Die Lure van die onbekende (2006)

Hoof teks

Meriwof Lewis en William Clark het jare daaraan gewerk, Edmund Hillary en Tenzing Norgay het Mount Everest daarvoor uitgeklim, Neil Armstrong het die ruimte ingevlieg daarvoor, en Robert Falcon Scott het gesterf daarvoor - 'n kans om iets te ontdek wat nog nooit tevore gesien is nie. ’n Lang tradisie van menslike verkenning getuig van die motiverende krag van nuutheid. Evolusionêre bioloë het aangevoer dat om te kan floreer, alle spesies wat kos soek 'n dryfkrag moet hê om die onbekende te verken (Panksepp, 1998). Hoe so 'n dryfkrag in die brein manifesteer, het egter onduidelik gebly. In hierdie uitgawe van Neuron, vir die eerste keer, Bunzeck en Düzel (2006) wys dat middelbreinstreke wat vermoedelik dopamienneurone huisves, verkieslik reageer op nuwe eerder as seldsame, prikkelende of gedragsrelevante stimuli (Bunzeck en Düzel, 2006).

Van buite, die ventrale tegmentale area (VTA) en substantia nigra (SN) is maklik om te mis. Geleë diep in 'n draai van die breinstam, huisves hierdie kerne die liggame van die meeste van die dopamienneurone wat die striatum en prefrontale korteks innerveer. Traksie nasporing studies dui aan dat terwyl die VTA na meer ventrale streke van die striatum en prefrontale korteks projekteer, die SN projekteer na meer dorsale en laterale streke van die striatum en prefrontale korteks. Alhoewel klein, is hierdie kerne in 'n posisie om wydverspreide invloed uit te oefen. Inderdaad, van binne af is die lewe sonder hierdie middelbreinneurone ver van maklik. Byvoorbeeld, beide organiese letsels (as gevolg van Parkinson se siekte) en sintetiese letsels (as gevolg van onbehoorlik vervaardigde middels) van die SN/VTA lei tot geestelike en fisiese onbeweeglikheid.

Terwyl letsel studies stel voor dat dorsale paaie geïnnerveer deur die SN 'n rol speel in beweging, ventrale paaie wat deur die VTA geïnnerveer word, speel 'n minder verstaanbare rol in motivering (Haber en Fudge, 1997). Sommige prominente teorieë veronderstel dat aktiwiteit in hierdie ventrale pad "salience" verleen aan stimuli (Berridge en Robinson, 1993). Teoretici het egter opvallend verskillend gedefinieer, wat empiriese pogings om die funksie van hierdie kerne te isoleer verwar. Byvoorbeeld, sommige definisies van opvallendheid roep nuutheid aan, ander roep gedragsrelevansie aan, en nog ander roep opwekking aan.

Hier definieer Bunzeck en Düzel operasioneel "salience" op vier verskillende maniere. Tydens die verkryging van gebeurtenisverwante fMRI het die ondersoekers proefpersone foto's van gesigte of buitetonele gewys wat verskillende kenmerke van opvallendheid beliggaam en dan die SN/VTA-reaksie op hierdie verskillende stimuli gemeet. 'n Eerste groep prente was nuut, of nog nooit tevore gesien nie. 'n Tweede groep prente was gedragsrelevant, wat 'n knoppie-druk vereis het. 'n Derde groep prente was negatief en word dus veronderstel om opwindend te wees (dws 'n negatiewe uitdrukking in die geval van gesigte, of 'n motorongeluk in die geval van tonele). 'n Vierde groep prente was duidelik, maar het meer as een keer verskyn (genoem "neutrale oddballs"). Toe hulle nie een van hierdie prente gekyk het nie, het proefpersone 'n herhaalde neutrale prentjie vir die oorblywende twee derdes van die proewe gesien. Foto's het omtrent elke 3 s verskyn.

Die ondersoekers het bevind dat onder alle prente, nuwe prente die SN/VTA die kragtigste geaktiveer het, sowel as dele van die hippokampus en striatum, wat daarop dui dat SN/VTA-aktivering op nuwigheid eerder as ander soorte opvallendheid gereageer het. Ander soorte prente het ander streke gewerf. Ietwat verrassend, gegewe die vermeende rol van dopamienprojeksies in beweging, het prente wat 'n motoriese reaksie vereis het nie die SN/VTA-streke kragtig geaktiveer nie, maar eerder 'n motorbaan gewerf wat die rooi kern, talamus, en motoriese korteks. Negatiewe prente het ook nie die SN/VTA kragtig geaktiveer nie, maar eerder ander middelbreinstreke (dws die locus coeruleus) en die amigdala. Laastens, in vergelyking met die herhaalde prentjie, het die neutrale oddball die hippokampus geaktiveer, sowel as ander streke soos die anterior cingulate.

Die ondersoekers het ook ondersoek of nuwigheid geheue verbeter. Hippocampus aktivering is geassosieer met kodering van herinneringe in fMRI studies (Brewer et al., 1998, Wagner et al., 1998), en nuwe prente het hierdie streek sowel as die SN/VTA geaktiveer. Dit lei tot die afleiding dat proefpersone beter geheue vir nuwe prente moet toon. Trouens, hulle het nie. In plaas daarvan, soos in ander navorsing (Ranganath en Rainer, 2003), het onderwerpe bekende prente beter onthou as nuwe prente. In 'n aparte eksperiment het die ondersoekers egter 'n interessante kontekstuele effek gevind waarin bekende prente afgewissel met nuwe prente 'n verbygaande geheue-hupstoot gekry het, waarneembaar 20 min, maar nie 1 dag later nie. Hierdie bevinding kan gekontrasteer word met dié van ander onlangse studies wat toon dat beloningswyses die SN/VTA en hippokampus koaktiveer, wat langtermyngeheue nie net vir die leidrade verbeter nie (Wittmann et al., 2005), maar ook vir prente wat hulle volg (Adcock et al., 2006).

Saam vorm hierdie bevindings moontlik 'n opwindende nuwe navorsingsgroep wat poog om motivering en geheue te koppel. 'n Onlangse teorie postuleer dat twee stroombane 'n lus vorm, waardeur nuwigheid geheue kan bevorder (Lisman en Grace, 2005). In die eerste dalende stroombaan aktiveer nuwigheid die hippokampus, wat sinaps op die SN/VTA via subkortikale paaie wat deur die ventrale striatum. 'n Tweede stygende stroombaan voltooi die lus, waarin die geaktiveerde SN/VTA stel dopamien vry in die hippokampus, wat memorisering van die nuwe stimulus bevorder. Die huidige bevindinge bied gedeeltelike ondersteuning vir die lusteorie. Hulle stem ooreen met die werwing van die eerste kring, waarin hippokampus, striatum en SN/VTA deur nuwigheid geaktiveer word. Hulle stem egter nie ooreen met die werwing van die tweede kring nie, aangesien nuwe stimuli nie beter onthou is nie. Daar was egter 'n verbygaande hupstoot in geheue vir bekende stimuli in die konteks van nuwe stimuli. Aangesien ander fMRI-studies daarop dui dat beloningsaanwysings hierdie tweede kring aktiveer, wat ooreenstem met verbeterde kodering van daaropvolgende stimuli, kan dit wees dat nuwe stimuli self nie beter onthou word nie, maar die brein in 'n ontvanklike toestand plaas om te onthou wat nog gaan kom (wat kan 'n aanhoudende nuwe stimulus of iets anders wees) (Dayan, 2002, Knutson en Adcock, 2005). So 'n meganisme kan baie nuttig wees vir 'n voorspellende dier wat kos soek (Kakade en Dayan, 2002).

Die bevindinge laat ook vrae ontstaan ​​oor die beloningswaarde van nuwe prente. Het proefpersone byvoorbeeld nuwe prente verkies bo minder nuwe, negatiewe emosionele of gedrags-eisende prente? Die studie het nie positiewe emosionele prente ingesluit nie, wat 'n interessante toekomstige vergelyking met nuwe prente kan bied. Mens kan voorspel dat beide nuwe en positiewe prente die SN/VTA afsonderlik kan aktiveer. Alternatiewelik, as die nuwigheidseffekte bemiddel word deur die beloningswaarde van nuwigheid, kan 'n mens voorspel dat positiewe prente, ingebed in dieselfde eksperiment, SN / VTA-aktivering van nuwe stimuli kan "steel".

In die lig van voortdurende tegnologiese vooruitgang, bly uitdagings in die visualisering van SN/VTA-aktiwiteit met fMRI steeds voort. Die SN/VTA is klein, en alhoewel fMRI-navorsers oortuigend aktivering in hierdie streke aangemeld het (Adcock et al., 2006, Knutson et al., 2005, Wittmann et al., 2005), kleiner voxelgroottes en ruimtelike gladmaakpitte is beslis in orde. Daarbenewens lê die SN/VTA aangrensend aan 'n weefsel-koppelvlak en direk bokant die polsende arteries van die kring van Willis, wat veral hierdie ventrale streke van die brein sigbaar beweeg (Dagli et al., 1999). Spesiale maniere om die pulsasies te hanteer is onder ontwikkeling en kan geraas in hierdie streke verminder, insluitend kardiale steekproefneming tydens beeldverkryging (Guimaraes et al., 1998) of na-verwerwing filtering met die hartritme (Glover et al., 2000). Ten slotte, soos opgemerk deur baie ander (Logothetis en Wandell, 2004), toenames in fMRI bloed suurstofvlak afhanklik (BOLD) sein stel 'n interpreterende dilemma in of hulle inkomende seine, uitgaande seine of 'n kombinasie van die twee weerspieël. Onlangse elektrofisiologiese studies begin om te suggereer dat verhoogde BOLD-aktivering hoofsaaklik postsinaptiese veranderinge indekseer as gevolg van neurale insette, wat natuurlik die vraag laat ontstaan ​​watter ander streke die VTA inlig oor die koms van 'n nuwe stimulus.

Eksplorasie is nie beperk tot fisiese grense en vreemde lande nie. Galileo Galilei en Isaac Newton kan waarskynlik identifiseer met die opwinding om vir die eerste keer in voorheen onbekende wêrelde te loer. Deur verbande tussen nuwigheid, beloning en geheue te begin naspeur, het Bunzeck en Düzel ons 'n goeie begin gegee om die motivering wat ontdekkingsreisigers en wetenskaplikes dryf, te verstaan.