë is (28, -14, -20; Fig 3). Sulke differensiële aktiveringspatrone stem ooreen met ons hipoteses, selopnames in diere en menslike fMRI-studies. Byvoorbeeld, diernavorsing het getoon dat verskillende hippocampale neurone binne dieselfde taak kan reageer op verskillende eienskappe (soos nuwigheid of vertroudheid). [Brown and Xiang,1998]. In ooreenstemming met hierdie waarnemings het ons by mense getoon dat ruimtelik afsonderlike hippocampale aktiverings die differensiële eienskappe van nuwigheidsverwerking, absolute nuwigheidseine, aanpassingsgewyste nuwigheidseine en nuwigheidsvoorspellingsfoute kan weerspieël. ([Bunzeck, et al. 2010], Ondersteunende Inligting Fig. S4). Johnson et al. (2008) het gerapporteer dat ruimtelik baie nabye klusters van aktivering baie verskillende reaksies op nuwigheid toon: een groep het 'n kategoriese verskil tussen nuwe items en ou items getoon, terwyl die ander groep 'n lineêre responsvermindering toon as 'n funksie van verhoogde bekendheid van die stimulus. Om die moontlikheid van 'n vals positiewe resultaat verder uit te sluit, het ons egter die kleinvolume-regstelling aan beide aktiveringspatrone toegepas deur die regter-anterior hippokampus as volume te gebruik. Die analise het statistiese betekenisvolheid bereik (P ≤ 0.05; FWE-reggemaak).

Uiteindelik het ons probeer om die verband tussen geheueverbetering en streeksbreinaktiwiteitspatrone met behulp van regressie-ontledings te beloon (alle ontledings is uitgevoer met data van Experiment 2). Eerstens, die kontras roman beloon versus roman nie beloonde beelde is aangegaan in 'n tweede vlak eenvoudige regressie analise met behulp van individuele geheue verbetering deur beloning as regressor (Δ gekorrigeerde slaagsyfer = reggemaak slaagsyfer [Rcorr + Fcorr] vir die nuwe beloonde - gekorrigeerde slaagsyfer vir nuwe nie-beloonde). Hierdie analise is gemotiveer deur ons aanvanklike waarneming van verbeterde algehele geheue (dws herinnering en bekendheid) vir nuwe beelde deur beloning (Experiment 1) en vorige soortgelyke bevindinge [Adcock, et al.2006; Krebs, et al. 2009; Wittmann, et al. 2005]. Dit het 'n beduidende positiewe korrelasie tussen hemodinamiese response (HR) en herkenningsgeheueverbetering in die SN / VTA, regter-anterior MTL (kruising van rhinale korteks hippocampus / amygdala) en regter ventrale striatum (Fig 6, Ondersteunende Inligtingstabel S1 vir alle geaktiveerde streke). In 'n tweede regressie-analise is dieselfde kontras vir bekende beelde (bekende belonings teen bekende nie-beloning) gekorreleer met individuele verbeterde herinneringskoers. (Gedragsgedrag is aansienlik verbeter vir bekende beloonde vertonings in vergelyking met nie-beloonde beelde, maar daar was geen verbetering in Fcorr). Aangesien RTs vir bekende beloonde beelde aansienlik vinniger was as vir bekende nie-beloonde beelde, is die verskil tussen beide vir elke vak ook as regressor ingevoer. Hier was ons slegs geïnteresseerd in die streke wat 'n beduidende positiewe verband tussen HR-verskille (bekende beloonde teen bekende nie-beloonde) en verhoogde herinneringskoers (bekende beloonde teen bekende nie-beloonde) getoon het, maar nie dié wat ook 'n verband getoon het met RT verbetering. Hierdie analise het soortgelyke effekte aan die eerste regressie-analise getoon, naamlik 'n beduidende korrelasie tussen HR en beloningverwante herwinningskoersverbetering binne die ventrale striatum (links), regterhippokampus en linkerkantse korteks (Fig 7, Ondersteunende Inligtingstabel S1), maar geen korrelasie binne die SN / VTA nie. 'N Statisties sensitiewe nadere analise van die SN / VTA voxel [4, -18, -16] wat 'n beduidende korrelasie vir nuwe beelde toon, het ook geen verband tussen hemodinamiese response en verbeterde herinneringskoers vir bekende beelde aangetoon nie (r = -0.07, P = 0.811).

Figuur 6 

fMRI resultate Eksperiment 2-regressie analise. 'N Beduidende korrelasie tussen herkenningsgeheueverbetering vir nuwe belonings in vergelyking met nie-beloonde beelde (Δ gekorrigeerde slaagsyfer) en hemodinamiese reaksieverskille tussen roman ...
Figuur 7 

fMRI resultate Eksperiment 2-regressie analise. 'N Beduidende korrelasie tussen herwinningskoersverbetering vir bekende beloon in vergelyking met bekende nie-beloonde beelde (Δ herinneringskoers) en hemodinamiese responsverskille tussen ...

BESPREKING

Ons bevinding dat 'n groep voxels binne die MTL (insluitend hippokampus en rhinale korteks) 'n hoofuitwerking van nuwigheid toon, maar nie 'n hoof effek van beloning nie (Fig. 3A, B), ondersteun die idee dat die hippokampus en rhinale korteks die nuutheid onafhanklik van beloningswaarde kan aandui. Hierdie bevinding stem ooreen met 'n wye verskeidenheid dier- en mensstudies wat daarop dui dat beide die hippokampus en rhinale korteks sensitief is vir nuwigheid [Brown and Xiang,1998; Dolan en Fletcher, 1997; Knight, 1996; Lisman en Grace, 2005; Vreemd, et al. 1999; Yamaguchi, et al. 2004]. 'N Ander streek binne die hippokampus het egter ook die hipotetiese interaksie van nuwigheid en beloning getoon (Fig 5) met aansienlik verbeterde hemodinamiese reaksies op bekende onbeloonde beelde indien dit aangebied word in 'n konteks waar die roman beloon word.

Hierdie interaksie van nuwigheid en beloning in die hippokampus bied bewyse vir ons tweede voorspelling van 'n kontekstuele effek in ooreenstemming met die eksplorasie bonus raamwerk (sien [Sutton and Barto,1981] vir 'n formele beskrywing van die eksplorasiebonus binne die eksplorasie-uitbuiting dilemma. Gebaseer op die idee dat nuwigheid kan optree as 'n verkenningsbonus vir beloning [Kakade en Dayan, 2002] Ons het voorspel dat in 'n konteks waarin die roman beloon word, verbeterde verkenning moet word, ook van die bekende stimuli (selfs wanneer dit onbeloond is). Verenigbaar met hierdie moontlikheid, het bekende stimuli sterker hippocampale aktiwiteit opgedoen in 'n konteks waar die beskikbaarheid van beloning aangedui word deur roman te wees in vergelyking met 'n konteks waar beloning deur bekende bekend gemaak word. Hierdie kontekstuele verbeterde neurale aktivering binne die hippokampus tydens kodering het egter nie direk in langtermyngeheue vertaal nie, dit is beter geheue vir bekende items wanneer dit in konteks aangebied word met nuwe voordele wat voorwerpe voorspel. In plaas daarvan is erkenningsprestasie gedryf deur die beloning wat die status van 'n item voorskryf vir sowel eksperiment (eksperiment 1) as bekende (eksperiment 2) stimuli (sien hieronder). Dit dui daarop dat in 'n eksperimentele omgewing waarin beloningsvoorspelling en kontekstuele nuwigheid albei leer kan beïnvloed, kan beloningsvoorspelling die oorheersende invloed uitoefen.

Nog 'n voorspelling aangaande die eksplorasie bonus raamwerk is nie bevestig nie. Ons het geen breinstreke gevind wat 'n hoofeffek van beloning uitgestal het nie en terselfdertyd 'n aansienlik sterker aktiwiteit vir nuwe belonings as bekende beloonde beelde. Op die eerste oogopslag lyk hierdie negatiewe bevinding in stryd met vorige studies [Krebs, et al.2009; Wittmann, et al. 2008]. In beide, die Krebs et al. [ 2009] en die Wittmann et al. [ 2008] studie, verhoogde beloning voorspelling vir nuwe stimuli is gevind onder toestande waar die nuwigheidstatus van stimuli implisiet was en deelnemers bygewoon het om onvoorsiene te beloon. Trouens, Krebs et al. berig dat hierdie verbetering nie afwesig was as deelnemers aan die nuwigheidstatus van stimuli aandag gegee het nie, eerder as om die gebeurlikheid te beloon. (Let egter daarop dat in Krebs et al. nuwigheidstatus per se nie voorspelbaar was van beloning nie). Dus, in teenstelling met die kontekstuele interaksie tussen nuwigheid en beloning (Fig 5), kan hierdie aspek van die eksplorasiebonus sterk taakafhanklik wees slegs wanneer vakke kan bywoon om gebeurlikhede te beloon sonder om nuwigheid te evalueer. Daar is aan die hand van knaagdierstudies voorgestel dat prefrontale en hippocampale insette met mekaar meeding vir beheer oor die nukleusakkapels ('n deel van die ventrale striatum) [Goto and Grace, 2008]. Dit is waarskynlik dat taakverwante aandag aan nuwigheid of beloning so 'n kompetisie sal beïnvloed.

Erkenning geheue tellings van Experiment 1 (Fig 2) was goed verenigbaar met die eksplorasie bonus raamwerk in die vertoon van 'n beloning-verwante gedrags verbetering van langtermyn geheue prestasie vir die roman, maar nie vir bekende stimuli. Die gedragsresultate wat verkry is onder toestande waar kodering in die fMRI-skandeerder (Experiment 2) plaasgevind het, was egter anders in die geheue vir bekende stimuli, het 'n verbetering deur beloning getoon. (Vir nuwe stimuli het hierdie verbetering nie betekenis gekry nie). Een rede vir hierdie teenstrydigheid kan wees dat in Eksperiment 1 die koderingskonteks en die herwinningskonteks die volgende dag identies was (vakke geleer en in dieselfde kamer getoets). Vir Eksperiment 2 was hulle anders (vakke wat in die fMRI en is in 'n toetskamer getoets). Dit is welbekend dat veranderinge tussen kodering en herwinningskonteks diepgaande invloede op geheueprestasie kan hê [Godden en Baddeley,1975]. In kombinasie met hierdie moontlikheid was die geheue prestasie aansienlik laer in Experiment 2 as in Experiment 1 (Fig 2). Sulke konteks-effekte kan ook gelei het tot die teenstrydigheid in die gedragspatrone waargeneem in eksperimente 1 en 2.

Die ventrale striatum (Fig. 4A) en mediale prefrontale korteks (Fig. 4 C, D) het die belangrikste effekte van verwagte beloningswaarde uitgedruk. In ons taakbeloningsvoorspelling was afhanklik van eksplisiete nuwigheidsdiskriminasie en dus blyk dit dat streke wat verwagte beloningswaarde (ventrale striatum, septum / fornix) uitdruk, toegang tot inligting oor geheue vir die voorgestelde prent vereis. 'N Waarskynlike oorsprong van sulke verklarende geheue inligting is die MTL. Trouens, hippokampus en rhinale korteks, as deel van die MTL, het nie net die hoof-effek van nuwigheid uitgespreek nie, maar hulle is ook bekend om efferente na die ventrale striatum en die mediale prefrontale korteks te stuur (let op die projeksie van rhinale korteks na die NAcc stam hoofsaaklik uit die entorhinale korteks [Friedman, et al.2002; Selden, et al. 1998; Thierry, et al. 2000]). Die presiese meganismes en berekeningsprosesse, wat geïmpliseer kan word in die vertaling van nuutheid in beloningsreaksies, is egter onduidelik. Dit behels moontlik die mediale prefrontale korteks (insluitend orbitale dele) wat - in lyn met vorige studies [O'Doherty, et al. 2004; Ranganath en Rainer, 2003] -Uitdrukking van beide nuwigheid en beloningverwante aktivering (Fig. 3C en 4C, D).

Die funksionele implikasies van ons resultate ten opsigte van die voorstelling van nuwigheids- en beloningsreaksies in die hippokampus, SN / VTA, ventrale striatum en mediale PFC word opgesom in Figure8. Om hierdie model te ondersteun, het ons 'n verband tussen die aktivering van ons streke van belang bereken, met behulp van 'n Spearman-korrelasie-analise vir elke vak op die ontbinde tydreeks, om 'n groepskorrelasiekoëffisiënt R en 'n P-waarde.

Figuur 8 

Skematiese illustrasie van die funksionele verband tussen hippokampus, Nukleus accumbens (NAcc), mediale prefrontale korteks (mPFC) en substantia nigra / ventrale tegmentale area (SN / VTA). Om hierdie model te ondersteun, het ons 'n verband tussen ...

Aangesien beloning afhanklik was van nuwigheid en die enigste streek wat beide tipes seine voorgestel het, was die mPFC, sal hierdie streek waarskynlik die bron wees van nuwigheidsgebaseerde beloningstekening (R = 0.09; P <0.001). Die hippocampus, aan die ander kant, is waarskynlik die bron van die nuwigheidsein vir die mPFC (R = 0.11; P <0.001). Dit is aanneemlik, aangesien daar direkte projeksies vanaf die hippokampus na mPFC is [Ferino, et al.1987; Rosene en Van Hoesen, 1977]. Dit is ook waarskynlik dat die mPFC-beloningssein dan na die NAcc oorgedra word (R = 0.09; P <0.001) en die SN / VTA (R = 0.03; P = 0.08). Daar moet kennis geneem word dat die SN / VTA-sein slegs met die nuwigheid-responsiewe mPFC verband hou (R = 0.03; P = 0.08), maar nie die beloning-responsiewe mPFC nie (R = 0.007; P > 0.6). Dit dui daarop dat mOFC-insette tot die SN / VTA sterker kan ontstaan ​​uit die mPFC-streke wat verband hou met die verwerking van nuwighede eerder as om beloning te verwerk. Ons waarneming dat die mPFC reageer op nuwigheid en korreleer met die SN / VTA-sein, is ook versoenbaar met die voorstel [Lisman en Grace, 2005] dat die PFC 'n bron van 'n nuwigheidsein is in dopaminerge kringe. Die rol van die NAcc in nuwigheidsaanwysing bly egter nog onduidelik. [Duzel, et al. 2009]. Dit is, hoewel ons nie nuwigheidseine binne die NAcc waargeneem het nie, was daar 'n sterk verband tussen seine in die NAcc en nuwigheid-responsiewe MOFC-streke (R = 0.09; P <0.001), NAcc en nuwigheid reageer hippocampus streke (R = 0.15; P <0.001), en die NAcc en SN / VTA (R = 0.19; P <0.001). Ten slotte moet daarop gelet word dat die pyle in ons model aangenome rigtinggewendheid aandui op grond van bekende projeksies eerder as kwantitatief geskatte oorsaaklikheid.

Beloningsverwante verbetering van herkenningsgeheue is gekorreleer met ventrale striatum, SN / VTA en MTL aktivering (Fig 6). 'N Belangrike aspek van hippocampale leer en plastisiteit is 'n vereiste vir DA in die uitdrukking van die laatfase-LTP (langtermyn potensiering), maar nie vroeë fase LTP nie [Frey and Morris,1998; Frey, et al. 1990; Huang en Kandel 1995; Jay 2003; Morris 2006]. Dit ondersteun die siening dat DA benodig word vir geheue-konsolidasie op lang termyn, wat ondersteun word deur onlangse gedragsdata by knaagdiere [O'Carroll, et al. 2006]. Ons data is verenigbaar met hierdie siening om 'n verband tussen langtermyn-geheueverbetering deur beloning eendag na kodering en aktivering binne vermeende dopaminerge streke en hippokampus te toon. In die besonder, sien ons 'n korrelasie vir nuwe beloonde vs nie-beloonde items binne SN / VTA, ventrale striatum en hippocampus en 'n korrelasie vir bekende beloonde teen nie-beloonde items binne ventrale striatum en hippocampus. Aangesien die ventrale striatum 'n primêre uitsetstruktuur van die dopaminerge middelbrein (SN / VTA) is [Fields, et al. 2007] ons resultate dui daarop dat 'n vermoë om 'n beloningverwante verbetering van langtermyngeheue deur die hippocampus-SN / VTA te waarneem, nie beperk is tot nuwe stimuli nie, maar geld ook vir bekende stimuli. Trouens, dit is waarskynlik dat die mate van vertroudheid onder die klas van bekende stimuli (tydens kodering) redelik veranderlik was en dat die stimuli waarvan die kodering die meeste van beloning was, die minste bekend was (relatief mees roman). Daarom is dit redelik om te aanvaar dat korrelasies vir die roman en bekende stimulus klasse deur dieselfde meganismes gedryf word.

Ons het ook 'n hoof effek van beloning in die septum / fornix waargeneem (Fig. 4B), 'n streek wat waarskynlik cholinergiese neurone sal hok wat na mediale temporale strukture uitwerk. Interessant genoeg toon dierstudies dat soortgelyk aan DA neurone, cholinergiese neurone (in die basale voorhoede) reageer op nuwigheid en habituate wanneer stimulus bekend word [Wilson and Rolls,1990b]. In take waar bekende stimuli voorspel beloning, weerspieël die aktiwiteit van basale voorhoedse neurone beloningsvoorspelling eerder as nuwigheidstatus [Wilson and Rolls, 1990a]. Ons bevindinge (Fig. 4B) is verenigbaar met die waarneming van Wilson and Rolls (1990a) alhoewel ons nie kan sê in watter mate hierdie aktiverings eintlik response van cholinergiese neurone behels nie.

Saam vat ons onlangse waarnemings dat die aktiwiteit van die ventrale striatum, SN / VTA, hippokampus en rhinale korteks korreleer met beloningsverwante geheueverbetering wat verenigbaar is met die hippocampus-SN / VTA-lus. Dit is belangrik dat ons bevindinge nuwe sleutel insigte gee oor die funksionele eienskappe van die komponente van hierdie lus. In 'n taak waarin die nuwigheidstatus van 'n voorwerp voorspel het, het die hippokampus die nuwigheidstatus verkieslik uitgespreek, terwyl ventrale striatum-aktiwiteit die beloningswaarde onafhanklik van nuwigheidstatus weerspieël het. Die mediale PFC (insluitend orbitale dele) was waarskynlik die plek waar die nuwigheids- en beloningssignale geïntegreer is, aangesien dit beide nuwigheid en beloningseffekte uitgedruk het en is bekend dat dit met die hippokampus en ventrale striatum verbind is. Ten slotte, in lyn met die eksplorasie bonus teorie [Kakade en Dayan,2002] Nuwe beloning wat stimuli voorspel het, het kontekstuele versterkende effekte uitgeoefen op bekende (nie-beloonende) items wat uitgedruk word as verhoogde neurale response binne die hippokampus.

Erkennings

Ons wil graag K. Herriot bedank vir ondersteuning in die verkryging van data.

Bykomende ondersteunende inligting kan gevind word in die aanlyn weergawe van hierdie artikel.

Verwysings

  • Adcock RA, Thangavel A, Whitfield-Gabrieli S, Knutson B, Gabrieli JD. Beloningsgerigte leer: Mesolimbiese aktivering voorafgaande geheueformasie. Neuron. 2006; 50: 507-517. [PubMed]
  • Andersson JL, Hutton C, Ashburner J, Turner R, Friston K. Modellerende geometriese vervormings in EPI tydreekse. Neuro Image. 2001; 13: 903-919. [PubMed]
  • Ashburner J, Friston KJ. Nie-lineêre ruimtelike normalisering deur basisfunksies te gebruik. Hum Brain Mapp. 1999; 7: 254-266. [PubMed]
  • Berridge KC. Die debat oor die rol van dopamien in die beloning: die saak vir aansporing van aansporing. Psigofarmakologie (Berl) 2007; 191: 391–431. [PubMed]
  • Bruin MW, Xiang JZ. Erkenningsgeheue: neuronale substrate van die oordeel van vorige voorkoms. Prog Neurobiol. 1998; 55: 149-189. [PubMed]
  • Bunzeck N, Duzel E. Absolute Kodering van Stimulusnuus in die Human Substantia Nigra / VTA. Neuron. 2006; 51: 369-379. [PubMed]
  • Bunzeck N, Schutze H, Stallforth S, Kaufmann J, Duzel S, Heinze HJ, Duzel E. Mesolimbiese nuwigheidsverwerking in ouer volwassenes. Cereb Cortex. 2007; 17: 2940-2948. [PubMed]
  • Bunzeck N, Doeller CF, Fuentemilla L, Dolan RJ, Duzel E. Reward motivering versnel die aanvang van neurale nuwigheidseine in mense na 85 millisekondes. Curr Biol. 2009; 19: 1294-1300. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  • Bunzeck N, Dayan P, Dolan RJ, Duzel E. 'n Algemene meganisme vir adaptiewe skaal van beloning en nuwigheid. Hum Brain Mapp. 2010; 31: 1380-1394. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  • Deichmann R, Gottfried JA, Hutton C, Turner R. Geoptimaliseerde EPI vir fMRI studies van die orbitofrontale korteks. Neuro Image. 2003; 19 (2 Pt 1): 430-441. [PubMed]
  • Devenport LD, Devenport JA, Holloway FA. Beloning-geïnduseerde stereotipie: Modulasie deur die hippokampus. Wetenskap. 1981; 212: 1288-1289. [PubMed]
  • Dolan RJ, Fletcher PC. Dissociasie prefrontale en hippocampale funksie in episodiese geheue kodering. Aard. 1997; 388: 582-585. [PubMed]
  • Duzel E, Bunzeck N, Guitart-Masip M, Wittmann B, Schott BH, Tobler PN. Funksionele beeldvorming van die menslike dopaminerge middelbrein. Neigings Neurosci. 2009; 32: 321-328. [PubMed]
  • Eckert T, Sailer M, Kaufmann J, Schrader C, Peschel T, Bodammer N, Heinze HJ, Schoenfeld MA. Differensiasie van idiopatiese Parkinson-siekte, veelvuldige stelselatrofie, progressiewe supranukleêre verlamming en gesonde beheermaatreëls met behulp van beeldvorming met magnetiseringoordrag. Neuroimage. 2004; 21: 229–235. [PubMed]
  • Ferino F, Thierry AM, Glowinski J. Anatomiese en elektrofisiologiese bewyse vir 'n direkte projeksie vanaf Ammon se horing na die mediale prefrontale korteks in die rot. Exp Brain Res. 1987; 65: 421–426. [PubMed]
  • Velden HL, Hjelmstad GO, Margolis EB, Nicola SM. Ventrale Tegmentale Area Neurons in Geleerde Appetitiewe Gedrag en Positiewe Versterking. Annu Rev Neurosci. 2007; 30: 289-316. [PubMed]
  • Frey U, Morris RG. Sinaptiese kodering: implikasies vir die laat instandhouding van langtermyn potensiaal vir hippocampus. Neigings Neurosci. 1998; 21: 181-188. [PubMed]
  • Frey U, Schroeder H, Matthies H. Dopaminerge antagoniste voorkom langtermyn-instandhouding van posttetaniese LTP in die CA1-streek van rat-hippokampale snye. Brein Res. 1990; 522: 69-75. [PubMed]
  • Friedman DP, Aggleton JP, Saunders RC. Vergelyking van hippocampus-, amygdala- en peririnale projeksies aan die kernklemmer: gekombineerde anterograde- en retrograde-spore-studie in die Macaque-brein. J Comp Neurol. 2002; 450: 345-365. [PubMed]
  • Friston KJ, Fletcher P, Josephs O, Holmes A, Rugg MD, Turner R. Gebeurtenis-verwante fMRI: kenmerkende differensiële response. Neuro Image. 1998; 7: 30-40. [PubMed]
  • Gasbarri A, Packard MG, Campana E, Pacitti C. Anterograde en retrograde opsporing van projeksies vanaf die ventrale tegmentale area na die hippocampale vorming in die rat. Brein Res Bull. 1994; 33: 445-452. [PubMed]
  • Gasbarri A, Sulli A, Packard MG. Die dopaminerge mesencefaliese projeksies vir die hippocampale vorming in die rat. Prog Neuropsychopharmacol Biol Psychiatry. 1997; 21: 1-22. [PubMed]
  • Godden DR, Baddeley AD. Kontekste-afhanklike geheue in twee natuurlike omgewings: Op land en onder water. Britse Tydskrif vir Sielkunde. 1975; 66: 325-331.
  • Gaan na Y, Grace AA. Limbiese en kortikale inligting verwerking in die kern accumbens. Neigings Neurosci. 2008; 31: 552-558. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  • Helms G, Draganski B, Frackowiak R, Ashburner J, Weiskopf N. Verbeterde segmentering van diep brein grys materie strukture met behulp van magnetisering oordrag (MT) parameter kaarte. Neuro Image. 2009; 47: 194-198. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  • Holscher C, Jacob W, Mallot HA. Beloning modulateer neuronale aktiwiteit in die hippokampus van die rat. Behav Brain Res. 2003; 142: 181-191. [PubMed]
  • Huang YY, Kandel ER. D1 / D5 reseptor agoniste veroorsaak 'n proteïensintese afhanklike laat potensiering in die CA1 streek van die hippocampus. Proc Natl Acad Sci VSA A. 1995; 92: 2446-2450. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  • Hutton C, Bork A, Josephs O, Deichmann R, Ashburner J, Turner R. Beeldvervormingskorreksie in fMRI: 'n Kwantitatiewe evaluering. Neuro Image. 2002; 16: 217-240. [PubMed]
  • Hutton C, Deichmann R, Turner R, Andersson JL. 2004. Gekombineerde regstelling vir meetkundige vervorming en die interaksie daarvan met kopbeweging in fMRI; Verrigtinge van ISMRM 12, Kyoto, Japan.
  • Ikemoto S. Dopamienbeloningskring: Twee projeksiestelsels vanaf die ventrale middelbrein na die kern accumbens-olfaktoriese tuberkelkompleks. Brein Res Ds. 2007; 56: 27-78. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  • Jay TM. Dopamien: 'n potensiële substraat vir sinaptiese plastisiteit en geheuemeganismes. Prog Neurobiol. 2003; 69: 375-390. [PubMed]
  • Johnson JD, Muftuler LT, Rugg MD. Meervoudige herhalings toon funksioneel en anatomies duidelike patrone van hippocampale aktiwiteit tydens deurlopende herkenningsgeheue. Hippokampus. 2008; 18: 975-980. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  • Kakade S, Dayan P. Dopamien: veralgemening en bonusse. Neurale Netw. 2002; 15: 549-559. [PubMed]
  • Knight R. Bydrae van menslike hippocampale streek tot nuwigheidsdeteksie. Aard. 1996; 383: 256-259. [PubMed]
  • Knutson B, Cooper JC. Funksionele magnetiese resonansie beelding van beloning voorspelling. Curr Opin Neurol. 2005; 18: 411-417. [PubMed]
  • Krebs RM, Schott BH, Schutze H, Duzel E. Die nuwigheidsondersoek bonus en sy aandagige modulasie. Neuropsychologia. 2009; 47: 2272-2281. [PubMed]
  • Li S, Cullen WK, Anwyl R, Rowan MJ. Dopamien afhanklike fasilitering van LTP induksie in hippocampal CA1 deur blootstelling aan ruimtelike nuwigheid. Nat Neurosci. 2003; 6: 526-531. [PubMed]
  • Lisman JE, Grace AA. Die Hippocampal-VTA Loop: Beheer die inskrywing van inligting in langtermyn geheue. Neuron. 2005; 46: 703-713. [PubMed]
  • Ljungberg T, Apicella P, Schultz W. Reaksies van aapdopamienneurone tydens die leer van gedragsreaksies. J Neurofisiolo. 1992; 67: 145-163. [PubMed]
  • Mesulam MM. Van sensasie tot kognisie. Brein. 1998; 121 (Pt 6): 1013-1052. [PubMed]
  • Morris RG. Elemente van 'n neurobiologiese teorie van hippocampale funksie: Die rol van sinaptiese plastisiteit, sinaptiese kodering en skemas. Eur J Neurosci. 2006; 23: 2829-2846. [PubMed]
  • Niv Y, Daw ND, Joël D, Dayan P. Toniese dopamien: geleentheidskoste en die beheer van responsvigor. Psigofarmakologie (Berl) 2007; 191: 507-520. [PubMed]
  • O'Carroll CM, Martin SJ, Sandin J, Frenguelli B, Morris RG. Dopaminerge modulasie van die aanhoudendheid van een-proef hippocampus-afhanklike geheue. Leer Mem. 2006; 13: 760–769. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  • O'Doherty JP, Deichmann R, Critchley HD, Dolan RJ. Neurale response tydens afwagting van 'n primêre smaakbeloning. Neuron. 2002; 33: 815-826. [PubMed]
  • O'Doherty J, Dayan P, Schultz J, Deichmann R, Friston K, Dolan RJ. Dissociable rolle van ventrale en dorsale striatum in instrumentale kondisionering. Wetenskap. 2004; 304: 452-454. [PubMed]
  • Ploghaus A, Tracey I, Clare S, Gati JS, Rawlins JN, Matthews PM. Leer oor pyn: Die neurale substraat van die voorspellingsfout vir aversive gebeure. Proc Natl Acad Sci VSA A. 2000; 97: 9281-9286. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  • Purves D, Bonardi C, Hall G. Verbetering van latente inhibisie by rotte met elektrolytiese letsels van die hippokampus. Behav Neurosci. 1995; 109: 366-370. [PubMed]
  • Ranganath C, Rainer G. Neurale meganismes vir die opsporing en onthou van nuwe gebeure. Nat Rev Neurosci. 2003; 4: 193-202. [PubMed]
  • Rolls ET, Xiang JZ. Beloning-ruimtelike vertoningsvoorstellings en leer in die primaat-hippokampus. J Neurosci. 2005; 25: 6167-6174. [PubMed]
  • Rosene DL, Van Hoesen GW. Hippocampal efferents bereik wydverspreide areas van serebrale korteks en amygdala in die rhesus aap. Wetenskap. 1977; 198: 315-317. [PubMed]
  • Selden NR, Gitelman DR, Salamon-Murayama N, Parrish TB, Mesulam MM. Trajectories of cholinergic pathways in die serebrale hemisfere van die menslike brein. Brein. 1998; 121 (Pt 12): 2249-2257. [PubMed]
  • Smith Y, Kieval JZ. Anatomie van die dopamienstelsel in die basale ganglia. Neigings Neurosci. 2000; 23 (10 Suppl): S28-S33. [PubMed]
  • Sokolov EN. Hoër senuwee funksies; die oriënterende refleks. Annu Rev Physiol. 1963; 25: 545-580. [PubMed]
  • Solomon PR, Vander Schaaf ER, Thompson RF, Weisz DJ. Hippocampus en spoor kondisionering van die konyn se klassiek gekondisioneerde nicterende membraanrespons. Gedra Neurosci. 1986; 100: 729–744. [PubMed]
  • Vreemde BA, Fletcher PC, Henson RN, Friston KJ, Dolan RJ. Skeiding van die funksies van menslike hippokampus. Proc Natl Acad Sci VSA A. 1999; 96: 4034-4039. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  • Sutton RS, Barto AG. Op pad na 'n moderne teorie van adaptiewe netwerke: Verwagting en voorspelling. Psychol Eerw. 1981; 88: 135-170. [PubMed]
  • Tabuchi ET, Mulder AB, Wiener SI. Posisie en gedragsmodulasie van sinkronisasie van hippocampale en accumbens neuronale lozingen in vry bewegende rotte. Hippokampus. 2000; 10: 717-728. [PubMed]
  • Thierry AM, Gioanni Y, Degenetais E, Glowinski J. Hippocampo-prefrontale korteksroete: Anatomiese en elektrofisiologiese eienskappe. Hippokampus. 2000; 10: 411-419. [PubMed]
  • Tulving E. Geheue en bewussyn. Kanadese Sielkunde. 1985; 26: 1-12.
  • Weiner I. Die "tweerigting" latente inhibisie model van skisofrenie: Modellering van positiewe en negatiewe simptome en hul behandeling. Psigofarmakologie (Berl) 2003; 169 (3-4): 257-297. [PubMed]
  • Weiskopf N, Helms G. Multi-parameter kartering van die menslike brein by 1mm resolusie in minder as 20 minute. ISMRM 16, Toronto, Kanada: 2008.
  • Weiskopf N, Hutton C, Josephs O, Deichmann R. Optimale EPI-parameters vir die vermindering van vatbaarheidsgeïnduceerde BOLD sensitiwiteitsverliese: 'n Hele breinontleding by 3 T en 1.5 T. Neuroimage. 2006; 33: 493-504. [PubMed]
  • Wilson FA, Rolls ET. Leer en geheue word weerspieël in die antwoorde van versterkingsverwante neurone in die primêre basale voorhoede. J Neurosci. 1990a; 10: 1254-1267. [PubMed]
  • Wilson FA, Rolls ET. Neuronale reaksies het betrekking op die nuwigheid en familariteit van visuele stimuli in die substantia innominata, diagonale band van Broca en die periventrikulêre streek van die primale basale voorhoede. Exp Brain Res. 1990b; 80: 104-120. [PubMed]
  • Wirth S, Avsar E, Chiu BK, Sharma V, Smith AC, Brown E, Suzuki WA. Proefuitkoms en assosiatiewe leerseine in die aap-hippokampus. Neuron. 2009; 61: 930-940. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  • Wittmann BC, Schott BH, Guderian S, Frey JU, Heinze HJ, Duzel E. Beloningsverwante FMRI-aktivering van dopaminerge middelbrein word geassosieer met verhoogde hippokampus-afhanklike langtermyn-geheueformasie. Neuron. 2005; 45: 459-467. [PubMed]
  • Wittmann BC, Bunzeck N, Dolan RJ, Duzel E. Verwagting van nuwigheid werf beloningstelsel en hippocampus terwyl die herinnering bevorder word. Neuro Image. 2007; 38: 194-202. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  • Wittmann BC, Daw ND, Seymour B, Dolan RJ. Striatale aktiwiteit hou verband met nuwigheidsgebaseerde keuse by mense. Neuron. 2008; 58: 967-973. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  • Yamaguchi S, Hale LA, D'Esposito M, Knight RT. Vinnige prefrontale-hippokampale gewoontes tot nuwe gebeure. J Neurosci. 2004; 24: 5356–5363. [PubMed]