Menslike Striatale Reaksie op Geweldige Nie-Bevredigende Stimuli (2003)

J Neurosci. 2003 Sep 3;23(22):8092-7.

Zink CF1, Pagnoni G, Martin ME, Dhamala M, Berns GS.

Abstract

Alhoewel een voorgestelde funksie van beide die striatum en die belangrikste dopamien-insette daarvan verband hou met koderingbelonings en beloningsverwante stimuli, dui 'n alternatiewe siening op 'n meer algemene rol van die striatum in die verwerking van belangrike gebeure, ongeag hul beloningswaarde. Hier definieer ons saligheid as 'n gebeurtenis wat albei onverwags is en 'n aanduiding-gedragskakelaar ontlok (dws wekker). In die huidige studie is menslike striatale reaksies op nie-lonende opvallende stimuli ondersoek. Deur gebruik te maak van funksionele magnetiese resonansiebeeldvorming (fMRI), is die bloedoksigasievlakafhanklike sein gemeet in reaksie op flikkerende visuele afleidings wat in die agtergrond van 'n deurlopende taak aangebied word. Distractor salience is gemanipuleer deur die frekwensie van afleidingsvoorkoms te verander. Seldsame aangebied afleidings is beskou as meer opvallend as wat dikwels afleidings aangebied word. Ons het ook ondersoek ingestel of die gedragsrelevansie van die afleidingsbehoeftes 'n noodsaaklike komponent van saligheid was vir die opwekking van striatale response. In die eerste eksperiment (19-vakke) is die afleidings gedragsrelevant gemaak deur 'n subset van hulle te definieer as teikens wat 'n knoppiepers vereis. In die tweede eksperiment (17-vakke) was die afleidings nie gedragsrelevant nie (dws hulle het geen reaksie benodig nie). Die fMRI resultate het toegeneem toename in aktivering in die nucleus accumbens na seldsame (hoë saligheid) relatief tot gereelde (lae saligheid) aanbieding van afleidings in beide eksperimente. Caudate aktiwiteit het slegs toegeneem toe die afleidings gedragsrelevant was. Hierdie resultate toon 'n rol van die striatum in die kodering van nie-lonende belangrike gebeure. Daarbenewens word 'n funksionele onderverdeling van die striatum volgens die gedragsrelevansie van die stimuli voorgestel.

Inleiding

Die striatum is betrokke by verskeie funksies, beide motoriese en kognitiewe, maar die presiese aard van sy funksies bly wesenlik onbekend. Dekades van dierlike navorsing dui daarop dat beide die striatum en die fasiese dopaminerge insette 'n belangrike rol speel in die kodering van belonings en beloningsverwante stimuli (vir hersiening, sien Schultz, 1998; Schultz et al., 2000). Onlangse neuroimaging studies in mense ondersteun hierdie eise (Delgado et al., 2000; Knutson et al., 2000, 2001a,2001b; Berns et al., 2001, Breiter et al., 2001; Pagnoni et al., 2002; Elliott et al., 2003). 'N Alternatiewe siening beweer dat eerder as spesifiek prosesseringsverwante stimuli, aktiwiteit binne die striatum (insluitende die belangrikste dopaminerge insette daarvan) alle belangrike gebeure insluit, insluitende en uitbreiding na vergoeding. Saligheid verwys hier na enige onverwagte stimuli of omgewingsveranderings wat óf opwek of wat 'n aanduiding-gedragskakelaar oprig (Redgrave et al., 1999; Horvitz, 2000). Bewyse vir hierdie siening kom van studies wat toon dat dorsale (Rolls et al., 1983; Caan et al., 1984; Hikosaka et al., 1989; Ravel et al., 1999; Shimo en Hikosaka, 2001) en ventrale (Williams et al., 1993; Setlow et al., 2003) striatale neurone reageer op sulke belangrike stimuli, insluitende opwekking, aversive, roman- en gedragsverwante gebeurtenisse, veral wanneer dit onverwags is. Verder, die aanbieding van opvallende nonrewarding stimuli in verskeie modaliteite verhoog dopamienvlakke in die striatum en verhoog dopaminergiese neuron-vuurontsteking (sien vir hersiening, sien Horvitz, 2000). Hierdie bevindinge verbind die striatum met die verwerking van belangrike gebeure omdat byna alle striatale selle deur middel van die middelste dopaminerge projeksies ingehard word (Groves et al., 1995). Buite 'n belonende konteks is streatal verwerking van belangrike gebeurtenisse meestal onontgin in die mens. 'N Paar menslike neuroimaging studies het verhoogde striatale aktiwiteit aan die lig gebring in reaksie op beide straf (Knutson et al., 2000, 2003) en aversive stimuli (Becerra et al., 2001); egter nie elke ondersoek na straf in mense het verhoogde striatale aktiwiteit gevind nie (Delgado et al., 2000). Sulke teenstrydige resultate dui daarop dat óf gedragskonteks of stimulusgrootte 'n belangrike rol speel in die modulering van striatale funksie. Na ons kennis is die rol van die striatum in die verwerking van neutrale opvallende stimuli nie spesifiek by mense ondersoek nie.

Met behulp van funksionele magnetiese resonansbeelding (fMRI) het ons probeer ondersoek instel na hoe menslike striatale (caudate, putamen en nucleus accumbens) aktiwiteit gemoduleer is deur neutrale opvallende gebeure. In die huidige eksperimente is flikkerende visuele afleiers buite die fokus van die proefpersone aangebied. Afleibaarheid se opvallendheid is gemanipuleer deur die frekwensie van die afleier se voorkoms te verander. Minder gereelde gebeure is meer opvallend omdat die voorkoms van nature minder voorspelbaar is as dié van gereelde gebeurtenisse. Ons het twee eksperimente uitgevoer om vas te stel of die stimuli gedragsrelevant moes wees eerder as om net aangebore te wees om striatale aktivering uit te lok. In die eerste eksperiment was die afleiers gedragsrelevant deurdat hulle moontlik 'n reaksie benodig, terwyl die afleiers in die tweede eksperiment gedragsrelevant was deur nooit 'n antwoord te benodig nie. Ons het veronderstel dat 'n groter fMRI-sein in die striatum gemeet sou word tot die seldsame (hoë opvallendheid) relatief tot gereelde (afleibaar) afleiers en dat die striatale aktiwiteit deur gedragsrelevansie gemoduleer sou word.

Materiaal en metodes

Vakke. Ses en dertig regshandige, gesonde volwassenes (19 vroue, 17 mans), ouderdomme 19-44, is ingesluit in die studie, 19 in eksperiment 1 en 17 in eksperiment 2. Gegewe die ooreenkomste van die twee eksperimente, is twee afsonderlike monsters van vakke gewerf vir die eksperimente om toets-retest confounds te vermy. Vakke in albei groepe is uit dieselfde populasie bemonster (gewerf uit die Emory Universiteit gemeenskap, demografies soortgelyk tussen groepe, sonder beduidende verskille tussen ouderdomme tussen groepe). Vakke het geen geskiedenis van neurologiese of psigiatriese versteurings gehad nie en het ingeligte toestemming gegee vir 'n protokol wat deur die Emory Universiteit Institusionele Hersieningsraad goedgekeur is.

Eksperimentele take. Alle stimuli-aanbiedings en opnames van reaksietye is uitgevoer met Presentasie sagteware (Neurobehavioral Systems, Inc., San Francisco, CA).

Eksperiment 1 is geskeduleer in Figuur 1 A. Terwyl hy in die skandeerder, vakke beskou een van vier blou vorms (vierkant, reghoek, sirkel, of driehoek) aangebied in enige volgorde in die middel van 'n swart skerm vir 750 msec binne 'n 2000 msec interstimulus interval (ISI). Vakke is vertel dat hulle blou vorms, een op 'n slag, in die middel van 'n skerm sien. Hulle is opdrag gegee om die knoppie 1 te druk met hul regterwysvinger elke keer as 'n driehoek (teikenstimuli) verskyn. Die ander vorms is as nie-teikens aangewys. In 'n deelversameling van die nie-teikens, het 'n opvallende afleiding in die vorm van 'n kleiner, wit, flikkerende (28 Hz) sirkel of driehoek op die agtergrond (in een van vier skermhoeklocaties willekeurig) verskyn. Vakke is vertel dat 'n flikkerende wit vorm soms op die agtergrond van die voortdurende taak sal verskyn en opdrag gegee word om die knoppie 2 net met die regtervinger te druk wanneer die afleier 'n driehoek was (reaksie afleier). Hulle was nie verplig om te reageer op die sirkel afleidings (nie-response distractors). Beide afleidings tipes (reaksie en nierespons) was gedragsrelevant omdat hulle moontlik 'n respons benodig het. As sodanig het die afrigters 'n oombliklike aandag- en gedragskakelaar opgewek. 'N Enkele eksperimentele sessie het bestaan ​​uit vier lopies wat 240 sek elk behou, met 116-stimuli-aanbiedings. In elke lopie het die sentrale driehoekdoelstimulus 29 keer verskyn.

 

Figuur 1. 

Skematiese van take. Elke stimulus het verskyn vir 750 msec (ISI, 2000 msec). Die enkelpyltjie pyle dui op 'n knoppie 1 pers; die dubbelstertpyltjie dui op 'n knoppie 2-pers. A, Uittreksel uit eksperiment 1, gedragsverwante afleidings, gereelde hardloop. Die wit afleidings verskyn as sirkels of driehoeke wat flikker in die agtergrond van die deurlopende taak. Vakke is opdrag gegee om die knoppie 1 te druk wanneer 'n blou (hier getoon in grys) sentrale driehoek verskyn en knoppie 2 wanneer die wit afleier in die agtergrond 'n driehoek was. B, Uittreksel uit eksperiment 2, gedrags irrelevante afleidings, gereelde hardloop. Die wit afleidings het verskyn as sirkels wat flikker in die agtergrond van die deurlopende taak. Vakke is opdrag gegee om die knoppie 1 te druk wanneer 'n blou (hier getoon in grys) sentrale driehoek verskyn. Geen reaksies is aan die afrigters gemaak nie. In beide eksperimente het die afleidings willekeurig in tyd en ruimte verskyn. Enige patrone wat in die figuur opgespoor word, is suiwer toevallig. Die seldsame lopies van beide eksperimente (data nie getoon nie) was dieselfde, behalwe dat die afleidings minder gereeld plaasgevind het.

Die saligheid van die afleidingsprikkel was gemanipuleer deur hul frekwensie van voorkoms te verander; hoe groter die frekwensie, hoe meer waarskynlik dat 'n gegewe proef 'n afleiding sou bevat, dus is groter frekwensie geassosieer met groter voorspelbaarheid op gemiddelde en minder gesondheid. In een keer het 'n afleidingstimulus 25 keer (gereeld) verskyn, met 1-4 (gemiddelde, 2.9) stimuli tussen opeenvolgende distraktorstimuli. Tydens die ander drie lopies het 'n distraktorstimulus slegs 4 keer (ongereeld) plaasgevind, met 24-32 (gemiddelde, 28.5) stimuli tussen opeenvolgende distraktorstimuli. Deur drie seldsame lopies te hê, was daar genoeg seldsame afleidings stimuli om 'n statistiese analise van voldoende krag uit te voer. In alle lopies het die distraktorstimulasies onreëlmatig in tyd en nooit op dieselfde tyd as 'n sentrale driehoek teiken voorgekom nie. Vakke is nie opdrag gegee om te fixeer nie en was vry om hul oë te beweeg. Hardlooporde is teen mekaar verdeel oor vakke.

Eksperiment 2 is geskeduleer in Figuur 1 B. 'N Afsonderlike groep vakke het dieselfde taak uitgevoer soos hierbo beskryf, behalwe vir die volgende verskille: die afleidings was alle kringe en gedragsrelevante irrelevante omdat hulle nooit 'n antwoord nodig gehad het nie. Vakke is vertel dat hulle blou vorms, een op 'n keer, in die middel van 'n skerm sou sien en opdrag gegee moes word om die knoppie 1 te druk met hul regterwysvinger elke keer as 'n driehoek verskyn. In eksperiment 2 is die afleidings nie aan die vakke genoem toe instruksies gegee is nie. Weereens is die leierskap van die afrigters gemanipuleer deur hul frekwensie van voorkoms te verander. Alhoewel dit nie gedragsrelevant is nie, is die seldsame afleidings as vanselfsprekend beskou as gevolg van hul aangebore opwekkingseienskappe (dws sterk kleurkontras en flikkerende).

fMRI beelding. Skandering is uitgevoer op 'n 1.5 Tesla Philips Intera skandeerder (Eindhoven, Nederland). Vir elke vak, is 'n T1-gelaaide beeld strukturele verkry vir anatomiese verwysing, gevolg deur vier heelbrein-funksionele lopies van 120 skanderings elke meet die T2 * -weighted bloed suurstof vlak-afhanklike (BOLD) effek (gradiënt-herroeping echo- planêre beelding; herhaling tyd, 2000 msec; eggo tyd, 40 msec; flip hoek, 90 °; 64 × 64 matriks; gebied van die oog, 240 mm; 24 5 mm aksiale snye opgedoen het parallel met die anteroposterior commissural lyn). Hoofbeweging is geminimaliseer met padding.

fMRI analise. Die data is geanaliseer met behulp van statistiese parametriese kartering (SPM99) (Friston et al., 1995b). Vir elke onderwerp is die eerste 12 skanderings in elke lopie van die analise uitgesluit om artefakte wat verband hou met die verbygaande fase van magnetisering, te verdiskonteer. Regstelling van sny-tydsberekening is gebruik om aan te pas vir tydsverskille as gevolg van multislice-beeldvorming. Bewegingskorreksie na die eerste funksionele skandering is binne proefpersone uitgevoer met behulp van 'n rigiede transformasie van ses parameters. Die anatomiese beeld van elke individu is geregistreer op die gemiddelde van hul funksionele beelde deur middel van 'n rigiede liggaamstransformasie en is dan ruimtelik genormaliseer na die Montreal Neurological Institute (MNI) -patroon volgens die Talairach-oriëntasiestelsel (Talairach en Tournoux, 1988) deur 'n 12-parameter affine transformasie toe te pas gevolg deur nie-lineêre verwering met behulp van basiese funksies (Ashburner en Friston, 1999). Die berekende transformasieparameters is toegepas op al die funksionele beelde, interpolasie tot 'n finale voxelgrootte van 4 × 4 × 4mm 3. Beelde is daarna ruimtelik stryk met 'n 8 mm isotrope Gaussiese kern en tydelik gefiltreer met 'n sintetiese hemodynamische reaksie-smoothing funksie om 'n hoë-frekwensie komponente van die sein as gevolg van geraas te verminder.

'N Ewekansige, effekteverwante statistiese analise is uitgevoer met SPM99 (Friston et al., 1995a, 1999) in 'n tweevlakprosedure vir elke eksperiment. Vir eksperiment 1, op die eerste vlak, is 'n afsonderlike algemene lineêre model vir elke vak gespesifiseer. Die BOLD-reaksies op vier gebeurtenis tipes (nie-teikens, teikens, reaksie afleidings en nie-respons distrakteurs) vir elke lopie is gemodelleer met 'n basis funksie wat bestaan ​​uit 'n sintetiese hemodinamiese reaksie funksie (bestaande uit twee gamma funksies verskuif 2 sec uitmekaar) en sy eerste orde temporale afgeleide. 'N Kontrasbeeld is bereken vir elke vak wat ooreenstem met die hoof-effek van afleidingsfrekwensie: ongereelde distrakteurs groter as gereelde afleidings (ongeag tipe). Die individuele kontrasbeelde is dan in 'n tweedevlakanalise ingeskryf deur 'n eenmonster te gebruik t toets. Die resulterende opsomming statistiese kaart is gedrempel by p <0.05 (ongekorrigeer vir veelvuldige vergelykings), en dan is 'n klein volume regstelling (SVC) toegepas op ses 6 mm-sferiese sferiese gebiede van belang (ROI's). As gevolg van die a priori hipotese met betrekking tot die striatum, is die ROI's gesentreer op die volgende plekke (MNI koördinate): regter kern accumbens, 12, 8, -8; linkerkerns accumbens, -12, 8, -8; regte caudate, 12, 8, 12; links caudate, -12, 8, 12; regte putamen, 24, 4, 4; en links putamen, -24, 4, 4 (Fig 2). Die koördinate wat ooreenstem met elke ROI, is gebaseer op dié wat deur die Talairach Daemon-databasis gespesifiseer word (Lancaster et al., 2000), soos geïmplementeer in AFNI sagteware (Cox, 1996), wat ook gebruik is om die Talairach koördinate om te skakel na die ooreenstemmende MNI koördinate. Kleinvolume-regstelling is 'n beperkte toepassing van die ewekansige Gaussiese veldteorie om rekening te hou met veelvuldige vergelykings wanneer statistiese inferensie beperk is tot 'n a priori gespesifiseerde streek van belang (Worsley et al., 1996). Vir elke vak is die parameterberamings (dws effekgrootte uitgedruk as persentasie van die globale gemiddelde intensiteit van die skanderings) van elke afleier tipe (respons en nierespons) in die twee toestande (gereeld en ongereeld) gemiddeld oor voxels binne die gespesifiseerde ROIs wat oorleef het pSVC <0.05 vir die kontras, ongereelde afleiers groter as gereelde afleiers. Omdat die ongereelde afleiers groter aktivering tot gevolg gehad het as die gereelde afleiers, het ons 'n post hoc assessering van die individuele bydraes van die respons en nieresponse afleidings tot die seldsame toestand nie. Dit is getoets met 'n paarse vergelyking op die parameterskattings vir die nonresponse versus response distractors in die seldsame toestand. Dieselfde analise vir eksperiment 1 is uitgevoer vir eksperiment 2, behalwe omdat daar slegs een afleidings tipe (nierespons) in eksperiment 2 was, is drie eerder as vier gebeurtenis tipes gemodelleer: nie-teikens, teikens en afleidings. Die assessering van die individuele bydraes van reaksie- en nieresponse-afleidings wat in eksperiment 1 uitgevoer is, was nie in hierdie tweede eksperiment van toepassing nie.

 

Figuur 2. 

Die liggings van die volgende bilaterale ROIs: kern accumbens, putamen, en caudate. Die ROI's word op aksiale afdelings van 'n strukturele template MRT getoon.

In 'n aparte analise is die eerste vlak individuele kontrasbeelde van eksperimente 1 en 2 ingeskryf in 'n tweedevlakanalise deur 'n twee-steekproef te gebruik t toets om die interaksie tussen gedragsrelevansie en belangrikheid te bepaal. Omdat die proefpersone in elke eksperiment uit dieselfde populasie (dws twee verskillende groepe individue uit dieselfde populasie) gekies is, kan enige verskille tussen hierdie groepe toegeskryf word aan verskille in take (dws aandagafleibaar gedrag). Vir elke interaksiekontras, (1) (ongereelde afleiers - gereelde afleiers) × (relevant - irrelevant) en (2) (ongereelde afleiers - gereelde afleiers) × (irrelevant - relevant), is die samevattende statistiese kaart op die p <0.05 en daarna is 'n SVC toegepas op dieselfde ses 6 mm-sferiese sferiese ROI's soos gespesifiseer in die een-monster-ontledings hierbo.

Results

In beide eksperimente het vakke gemiddeld minder as een fout per lopie gemaak. In eksperiment 1 was die reaksietye vir die reaksie-afleidings aansienlik langer vir die selde afleidings (gemiddelde ± SE = 683 ± 27 msec) as vir die gereelde afleidings (gemiddelde ± SE = 623 ± 24 msek) (p <0.001; gepaar t toets). Reaksietye na die sentrale driehoek doelwitte in die gereelde ronde (gemiddelde ± SE = 598 ± 20 msec) en seldsame lopies (gemiddelde ± SE = 579 ± 19 msec) was ook aansienlik anders in eksperiment 1 (p = 0.008; saam t toets). In eksperiment 2 was daar geen beduidende verskil in reaksietye na die sentrale driehoekteikens tussen die gereelde lopende (gemiddelde ± SE = 468 ± 17 msek) en ongereelde lopies (gemiddeld ± SE = 456 ± 14 msek) (p = 0.132; saam t toets).

Die fMRI ROI resultate vir die kontras, ongereelde distrakteurs groter as gereelde afleidings, in eksperiment 1 en eksperiment 2 word opgesom in Tabel 1. In eksperiment 1 (gedrags-relevante afleiers), van die ses striatale ROI's wat ondersoek is, het beduidende aktivasies bilateraal in die caudate en nucleus accumbens plaasgevind. Parameterskattings van proefpersone vir elke afleidertipe in die bilaterale caudate en nucleus accumbens ROI's (putamen ROI's bevat nie beduidend geaktiveerde voxels nie) het getoon dat in al vier die trosse die grootste sein gemeet is vir die ongereelde nie-reaksie-afleiers, vergeleke met die ander afleidertipes insluitend die ongereelde reaksie-afleiers (Fig 3). Vir eksperiment 2 bevat slegs die linkerkern-kern ROI beduidende aktivering.

 

Tabel 1. 

Beduidend geaktiveer (pSVC ≤ 0.05) striatale ROIs in eksperimente 1 en 2 vir die kontras, ongereelde distrakteurs groter as gereelde distractors

 

Figuur 3. 

In eksperiment 1 is die parameterskattings van enkele proefpersone wat effekgroottes (persentasie van die gemiddelde gemiddelde intensiteit) verteenwoordig, gemiddeld bereken oor beduidend geaktiveerde voxels binne die ROI's vir die kontras, ongereelde afleiers groter as gereelde afleiers. ROI's met beduidende aktivering was bilaterale nucleus accumbens en caudate. Die kontrasberamings word opgestel vir ongereelde afleiers in vergelyking met gereelde afleiers, ongeag die reaksievereiste (A). Seldsame afleidings is onderverdeel volgens reaksievereiste, en kontrasberamings vir seldsame nieresponse-afleidings in verhouding tot seldsame reaksie-afleidings word getoon (B). Staafgrafieke verteenwoordig gemiddeldes en SE's oor vakke. *p <0.05; **p <0.005; ***p <0.001.

Die resultate van die fMRI analise wat die gedragsrelevansie van die twee eksperimente vergelyk, word opgesom in Tabel 2. Vir die interaksie (ongereelde afleiers - gereelde afleiers) × (relevant - irrelevant) het 'n beduidende aktivering in die caudaat bilateraal plaasgevind. Geen ander ROI het geaktiveer nie. Die interaksie (ongereelde afleiers - gereelde afleiers) × (irrelevant - relevant) het geen beduidende geaktiveerde ROI's tot gevolg gehad nie.

 

Tabel 2. 

Striatale streke van belang differensieel geaktiveer (pSVC <0.05) deur gedragsrelevansie tussen die twee eksperimente vir die kontras, ongereelde afleier groter as gereelde afleiers

Bespreking

Met behulp van fMRI, het die huidige studie ondersoek hoe menslike striatale aktiwiteit gemoduleer is deur die versadiging van nie-lonende stimuli. Stimuli wat oorweeg word, moet onverwags wees en gewek word (dws trek aandag). In die huidige studie het die vakke 'n voortdurende deurlopende taak verrig om hul aandag te vestig, maar breinaktiwiteite wat verband hou met die uitvoering van hierdie sentrale taak was nie van belang nie. Die stimulus van belangstelling was afleidende stimuli wat flikker op die agtergrond van sommige van die nie-doelwitte in die sentrale taak. Saligheid is oor twee dimensies gemanipuleer: frekwensie (meer dikwels, minder belangrike) en gedragsrelevansie.

'N Belangrike kenmerk van ons take was die manipulasie van distraktor stimuli verwagting deur middel van frekwensie. In elke eksperiment is die frekwensie van afleidingsvoorkoms gemoduleer tussen lopies om afleidingsverwagting en dus saligheid te verander. Wanneer gebeure vaker voorkom, word hulle meer verwag en minder belangrik. Seldsame stimuli met lang tussenposes tussen opeenvolgende gebeurtenisse is onverwags en daarom meer opvallend. In ooreenstemming met aanvaarde definisies van ongereeldheid (McCarthy et al., 1997; Clark et al., 2000; Kirino et al., 2000), het ongereelde afleiers in <10% van die proewe voorgekom. Binne elke eksperiment is afleidingseienskappe, insluitend ligging, presiese tydsberekening en tipe afleier, in elke lopie pseudorandomiseer, sodat die enigste manipulasie van die belangrikheid van relatiewe frekwensie gekom het. In eksperiment 1 was die reaksietye vir ongereelde afleiers aansienlik langer as vir gereelde afleiers, wat 'n gedragskorrelaat van voorspelbaarheid toon.

Benewens voorspelbaarheid, dra die vermoë om voorkeur te vestig, groot bydrae tot stimulusversadiging. Hierdie aspek van bevrediging kan óf afhanklik wees van die gedragskonteks (dws op grond van stimulus gedragsrelevansie) óf onafhanklik van gedragskonteks (dws op grond van intrinsieke stimulus eienskappe) (Downar et al., 2002). In ons eksperimente het ons die gedragskonteks gemanipuleer. In eksperiment 1 was die afleidings gedragsverwant op grond van 'n potensiële reaksie. In eksperiment 2 was die afleidings gedragsrelevant irrelevant omdat die afleidings nie belangrik was vir die taak nie, en vakke moes nie daarop reageer nie. Vakke het egter berig dat hulle die afleiders opgemerk het. Toe die afleidings in eksperiment 2 selde aangebied word, is hulle steeds oorwegend beskou as gevolg van eienskappe wat onafhanklik van gedragskonteks is, insluitend hul sterk kleurkontras op die swart agtergrond (in teenstelling met die minder kontrasterende blou vorms in die voortgesette taak) en hul flikkerende aard . Benewens die intrinsieke eienskappe van die stimuli, het afleidings in eksperiment 1 'n ekstra dimensie aan hul versadiging as gevolg van hul potensiële gedragsgevolge. Dit is belangrik dat beide die afleidingssoorte (reaksie en nierespons) in eksperiment 1 die vakke vereis om die deurlopende taak te onderbreek, die hulpbronne na die afleidingsbestuurder te verlei, en moontlik daarop te reageer, alhoewel die drukpers slegs by die reaksie (driehoek) afleidings plaasgevind het.

Die resultate van die huidige studie toon aan dat aktiwiteit in die nukleusakkoue toegeneem het in reaksie op onverwagte, wekende veranderinge in die visuele omgewing (dws die voorkoms van flikkerende afleidings), terwyl die caudaat slegs gewerf is toe so 'n stimulus gedragsrelevant was. Hierdie patrone van aktiwiteit is in ooreenstemming met vorige dierstudies. Caudate neurone reageer op aanwysings en visuele stimuli, maar reaksies word nie tipies gesien wanneer hierdie stimuli onafhanklik van die taak is nie (Rolls et al., 1983). Aosaki et al. (1994) het gerapporteer dat neurone in die caudaat nie reageer op 'n cue voor opleiding nie; Hulle reageer egter op die cue nadat hulle geleer het dat die cue opkomende beloning aandui en sodoende begin lek. Aan die ander kant, reageer die kern accumbens op die opwekking van visuele stimuli, selfs wanneer die taak relevansie ontbreek (Williams et al., 1993). Ons het geen beduidende modulasies van aktiwiteit in die putamen waargeneem wat ooreenstem met data wat daarop dui dat die putamen die meeste direk met motoriese beheer verband hou (Alexander en Crutcher, 1990) eerder as per se.

Uit ons data kom ons tot die gevolgtrekking dat die menslike striatum (caudate en nucleus accumbens) 'n rol speel in die verwerking van belangrike gebeurtenisse, behalwe belonings, maar die reaksie is nie homogeen in die striatum nie. Redgrave et al. (1999) het voorgestel dat aktiwiteit in die striatum 'n sein gee om aandag- of gedragsbronne, of albei, te skakel na onverwagte stimuli wat sulke antwoorde uitlok. In ooreenstemming met hierdie teorie, dui ons resultate daarop dat die nucleus accumbens reageer wanneer 'n aanduidingskakelaar ontstaan ​​word, terwyl die caudaat reageer wanneer 'n gedragskakelaar verkry word.

'N Alternatiewe interpretasie mag wees dat vakke gevind het dat reageer op die afleidings in eksperiment 1 meer lonend was as om nie op afleidings in eksperiment 2 te reageer nie. In hierdie siening sal die differensiële striatale aktivering (caudate) veroorsaak word deur 'n verskil in interne beloningstoestand. Hierdie interpretasie is egter onwaarskynlik, aangesien die seldsame nierespons-afleidings, eerder as die reaksie-afleidings, die grootste dorsale en ventrale striatale aktiwiteit opgedoen het. As die interne beloningshipotese waar was, sou dit nie meer reageer as om te reageer nie, 'n scenario wat onmoontlik lyk. Die grootste sein na seldsame nierespons afleidings verskaf ook bewyse dat die striatale aktiwiteit in eksperiment 1 nie toeskryfbaar was aan motoriese uitvoering nie (alhoewel sy betrokkenheid by motorremming nie uitgesluit kan word nie).

Die interpretasie van die huidige resultate berus daarop dat saligheid gemanipuleer word deur die verandering van afleidingsfrekwensie. In eksperiment 1 moet egter opgemerk word dat die effek van frekwensie anders geïnterpreteer kan word. Vakke moes tussen twee stimulus-respons-kanale beide gereeld en selde wissel. Die effek van frekwensie kan dus verskille weerspieël in die tempo van die verandering van die reaksie seleksie eerder as saligheid. Ons weet dat die striatum nie betrokke was by die koderingskoers van veranderende responskeuses nie, hoewel toekomstige studies die stimulusvermoë op ander maniere manipuleer as om die frekwensie van voorkoms te verander, kan hierdie probleem aanspreek.

Breinreaksies op seldsame opvallende stimuli is op ander maniere beoordeel, soos oddbalparadigmas, maar striatale aktiwiteit is nie in hierdie studies gerapporteer nie (McCarthy et al., 1997; Clark et al., 2000; Kirino et al., 2000; Casey et al., 2001). As die striatum kodes onverwagte gebeure wat 'n skakelaar van aandag of gedrag oplewer, soos ons resultate suggereer, kan oddball paradigmas dalk nie effektief wees vir die opwekking van striatale aktiverings nie. In die voornoemde vreemdbalparadigmas het elke stimulus in die fokus van die aandag verskyn, sodat geen skakelaar uitgelok is nie. Deur die stimuli in die fokus van aandag aan te bied, het die vakke 'n stimulus verwag om op 'n voorspelbare plek en tipies op 'n voorspelbare tyd te verskyn. Alhoewel hulle seldsaam was in vergelyking met ander stimuli in die taak, was die belangstellingsbelange nie onverwags nie, soos hulle sou wees as hulle buite die taak aangebied word. In die huidige studie het ons hierdie verwarring vermy deur die afleidings buite die fokus van aandag te bied, sodat ons die stimulusverwagting en gedragsrelevansie kan moduleer.

Daar moet kennis geneem word dat die sein wat in fMRI gemeet word, 'n indirekte maatstaf is van veranderinge in serebrale bloedvloei, wat geneig is om meer korreleer te wees met presynaptiese aktiwiteit as postsynaptiese spiking (Logothetis et al., 2001). Die BOLD-sein kan nie direk met aktiwiteit in spesifieke seltipes geassosieer word nie en is nie 'n meting van spesifieke neurotransmitter vrystelling nie. Ons kan nie die huidige resultate koppel aan spesifieke neurone in die striatum nie (bv. Tononaktiewe aktiewe interneurone (TANs) of medium spiny projection neurons] of direkte veranderinge in dopamien-oordrag. Aangesien die BOLD-sein egter meer korreleer is met presynaptiese aktiwiteit, verteenwoordig die waargenome aktiverings binne die striatum waarskynlik nie die spitskoerse van striatale projeksie-neurone nie. TAN's bestaan ​​uit ~2% van alle striatale selle (Pisani et al., 2001); daarom is dit onwaarskynlik dat die TAN's slegs verantwoordelik is vir die gerapporteerde veranderinge in striatale aktiwiteit. Dopaminerge insette, wat reageer op belangrike gebeurtenisse (Horvitz, 2000), kan met konvergente glutamatergiese kortikale insette in die striatum interaksie hê deur sterk (vernaamste verwante) kortikale insette te versterk en swak (nonsalient-verwante) kortikale insette te versterk (Nicola et al., 2000; Horvitz, 2002). Hierdie interaksie kan verantwoordelik wees vir die sein veranderinge waargeneem in die striatum in ons eksperimente. In die huidige studie, alhoewel dopamien-insette die hele striatum inneem, kan differensiële striatale aktivering tussen eksperimente plaasvind as gevolg van die werwing van verskillende kortikale insette wat vir gedragsrelevansie koder. Die huidige analise was beperk tot die striatum; Dit sal egter interessant wees in toekomstige studies om te ondersoek watter kortikale gebiede ook onder soortgelyke taaktoestande gewerf word.

Ten slotte brei die resultate van die huidige studie die rol van die striatum uit van beloningsverwerking tot saligheidverwerking. Spesifiek, ons data dui daarop dat die nucleus accumbens 'n rol speel in die kodering van onverwagte wekende gebeurtenisse, terwyl die caudate aktiwiteit nouer aan die gedragsrelevansie van stimuli gekoppel is. Hierdie idee is nie onverenigbaar met die beloningstorie van die striatum nie. Beide onverwagte belonings en beloningsverwante stimuli is opvallend deur gedragsrelevant te wees, veral vir 'n voedsel-beroofde dier (soos dikwels die geval is in die studies wat loonverwerking ondersoek), en deurlopende gedrag moet onderbreek word om belonings te benader en te gebruik. Die huidige studie bewys dat aktiwiteit in die menslike striatum meer as beloning of selfs stimuli kodes wat moontlik tot beloning lei. Die striatale stelsel kan eerder meer algemeen ontwikkel het om die verwerking van enige belangrike stimulus te onderhou.

voetnote

  • Ontvang Mei 5, 2003.
  • Hersiening ontvang Julie 10, 2003.
  • Aanvaar Julie 16, 2003.
  • Hierdie werk is ondersteun deur die Nasionale Instituut van Gesondheidstoelaes RO1 EB002635 en K08 DA00367 aan GSB

  • Korrespondensie moet gerig word aan dr. Gregory S. Berns, Departement Psigiatrie en Gedragswetenskappe, 1639 Pierce-rylaan, Woodruff Memorial Research Building Suite 4000, Atlanta, GA 30322. E-pos: [e-pos beskerm].

  • Kopiereg © 2003 Vereniging vir Neurowetenskap 0270-6474 / 03 / 238092-06 $ 15.00 / 0

Verwysings

  1. Alexander GE, Crutcher MD (1990) Funksionele argitektuur van basale ganglia stroombane: neurale substrate van parallelle verwerking. Neigings Neurosci 13: 266-271.
  2. Aosaki T, Tsubokawa H, Ishida A, Watanabe K, Graybiel AM, Kimura M (1994) Reaksies van tonies aktiewe neurone in die primaat se striatum ondergaan stelselmatige veranderinge tydens gedragssensor-motoriese kondisionering. J Neurosci 14: 3969-3984.
  3. CrossRefMedline
  • Becerra L, Breiter HC, Wise R, Gonzalez RG, Borsook D (2001) Beloningsbaanaktivering deur skadelike termiese stimuli. Neuron 32: 927-946.
  • Berns GS, McClure SM, Pagnoni G, Montague PR (2001) Voorspelbaarheid modulere menslike brein reaksie om te beloon. J Neurosci 21: 2793-2798.
  • Breiter HC, Aharon I, Kahneman D, Dale A, Shizgal P (2001) Funksionele beelding van neurale reaksies op verwagting en ervaring van monetêre winste en verliese. Neuron 30: 619-639.
  • Caan W, Perrett DI, Rolls ET (1984) Reaksies van striatale neurone in die optredende aap. 2. Visuele verwerking in die caudale neostriatum. Brein Res 290: 53-65.
  • Casey BJ, Forman SD, Franzen P, Berkowitz A, Braver TS, Nystrom LE, Thomas KM, Noll DC (2001) Sensitiwiteit van prefrontale korteks tot veranderinge in teikenswaarskynlikheid: 'n funksionele MRI-studie. Hum Brein Mapp 13: 26-33.
  • Clark VP, Fannon S, Lai S, Benson R, Bauer L (2000) Reageer op seldsame visuele teiken- en afleierstimulasies deur gebruik te maak van gebeurtenisverwante fMRI. J Neurofysiol 83: 3133-3139.
  • Cox RW (1996) AFNI: sagteware vir analise en visualisering van funksionele magnetiese resonansie neuroimages. Comput Biomed Res 29: 162-173.
  • Delgado MR, Nystrom LE, Fissell C, Noll DC, Fiez JA (2000) Volg die hemodinamiese reaksies om beloning en straf in die striatum te evalueer. J Neurofysiol 84: 3072-3077.
  • Downar J, Crawley AP, Mikulis DJ, Davis KD (2002) 'n Kortikale netwerk wat sensitief is vir stimulusgeheelheid in 'n neutrale gedragskonteks oor verskeie sensoriese modaliteite. J Neurofysiol 87: 615-620.
  • Elliott R, Newman JL, Longe OA, Deakin JFW (2003) Differensiële responspatrone in die striatum- en orbitofrontale korteks tot finansiële beloning in die mens: 'n parametriese funksionele magnetiese resonansiebeeldstudie. J Neurosci 23: 303-307.
  • Friston KJ, Frith CD, Turner R, Frackowiak RSJ (1995a) Karakterisering van dinamiese breinreaksies met fMRI: 'n multivariate benadering. NeuroImage 2: 166-172.
  • Friston KJ, Holmes AP, Worsley KJ, Poline JB, Frith CD, Frackowiak RSJ (1995b) Statistiese parametriese kaarte in funksionele beeldvorming: 'n algemene lineêre benadering. Hum Brein Mapp 2: 189-210.
  • Friston KJ, Holmes AP, Worsley KJ (1999) Hoeveel vakke vorm 'n studie? NeuroImage 10: 1-5.
  • Groves PM, Garcia-Munoz M, Linder JC, Manley MS, Martone ME, Young SJ (1995) Elemente van die intrinsieke organisasie en inligtingverwerking in die neostriatum. In: Modelle van inligtingverwerking in die basale ganglia (Houk JC, Davis LJ, Beiser DG, eds), pp 51-96. Cambridge, MA: MIT.
  • Hikosaka O, Sakamoto M, Usui S (1989) Funksionele eienskappe van aap caudate neurone II. visuele en ouditiewe response. J Neurofysiol 61: 799-813.
  • Horvitz JC (2000) Mesolimbokortiese en nigrostriatale dopamienreaksies op belangrike, nie-beloningsgebeurtenisse. Neurowetenschappen 96: 651-656.
  • Horvitz JC (2002) Dopamien gating van glutamatergiese sensorimotoriese en aansporing motiverende insette seine na die striatum. Behav Brain Res 137: 65-74.
  • Kirino E, Belger A, Goldman-Rakic ​​P, McCarthy G (2000) Prefrontale aktivering veroorsaak deur seldsame teiken en nuwe stimuli in 'n visuele teiken opsporing taak: 'n gebeurtenis-verwante funksionele magnetiese resonansie beelding studie. J Neurosci 20: 6612-6618.
  • Knutson B, Westdorp A, Kaiser E, Hommer D (2000) FMRI visualisering van breinaktiwiteit tydens 'n monetêre aansporing vertraging taak. NeuroImage 12: 20-27.
  • Knutson B, Adams CM, Fong GW, Hommer D (2001a) Die verwagting van toenemende monetêre beloning werf selektief nukleus accumbens. J Neurosci 21: RC159 (1-5).
  • Knutson B, Fong GW, Adams CM, Varner JL, Hommer D (2001b) Dissosiasie van beloningvooruitsig en uitkoms met gebeurtenisverwante fMRI. NeuroReport 12: 3683-3687.
  • Knutson B, Fong GW, Bennett SM, Adams CM, Hommer D (2003) 'N streek van mesiale prefrontale kortekspaadjies monetêre belonende uitkomste: karakterisering met vinnige gebeurtenisverwante fMRI. NeuroImage 18: 263-272.
  • CrossRefMedline
  • Logothetis NK, Pauls J, Augath M, Trinath T, Oeltermann A (2001) Neurofisiologiese ondersoek na die basis van die fMRI sein. Natuur 412: 150-157.
  • McCarthy G, Luby M, Gore J, Goldman-Rakic ​​P (1997) Seldsame gebeure aktiveer voorlopig menslike prefrontale en pariëtale korteks soos gemeet deur funksionele MRI. J Neurofysiol 77: 1630-1634.
  • Nicola SM, Surmeier DJ, Malenka RC (2000) Dopaminerge modulasie van neuronale opwinding in die striatum en kern accumbens. Annu Rev Neurosci 23: 185-215.
  • Pagnoni G, Zink CF, Montague PR, Berns GS (2002) Aktiwiteit in die menslike ventrale striatum is toegesluit vir foute van voorspellings vir beloning. Nat Neurosci 5: 97-98.
  • Pisani A, Bonsi P, Picconi B, Tolu M, Giacomini P, Scarnati E (2001) Rol van tonies-aktiewe neurone in die beheer van striatale funksie: sellulêre meganismes en gedragskorrelate. Prog Neuropsychopharmacol Biol Psychiatry 25: 211-230.
  • Ravel S, Legallet E, Apicella P (1999) Tonies aktiewe neurone in die aapstriatum reageer nie voorkeurvol op stimulerende stimuli nie. Exp Brain Res 128: 531-534.
  • Redgrave P, Prescott TJ, Gurney K (1999) Is die kortlatend dopamienreaksie te kort om die beloningsfout te sein? Neigings Neurosci 22: 146-151.
  • Rolls ET, Thorpe SJ, Maddison SP (1983) Reaksies van striatale neurone in die optredende aap. I. Hoof van die caudaatkern. Behav Brain Res 7: 179-210.
  • Schultz W (1998) Voorspellende beloning sein van dopamienneurone. J Neurofysiol 80: 1-27.
  • Schultz W, Tremblay L, Hollerman JR (2000) Beloning verwerking in primate orbitofrontale korteks en basale ganglia. Cereb Cortex 10: 272-284.
  • Setlow B, Schoenbaum G, Gallagher M (2003) Neurale kodering in ventrale striatum tydens olfaktoriese diskriminasie leer. Neuron 38: 625-636.
  • Shimo Y, Hikosaka O (2001) Rol van tonies aktiewe neurone in primaat caudate in beloning-georiënteerde saccadiese oogbeweging. J Neurosci 21: 7804-7814.
  • Talairach J, Tournoux P (1988) Ko-planêre stereotaksiese atlas van die menslike brein. Stuttgart, Duitsland: Thieme.
  • Williams GV, Rolls ET, Leonard CM, Stern C (1993) Neuronale reaksies in die ventrale striatum van die optredende makaak. Behav Brain Res 55: 243-252.
  • CrossRefMedline
  • Artikels wat verwys na hierdie artikel