Voorspelbaarheid modulere menslike brein reaksie om te beloon (2001)

RESULTATE

Na die skanderings is vakke gevra oor hul voorkeur vir die twee stimuli. Agtien van 25 vakke (72%) verkies sap, en die res verkies water. Die meeste vakke het 'n duidelike voorkeur vir die een of die ander, alhoewel ons nie gevra het om dit te kwantifiseer nie. Alhoewel daar aansienlike kopbeweging gedurende die skanderings was, was al die vertalings en rotasies rondom elke stimulus oor die algemeen klein en was dit nie betekenisvol anders as enige van die toestande nie. Byvoorbeeld, die gemiddelde ± SD-vertaling wat met elke stimulus verband hou, was 0.041 ± 0.069 mm in die voorspelbare toestand en 0.044 ± 0.069 mm in die onvoorspelbare toestand (gekoppel t toets;p = 0.853).

Die breinrespons op die voorkeurvloeistof het verrassend min differensiële aktiwiteit getoon in verhouding tot die nie-geprefereerde vloeistof (Tabel1). Ons het geen noemenswaardige aktiwiteitsverskil waargeneem in klassieke beloningsstreke soos die nucleus accumbens, hippocampus of mediale prefrontale korteks nie. Die primêre aktiwiteitsverandering vir voorkeur> nie-voorkeure het voorgekom in die somatosensoriese korteks in 'n gebied naby die mond- en tonggebied (t = 4.19, MNI koördinate, -60, -12, 16).

Die hoof effek van voorspelbaarheid was aansienlik groter as die hoof effek van voorkeur (Fig. 3). Vir die onvoorspelbare lopie relatief tot die voorspelbare lopie, is bilaterale aktivering waargeneem in 'n groot uitspansel van mediale orbitofrontale korteks wat die kernakkapensie (Table 1). Bykomende areas van aktivering het 'n groot area van pariëtale korteks bilateraal en parakentraal en klein fokusaktiwiteite in beide die linker mediodorsale kern van die thalamus en regter cerebellum ingesluit. Omdat geen van hierdie streke oorvleuel met die hoof effek van voorkeur nie, is hulle maksimaal geaktiveer deur onvoorspelbare stimuli, ongeag voorkeur. Vir die voorspelbare lopie relatief tot die onvoorspelbare lopie, is 'n area van die regter superior temporale gyrus geaktiveer, asook fokale aktiverings in die linker pre-sentrale gyrus en regter-laterale orbitofrontale korteks.

  

Bekyk groter weergawe:  

• In hierdie bladsy
• In 'n nuwe venster

• Laai af as PowerPoint Slide

Fig. 3.  

Die hoof-effek van voorspelbaarheid het getoon dat beloningsverwante streke 'n groter BOLD-reaksie op die onvoorspelbare stimuli gehad het. A, Vlakke gesentreerd by (0, 4, -4) toon dat bilaterale kern accumbens / ventrale striatum (NAC) en bilaterale superior parietale korteks was meer aktief in die voorspelbare toestand. B, 'N Klein streek in die regter superior temporale gyrus is relatief meer geaktiveer deur die voorspelbare stimuli. Betekenis was gedrempel opp <0.001 en 'n mate> 10 aangrensende voxels.

Die interaksie tussen voorkeur en voorspelbaarheid geïdentifiseer gebiede waarin een effek die ander onafhanklik van beide hoofeffekte gemoduleer het. Die regte insula, linker posterior cingulate en regter cerebellum vertoon 'n beduidende interaksie vir die kontras (voorkeur-nie-voorgeskrewe) × (voorspelbaar-onvoorspelbaar). Die teenoorgestelde kontras, (voorkeur-nie-voorgeskrewe) × (onvoorspelbaar-voorspelbaar), het geen beduidende beduidings op die p <0.001 vlak; 'n klein streek in die linker superieure temporale gyrus (MNI-koördinate, −48, −4, −16) was egter belangrik p <0.01 vlak (t = 3.15).

Die rekenaar simulasie het voorgestel dat onvoorspelbare belonings meer dopamien vrylating as voorspelbaars sou moet oproep (Fig.2 B). Wanneer die voordele voorspelbaar is, voorspel elke stimulus die volgende een, en die foutsein, wat veronderstel word om deur dopamien bemiddel te word, verminder geleidelik. Wanneer die belonings onvoorspelbaar is, is daar geen geleentheid vir die stelsel om te leer nie, en die reaksie op elke stimulus is groter.

BESPREKING

Ons resultate het 'n interessante skeiding in die brein se reaksie op voorspelbaarheid en subjektiewe voorleggingsverslae getoon. Die brein reaksie op voorkeur was uitsluitlik kortikale, maar die reaksie op voorspelbaarheid het spesifieke aktivering van beloningstelsels bekend wat ook bekend staan ​​as die teiken van middeldoene dopaminerge neurone. As ons aanneem dat aktivering van hierdie beloningsareas aangenaam is vir die mens, dui hierdie bevinding daarop dat die subjektiewe verslag van voorkeure van neurale stroombane dissosieer kan word wat bekend is as kragtige determinante van gekondisioneerde gedrag.

Beide die water en die vrugtesap het beduidende aktiverings dwarsdeur die brein veroorsaak, en hoewel sommige van hierdie reaksie toegeskryf kan word aan die motoriese aspekte van die taak, is spesifieke subsette van hierdie streke afgebreek in dimensies van voorkeur en voorspelbaarheid. Die effek van voorkeur was beperk tot kortikale streke wat geassosieer word met sensoriese prosessering, en die voorkeur stimulus het gelei tot groter aktivering in hierdie streke. Hierdie streke lê naby sensorimotoriese korteks wat bekend staan ​​om tydens tongbewegings geaktiveer te word (Corfield et al., 1999) en sluk (Hamdy et al., 1999). In vorige werk op die brein reaksie op die tong beweging, was daar aansienlike aktivering van die serebellum, 'n bevinding wat veral afwesig was in die hoof effek van voorkeur. Die differensiële breinreaksie, dit wil sê, verkies-nie-voorkeur, verwyder algemene streke van aktivering; daarom dui die afwesigheid van serebellêre aktivering daarop dat differensiële tongbewegings waarskynlik nie die oorsaak van die patroon van kortikale aktivering vir subjektiewe voorkeur sal wees nie. Die feit dat 'n somatosensoriese streek gekorreleer was met die voorgenome voorkeur was suggestief dat 'n differensiële neurale verwerking vir die twee stimuli plaasgevind het. Dit was verbasend dat dit in 'n primêre sensoriese verwerkingsgebied manifesteer en nie in klassieke beloningsareas nie. Alhoewel vakke gedwing moes word om een ​​stof oor die ander as hul voorkeur aan te dui, is albei vloeistowwe doelbewus gekies om aangenaam te wees, in teenstelling met een wat aversief is. Aangesien albei vloeistowwe oor die algemeen aangenaam was, kon die effek van voorkeur dalk nie sterk genoeg wees om 'n beduidende aktiwiteitsverskil in beloningsgebiede tot gevolg te hê nie. Dit sal in ooreenstemming wees met bevindinge dat midbrain dopamienneurone verkieslik geaktiveer word deur aptyt eerder as aversive stimuli (Mirenowicz en Schultz, 1996). Desondanks dui ons bevindinge op 'n stelseldifferensiasie van subjektiewe voorkeur uit eenvoudige beloning, wat vorige hipoteses ondersteun dat "wil" nie dieselfde is as "hou van" nie (Robinson en Berridge, 1993).

In teenstelling met die effek van voorkeur, het onvoorspelbaarheid gekorreleer as 'n beduidende hoof-effek met aktiwiteit in die nucleus accumbens, thalamus en mediale orbitofrontale korteks, terwyl voorspelbaarheid hoofsaaklik gekorreleer is met aktiwiteit in die regter beter temporale gyrus. Die voormalige gebiede kom nou ooreen met bekende dopamienprojeksie terreine (Koob, 1992; Cooper et al., 1996). Dit was ietwat verrassend dat onvoorspelbaarheid, en nie voorkeur nie, verband hou met aktiwiteit in hierdie beloningsgebiede. As verhoogde aktiwiteit in hierdie streke met plesier geassosieer word, kan mens aflei dat onvoorspelbare belonings meer aangenaam as voorspelbaar is. Die meeste vakke het egter geen verskil tussen die voorspelbare en onvoorspelbare toestande onderskei nie. As die onvoorspelbare belonings meer aangenaam was as voorspelbare, of andersom, dan moet dit op 'n onderbewuste vlak plaasvind. 'N Alternatiewe verduideliking veronderstel dat dopamien in verhoogde bedrae tot onverwagte belonings vrygestel word (Montague et al., 1996; Schultz et al., 1997;Schultz, 1998). Dopamien kan neuronale opwinding verminder (Cooper et al., 1996) en kan ook die mikrovaskulatuur direk verstrek (Krimer et al., 1998), maar verhoogde accumbens aktiwiteit is ook geassosieer met die subjektiewe genot van kokaïen (Breiter et al., 1997). Hierdie bevindings dui daarop dat ons waargenome toename in aktivering met onvoorspelbaarheid kan verband hou met verhoogde dopamien vrylating, óf omdat die accumbens projekte aan die VTA of omdat dit 'n projeksie van die VTA ontvang, wat eenstemmig sal wees met die modelresultate. Hierdie interpretasie moet getemper word deur twee belangrike feite: (1), die meganismes wat verhoogde dopaminerge oordrag aan veranderinge in die BOLD-sein sou koppel, is onbekend, en (2) het ons geen onafhanklike mate van dopaminerge oordrag nie, slegs veranderinge in die BOLD-respons. Die moontlikheid dat ons indirekte instandhouding van dopaminerge aktiwiteit ondervind, is opwindend, maar kan nie ondubbelsinnig in 'n fMRI-eksperiment bepaal word nie. Dit is egter in ooreenstemming met vorige bevindings met behulp van positron-emissie tomografie dat dopamien in die ventrale striatum vrygestel word onder voorwaardes van monetêre aansporing (Koepp et al., 1998). Tesame met die versterkende effek van onvoorspelbaarheid, is dit ook in ooreenstemming met die hipotese-effekte van dopamien op neuronale "wins" (Cohen en Servan-Schreiber, 1992), met die eindresultaat dat sommige streke sal toeneem en ander sal afneem.

Die spesifieke streke wat relatief deur onvoorspelbaarheid geaktiveer is, stem ooreen met breinstreke wat geassosieer word met eetlusfunksies. Benewens die nukleusakkapent, het die mediale orbitofrontale korteks 'n hoof-effek vir onvoorspelbaarheid. Hierdie streek is in primate getoon om beide die lonende en neutrale aspekte van smaak sensasies te integreer en word gedink om primêr die motiveringswaardes van hierdie stimuli te weerspieël (Rolls, 2000). Hierdie streek bevat ook neurone wat relatiewe voorkeur vir beloning diskrimineer (Tremblay en Schultz, 1999). Die orbitofrontale korteks is tipies moeilik om te beeld met fMRI as gevolg van die vatbaarheidsartifak van die nasale sinusse (Ojemann et al., 1997). Die streek wat ons geïdentifiseer het, is egter oor die algemeen beter en oorheersend aan die gewone artefak-ligging. Hierdie streek is voorheen reageer op lekker smaak (Francis et al., 1999). 'N Tweede streek, in die superieure pariëtale lob, was waarskynlik nie verwant aan die belonende aspekte van die taak nie, maar eerder die gevolg van veranderinge in aandag. Hierdie streek was voorheen betrokke by visuospatiale aandag, veral tydens verwagtingsoortredings (Nobre et al., 1999). Nog 'n streek, in die linkerkantse temporale korteks, het 'n grenslyn beduidende modulasie getoon deur onvoorspelbaarheid. In onlangse fMRI eksperimente is die linker temporale lob geassosieer met die verwerking van die voorspelbaarheid van sekwensiële stimuli (Bischoff-Grethe et al., 2000). Hier brei ons hierdie vorige bevindings uit neutrale stimuli na aangename stimuli uit, wat daarop dui dat hierdie streek 'n generiese monitering van voorspelbaarheid onafhanklik van stimulusvalensie kan uitvoer.

Die breinstreke wat ons geïdentifiseer het as reageer op onvoorspelbaarheid, hetsy in 'n direkte of modulerende wyse, is in 'n aantal eksperimente oor finansiële beloning geïmpliseer. Geld kan vir mense beloon, maar dit versterk net omdat dit hierdie eienskappe deur komplekse kondisionering verkry het. Soortgelyk aan die bevinding dat kokaïen op verskillende neurone werk as natuurlike versterkers (Carelli et al., 2000), is dit moontlik dat gekondisioneerde versterkers, soos geld, op verskillende neurale stelsels optree as natuurlike versterkers soos kos en water. Aktiwiteit in beide die ventrale striatum en middelbrein is gekorreleer met absolute vlakke van finansiële beloning (Thut et al., 1997;Delgado et al., 2000; Elliott et al., 2000; Knutson et al., 2000), 'n bevinding wat veral in ons uitslae afwesig is. Soos voorheen genoem, was beide die sap en water mildelik aangenaam, en dus was daar nie 'n wesenlike verskil in absolute beloning nie, alhoewel ons 'n geringe verskil in die teoretiese model aanvaar het. Daarbenewens het ons nie 'n aversive stimuli of iets gebruik wat as 'n negatiewe beloning beskou kan word nie, wat ook die verskil kan maak. Interessant genoeg het die streke wat ons geïdentifiseer het as direk of geaffekteer deur onvoorspelbaarheid gekorrespondeer met die gebiede wat voorheen gevind is om sensitief te wees vir die konteksafhanklikheid van die finansiële beloning (Rogers et al., 1999; Elliott et al., 2000). In die besonder, beide die subgenoemde cingulate en mediale thalamus is gekorreleer met onvoorspelbaarheid in ons studie en kon konteks afhanklik wees van Elliott et al. (2000).

Omdat voorspelbaarheid die effek van voorkeur gemoduleer het, is dit belangrik om die potensiële bronne van voorspelling te onderskei. In 'n klassieke kondisionering eksperiment, 'n neutrale stimulus voorafgaan die beloning. Na opleiding word die voorheen neutrale stimulus die voorspeller of gekondisioneerde stimulus. Omdat daar relatief min data is oor die gebruik van orale stimuli in fMRI, het ons verkies om die eksperiment te vereenvoudig en te beheer vir die motoriese aspekte van die taak deur twee verskillende orale stimuli, water en vrugtesap te gebruik. Dus, die bron van voorspelling in ons eksperiment het noodwendig uit die volgorde van stimuli self gekom. Op sommige maniere is dit eenvoudiger as om 'n ander stimulusmodaliteit te stel, soos 'n visuele leidraad, maar omdat beide stimuli belonend was, kan ons geen gevolgtrekkings maak oor die kondisioneringsproses nie. Beide die teoretiese model (Schultz et al., 1997) en neurofisiologiese data (Schultz et al., 1992, 1993) stel voor dat beloningsvoorspellings bereken word gedurende die interval wat voordele gelewer word. Omdat ons nie die tydskaal ken waarop sulke voorspellings bereken word nie, het ons verkies om die eksperiment as twee voorwaardes voorspelbaar en onvoorspelbaar te analiseer. Deur 'n sielkundige redelike interval tussen stimuli, 10 sek te behou, was daar onvoldoende tyd om verskille in interstimulusverwerking op te los. Vermoedelik vind sodanige verwerking plaas, en dit kan opgelos word met 'n andersins ontwerpte eksperiment.

Samevattend kan aktiwiteit in menslike beloningstreke gemoduleer word deur die temporale voorspelbaarheid van primêre belonings soos water en sap. Hierdie resultate bied belangrike ondersteuning vir berekeningsmodelle wat postuleer dat foute in beloningsvoorspelling sinaptiese verandering kan dryf en hierdie gevolgtrekkings van nie-menslike primate na mense kan uitbrei. Die plaaslike spesifisiteit van hierdie modulasie stel ook voor dat inligting, soos beliggaam deur die relatiewe voorspelbaarheid van 'n stimulusstroom, 'n vorm van neurale geldeenheid kan wees wat met fMRI opgespoor kan word.