Kort- en langdurige gevolge van nuwigheid, afwyking en verrassing op brein en kognisie (2015)

Neurowetenschappen & Biobehavioral Reviews

Aanlyn beskikbaar 11 Mei 2015

Hooftrekke

  • Stimulus-nuwigheid verbeter persepsie en fasiliteer antwoorde.
  • Ruimtelike nuwigheid verhoog motivering en bevorder leer en geheue.
  • Die effekte op persepsie kan bemiddel word deur limbiese streke.
  • Die effekte op reaksies is kortstondig en kan verwant wees aan LC-NE antwoorde.
  • Die effekte op leer is langer en hou verband met die SN / VTA antwoorde.

Abstract

Wanneer 'n mens 'n nuwe stimulus teëkom, veroorsaak dit 'n waterval van breinreaksies, wat verskeie neuromodulatoriese stelsels aktiveer. Gevolglik het nuwigheid 'n wye verskeidenheid effekte op kognisie; verbeter persepsie en aksie, verhoog motivering, ontlok gedrag en bevorder leer. Hier kyk ons ​​na hierdie voordele en hoe dit in die brein kan ontstaan. Ons stel 'n raamwerk voor wat die uitwerking van nuwigheid op brein en kognisie in drie groepe organiseer.

Eerstens kan nuwigheid die persepsie verbysterk. Hierdie effek word voorgestel om bemiddel te word deur nuwe stimuli wat die amygdala aktiveer en die vroeë sensoriese prosessering bevorder.

Tweedens, nuwe stimuli kan opwekking verhoog, wat lei tot kortstondige effekte op aksie in die eerste honderde millisekondes na voorlegging. Ons argumenteer dat hierdie effekte verband hou met afwyking, eerder as op nuwigheid, en verbind hulle met die aktivering van die lokus-coeruleus norepinefriestelsel.

Derde, ruimtelike nuwigheid kan die dopaminerge mesolimbiese stelsel veroorsaak, die bevordering van dopamien vrystelling in die hippokampus, met langer blywende effekte tot tien minute, op motivering, beloningverwerking en leer en geheue.


 

UITDRUKKINGS VAN STUDIE

'N Belangstelling in die nuwe kan dus voordelig wees, en kan ook verwag word om moontlike bedreigings op te spoor en skade te voorkom. Om die gedrag optimaal aan te pas by die huidige situasie, moet die brein 'n afweging maak tussen die gebruik van bekende bronne van beloning aan die een kant en die ondersoek van nuwe voorwerpe en situasies aan die ander wat meer winsgewende uitkomste kan aandui, of 'n onbekende bron van bedreiging.

Dit is voorgestel deur rekenkundige teorieë van versterkingsleer dat die nuwigheid nuwe verkenningsgedrag kan bevorder deur 'n eksplorasiebonus (of nuwigheidsbonus) te ontlok, wat verkennende gedrag op soek na beloning motiveer (Düzel et al., 2010, Kakade en Dayan, 2002 ; Knutson en Cooper, 2006). Hierdie idee is uitgewerk in 'n teorie: Nuwigheidverwante Motivering van Antisipasie en Eksplorasie deur Dopamien of NOMAD (Düzel et al., 2010) .NOMAD stel voor dat 'n roman stimulus resultate in beide tydelik spesifieke fasiese bars van DA ervaar, wat toeneem plastisiteit beide vir die berging van die nuwe stimulus self en van stimuli wat daarop volg, en 'n toename in toniese DA vlakke. Daarbenewens het die blote verwagting van nuwigheid alreeds tot 'n toename in toniese DA vlakke gelei. Hierdie toename in toniese aktiwiteit sal op sy beurt verhoogde beloningskepping bevorder en verkennende gedrag bevorder.

Empiriese bewyse vir hierdie teorie het getoon dat nuwe stimuli en die verwagting van nuwe stimuli wel die dopa-minergiese beloningsisteem kan aktiveer, wat die voorspellingsreaksies van beloning (Bunzeck et al., 2012, Wittmann et al., 2007) kan verbeter en nuwe geleenthede verseker word geëvalueer en potensiële risiko's word geassesseer totdat die uitslag bekend is (Krebs et al., 2009). Daarbenewens verhoog die elf-fase Phasic DA-vrystelling in die striatum om te beloon (Bunzecket al., 2007; Guitart-Masip et al., 2010; Krebs et al., 2011; Lismanand Grace, 2005). Daarbenewens is VTA-aktiwiteit wat deur beloningvooruitsig veroorsaak is, gekorreleer met beter episodiese geheue, wat daarop dui dat DA-vrystelling die geheue (Murty and Adcock, 2014) inderdaad kan verhoog. In die ander rigting kan beloning versnelling prosessering (Bunzeck et al., 2009), 'n proses wat vermoedelik deur DA beheer word, versnel, wat ook die herwinningsprestasie vergemaklik (Apitz en Bunzeck, 2013; Eckart en Bunzeck, 2013; Op die verband tussen dopamien en geheue, sien Shohamy en Adcock, 2010). Die verband tussen nuwigheid en leer is egter ook geassosieer met ander neuromodulatoriese stelsels.

Die verband tussen nuwigheid en leer is egter ook geassosieer met ander neuromodulatoriese stelsels. In die besonder is NE ook betrokke by nuwigheidsgeïnduceerde leervoordele, veral in nie-menslike diere (Straube et al., 2003b; Sara, 2009; Harley, 2007; Madison en Nicoll, 1986). NE verhoog die opwinding van neurone in die dentate gyrus en bevorder langtermyn potensiering (LTP; Kitchigina et al., 1997; Kemp en Manahan-Vaughn, 2008; Klukowski en Harley, 1994), 'n meganisme wat geglo het dat die vorming van herinneringe onderliggend is (Cooke en Bliss, 2006).

Verskeie neuromodulatoriese stelsels word voorgestel om die effekte van nuwigheid op leer te onderlê, soos dopaminerge insette (Lemon and Manahan-Vaughan, 2006, Li et al., 2003; Lisman en Grace, 2005; Roggenhofer et al., 2010; Sajikumar en Frey, 2004), noradrenerge insette (Kitchigina et al., 1997; Straube et al., 2003a; Uzakov et al., 2005; Vankov et al., 1995) deur middel van beta-adrenoreceptors (Kemp en Manahan-Vaughan, 2008) en cholinergiese insette (Barry et al., 2012; Bergado et al., 2007; Hasselmo, 1999; Meeter et al., 2004). Die dopaminerge en noradrenerge stelsels is ook voorgestel om hierdie effekte in concert te bemiddel, deur middel van hul wedersydse verbindings (Briand et al., 2007; Harley, 2004; Sara, 2009). Al drie neurotransmitters is bekend om vrygestel te word in reaksie op nuwe stimuli, en is gekoppel aan plastisiteit in die brein.

Nog 'n rede om te glo dat NE of ACh is noodsaaklik vir die nuwigheid se effekte op geheue is die tydskaal waarop die effekte voorkom. Effekte van ACh-vrystelling is aangevoer om ongeveer twee sekondes na die vrylating (Hasselmo en Fehlau, 2001) te spits, terwyl die effekte van NE-vrystelling op kortere tydskale kan optree.

Inderdaad, effekte van nuwe omgewings, is een LTP-induksie aangevoer om te berus op die aktivering van dopaminerge D1 / D5 reseptore (Li et al., 2003).

Sulke langertermyn-effekte van nuwigheid stem ooreen met die idee dat DA die nuwigheidsgeïnduceerde voordele vir geheue moduleer, soos voorgestel deur onder meer Lisman en Grace (2005). Ook ander bewyse het opgehoop vir 'n belangrike rol van DA in toenemende plastisiteit in die hippokampus (Jay, 2003; Lemon and Manahan-Vaughan, 2006; Li et al., 2003; Lisman en Grace, 2005; Roggenhofer et al., 2010; Sajikumar en Frey, 2004). Tesame dui hierdie bevindinge aan dat dieselfde meganisme onderworpe is aan beide die voordele van nuutheid vir leer, en die eksplorasiebonus (Düzel et al., 2010; Blumenfeld et al., 2006; Lisman en Grace, 2005).

'N raamwerk vir die organisering van nuwigheid se effekte op brainand gedrag

Samevattend ontlok die nuwigheid sterk antwoorde oor 'n wye verskeidenheid breinareas, en stimuleer verskeie neuromodulatoriese stelsels wat baie aspekte van kognisie beïnvloed. Hier het ons aangevoer dat die neurofisiologiese response op nuwigheid op verskillende tydskaalse uitspel en dat dit die verskille in die tydsberekening van die nuwigheid se effekte op verskillende kognitiewe prosesse kan verduidelik. Die navorsing wat hier hersien word, dui daarop dat hierdie effekte in ten minste drie kategorieë gegroepeer kan word. Die eerste twee bestaan ​​uit effekte wat hortly plaasvind nadat 'n nuwe stimulus voorkom. Die derde bevat langdurige effekte.

Eerstens reageer die amygdala, veral bekend deur sy rol in die verwerking van emosie, ook sterk op nuwigheid (Zald, 2003; Blackford et al., 2010). Emosionele stimuli word geglo om verbeterde persepsies te verkry deur 'n aanduiding te verkry deur die amygdala en sy verbindings met vroeë visuele kortikale areas (Vuilleumier, 2005) te aktiveer. Aangesien nuwe stimuli betroubaar dieselfde breinkringe kan aktiveer as emosionele stimuli, kan nuwigheid potensieel perseptuele prosesse via dieselfde paaie verbeter. Die effekte o femotion op visuele persepsie is baie vinnig; Alhoewel die presiese tydsverloop van hierdie effekte nog nie bekend is nie, word verbeterings tipies na verwagting in die eerste paar honderd millisekondes na voorstelling van 'n emosionele stimulus (Sellinger et al., 2013) voorgekom. Nuwe stimuli het getoon dat dit soortgelyke verbeterende effekte op persepsie het (Schomaker en Meeter, 2012). Alhoewel baie onseker bly, het ons aangevoer dat die oriëntering van aandag na nuwe stimuli kan voortspruit uit amygdalêre aktivering wat vroeë sensoriese verwerkingsstreke in die brein beïnvloed.

Tweedens kan nuwe stimuli die LC aktiveer ('n breinstamarea wat die eksklusiewe verskaffer van NE in die voorhoede is), wat lei tot fasiese NE-vrylating wat rondom 200 ms na aanleiding van stimulusaanbieding (Aston-Jones en Cohen, 2005b; Mongeau et al., 1997). Hierdie LC-NE-stelsel is geassosieer met opwinding, maar kan ook gedrag meer selektief beïnvloed. Die aanpassingswins-teorie (Aston-Jonesand Cohen (2005a) stel dat fasiese NE-vrystelling uit die LC-instrument 'n temporale filter is, wat taakverwante gedrag fasiliteer deur besluite te neem oor besluitnemingsprosesse en onderdrukking van nie-teikenverwante breinaktiwiteite. Onlangse studies het getoon dat nuwe stimulanse inderdaad reaksies vergemaklik, maar dat die effekte sterker van ander faktore afhanklik is. In werklikheid blyk die spoed van die reaksies meer op afwagting as op vernuwing (Schomaker andMeeter, 2014a). Dieselfde is aangevoer as die geval vir die toenemende P3 ERP komponent (Schomaker et al., 2014c), wat die moontlike algemene meganisme voorstel.

Derde, mesolimbiese dopaminerge sisteem kan deur nuutheid geaktiveer word. In teenstelling met die kortstondige LC-NE-reaksie, kan dopaminerge response wat deur nuwigheid verkry word, tot enkele minute van krag wees. (Li et al., 2003). Na die nuutste opsporing word DA-vrystelling van die SN / VTA vermoedelik geaktiveer deur 'n nuwigheidsein van die hippocampus (Lisman en Grace, 2005). Gedragsgetroue, is veral 'n yspatiale nuwigheid getoon om die effek op geheue by diere te verbeter (Davis et al., 2004; McGaugh, 2005; Uzakov et al., 2005; Straube et al., 2003b) en mense (Fenker et al. , 2008; Schomaker et al., 2014b)