Kunteksta interago inter novigado kaj premiita prilaborado ene de la mesolimbic-sistemo (2012)

  • Hum Brain Mapp. 2012 Jun; 33 (6): 1309 – 1324.
  • Eldonita interrete 2011 Apr 21. doi:  10.1002 / hbm.21288

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

Ĉi tiu artikolo estis citita de aliaj artikoloj en PMC.

Iru al:

abstrakta

Meza tempodaŭra lobo (MTL) dependa longtempa memoro por novaj eventoj estas modulita de cirkvito, kiu ankaŭ respondas rekompencon kaj inkluzivas la ventralan striatumon, dopaminergian midbrainon, kaj median orbitofrontan kortekson (mOFC). Ĉi tiu komuna neŭra reto eble reflektas funkcian ligon inter novedeco kaj rekompenco, per kio noveco motivigas esploradon serĉante rekompencojn; ligo ankaŭ nomis novecon "esplora bonuso." Ni uzis fMRI en sceno kodanta paradigmon por esplori la interagadon inter noveco kaj rekompenco kun fokuso sur neŭralaj signaloj similaj al esplora bonuso. Kiel atendite, rekompenco rilata longtempan memoron por la scenoj (post 24-horoj) forte korelaciita kun aktiveco de MTL, ventral-striato kaj substantia nigra / ventral-tegmenta areo (SN / VTA). Plue, la hipokampo montris ĉefan efikon de noveco, la striato montris ĉefan efikon de rekompenco, kaj la mOFC signalis ambaŭ novecon kaj rekompencon.. Interparolo inter noveco kaj rekompenco simila al esplora bonzo estis trovita en la hipokampo. Ĉi tiuj datumoj sugestas, ke MTL-novedzaj signaloj estas interpretitaj laŭ iliaj rekompencaj proprecoj en la mOFC, kiuj pripensas striktajn rekompencajn respondojn. La striatum kune kun la SN / VTA tiam reguligas MTL-dependa longtempa memoro-formado kaj kunteksta esploradaj gratifaj signaloj en la hipokampo.

Ŝlosilvortoj: noveco, rekompenco, mezolimbia sistemo, memoro, hipokampo, substantia nigra / ventrala tegmentala areo, ventrala striato, mOFC, esplora bonzo

ENKONDUKO

Noveleco estas laŭvice elstara lernila signalo, kiu altiras atenton, antaŭenigas kodon de memoro kaj modifas cel-direktitan konduton [kavaliro,1996; Lisman kaj Grace, 2005; Mesulam, 1998; Sokolov, 1963]. Lastatempaj provoj de homaj kaj nehomaj primataj studoj levas la eblecon, ke motivaj aspektoj de noveco parte rilatas al siaj komunaj ecoj kun rekompenco [Bunzeck kaj Duzel, 2006; Kakade kaj Dayan, 2002; Mesulam, 1998]. Ĉi tiu sugesto sekvas de observaĵoj, ke en bestaj studoj la substantia nigra / ventrala tegmenta areo (SN / VTA) de la mezkruco estas aktivigita de stimuloj, kiuj antaŭdiras rekompencojn same kiel stimulojn novajn [Ljungberg, et al. 1992]; por recenzo vidu [Lisman kaj Grace, 2005]. Simile, la homa SN / VTA estas aktivigita ambaŭ per rekompenco [Knutson kaj Cooper, 2005] kaj noveco [Bunzeck kaj Duzel, 2006; Bunzeck, et al. 2007; Wittmann, et al. 2005] same kiel per antaŭvidoj antaŭdirantaj ilian okazon [Knutson kaj Cooper, 2005; O'Doherty, kaj aliaj. 2002; Wittmann, et al. 2005, 2007]. La neurotransmisoro dopamina produktita en la SN / VTA profunde reguligas motivajn aspektojn de konduto [Berridge, 2007; Niv, et al. 2007].

Plue, ekzistas konverĝaj evidentaĵoj, ke la hipokampo, mezepoka tempa lobo (MTL) strukturo, kiu estas kritika por la formado de longtempaj epizodaj memoroj por novaj eventoj, estas ankaŭ implikita en diversaj formoj de rekompenco-lernado [Devenport, et al.1981; Holscher, et al. 2003; Ploghaus, et al. 2000; Purves, et al. 1995; Ruloj kaj Xiang, 2005; Salomono, et al. 1986; Tabuchi, et al. 2000; Weiner, 2003; Wirth, et al. 2009]. Ekzemple, la ronĝulo-hipokampo montras pliigitan agadon en marŝitaj sed ne neligitaj labirintoj [Holscher, et al. 2003]; en nehomaj primatoj ĝi okupiĝas pri lernado de rekompencaj asocioj [Rolls kaj Xiang, 2005]; hipokampa agado sekvas prognozajn erarojn pri lernado de eraroj por avversaj stimuloj en homoj [Ploghaus, et al. 2000]; kaj rekompenco pliigas sinkronigon inter hipokampo kaj nukleaj akcentaj neŭronoj [Tabuchi, et al. 2000].

Ofteco en la efikoj de rekompenco kaj noveco povas rekombini teorie per sugesto, ke noveco agu por motivi esploradon de medio por rikolti rekompencojn [Kakade kaj Dayan,2002]. Laŭ ĉi tiu sugesto, ŝlosila motiva propraĵo de noveco estas ĝia potencialo antaŭdiri rekompencojn, dum familiaraj stimuloj, se ripetitaj sen manko de rekompenco, iom post iom perdas ĉi tiun potencialon. La hipoteza bonfara hipotezo faras du specojn de antaŭdiroj: unua rilatas al la potenco, per kiu la statuso de romano aŭ familiara povas antaŭdiri rekompencon kaj dua rilatas al la kuntekstaj foraj efikoj de ĉi tiu kontinueco sur aliaj stimuloj. Laŭ la unua antaŭdiro, esti nova stimulo devus esti pli potenca antaŭdiro de rekompenco ol esti familiara stimulo [ekz., Wittmann, et al. 2008]. Tio estas, kiam romanaj stimuloj antaŭdiras rekompencon, rekompenco povas esti pli alta ol kiam familiaraj stimuloj antaŭdiras rekompencojn. La dua (pli nerekta) prognozo estas, ke la instige pliboniga efiko de noveco sur esplora konduto devas havi kuntekstan efikon sur la instiga signifo de aliaj stimuloj ĉeestantaj en la sama kunteksto. Kongrua kun ĉi tiu sugesto, Bunzeck kaj Duzel [ 2006] montris, ke en kunteksto, en kiu ĉeestas novaj stimuloj, familiaraj stimuloj montras malpli da ripetopovo en MTL-strukturoj. Ĉi tio sugestas, ke eĉ en foresto de eksplicita rekompenco, en kunteksto en kiu ĉeestas novaj stimuloj, ekzistas pli forta instigo esplori ankaŭ la familiarajn stimulojn en tiu kunteksto [Bunzeck kaj Duzel, 2006]. Tamen, ĝis nun, ĉi tiuj prognozoj pri la rilato inter noveco kaj rekompenco ne estis provitaj rekte. Laŭ eksperimentaj terminoj, ĉi tio postulas manipuli la rekompencon-antaŭdiran posedaĵon de noveco tia, ke rekompencoj en donita kunteksto antaŭdiras aŭ per esti romanoj aŭ per esti familiaraj. Ĉi tie, ni uzis ĉi tiun eksperimentan aliron por esplori la funkcian interagadon inter noveco kaj rekompenco en fMRI-studo.

Kompreni la funkcian interagadon inter noveco kaj rekompenco havas profundajn implicojn por kompreni kiom longdaŭra plastikeco por romanaj stimuloj estas reguligita. Granda korpo de fiziologia evidenteco montras, ke dopamino devenanta de la SN / VTA ne nur reguligas motivajn aspektojn de konduto, sed estas kritika por plibonigi kaj stabiligi hipokampan plasticecon [Frey kaj Morris,1998; Li, et al. 2003] kaj hipokampo-dependa memora firmiĝo [O'Carroll, et al. 2006]. Laŭ la tiel nomata hipokampo-VTA bukla modelo [Lisman kaj Grace, 2005] novecaj signaloj estas generitaj en la hipokampo kaj estas transdonitaj al la SN / VTA tra la kerno accumbens kaj la ventral pallidum [Lisman kaj Grace, 2005]. Kvankam la modelo emfazas novecon mem kiel la kerna kognala signalo por moduli dopaminon de la SN / VTA, ĝi ankaŭ eksplicite levas la demandon kiel instigaj faktoroj reguligas la efikon de noveco sur la agado de hipokampo kaj la SN / VTA. La celo de ĉi tiu studo estas alproksimiĝi al ĉi tiu demando de la vidpunkto de dividitaj ecoj inter noveco kaj rekompenco kaj ilia funkcia interago.

Se noveco agas kiel signalo, kiu motivigas esploradon rikolti rekompencojn [Bunzeck kaj Duzel,2006; Kakade kaj Dayan, 2002; Wittmann, et al. 2008] partoj de la hipokampo-SN / VTA buklo devas nur montri preferindan respondon al noveco en kunteksto, kie esti romano antaŭdiras rekompencojn, sed ne en kunteksto, kie esti familiara antaŭdiras rekompencon. Samtempe, la plibonigo de esplorado kiam romano estas rekompencita devas akceli hipokampajn respondojn al familiaraj stimuloj, kiuj estas prezentitaj en la sama kunteksto, kvankam ĉi tiuj ne antaŭdirus rekompencojn. En kontrasto, en kunteksto en kiu familiara sed ne estante romano antaŭdiras rekompencojn, devas esti malpli kunteksta instigo por esplori kaj tial hipokampa agado devus esti malalta tiel por la romano kiel por la familiaraj stimuloj en tiu kunteksto. Tial la hipotezo, ke noveco havas nepran proprieton por motivi esploran konduton serĉante rekompencojn, kondukas al la antaŭdiro de interago inter la noveco- kaj rekompenca statuso de stimuloj. Laŭe, la hipokampo respondus forte al kaj novaj kaj familiaraj stimuloj kiam romano antaŭdiras rekompencon kaj malforte al ambaŭ romanaj kaj familiaraj stimuloj kiam familiara antaŭdiras rekompencon.

La alternativa eblo estas, ke la noveco kaj rekompenco-statuso de informoj estas sendependaj. Laŭ ĉi tiu ebleco, ne devas esti funkcia interago inter noveco kaj rekompenco. Alivorte, partoj de la hipokampo-SN / VTA buklo esprimus nur ĉefan efikon de noveco aŭ rekompenco sed neniu interagado inter ambaŭ.

Kunigitaj, manipulado de la kontanteco inter novedzeco kaj rekompenco povas helpi kompreni la ŝlosilajn mekanismojn, kiuj kondukas novajn respondojn ene de la mezolimbia sistemo. Tiucele, ni disvolvis paradigmon, kie ricevi monan rekompencon dependis de la novega stato de bildoj de scenoj [Bunzeck, et al.2009]. Tiel, fari ĝustajn rekompencajn preferojn (vidu metodojn) eblis nur post ĝuste diskriminacii novajn kaj familiarajn stimulojn. Grave, ni taksis rekonan memoron unu tagon post kodado kaj tiel kapablis identigi ĝis kia grado komponantoj de la hipokampo-SN / VTA-buklo korelacios kun la rekompenca rilata plibonigo de longtempa memoro por novaj kaj familiaraj stimuloj.

MATERIALOJ KAJ METODOJ

Du eksperimentoj estis faritaj. Dum la unua eksperimento (Eksperimento 1) estis kondutisma eksperimento la dua eksperimento (Eksperimento 2) implikis kondutajn mezurojn kaj fMRI.

temoj

En Eksperimento 1, 17 plenkreskuloj partoprenis (13 inaj kaj kvar viraj; aĝa rango 19-33 jaroj; meznombro 23.1, SD = 4.73 jaroj) kaj 14 plenkreskuloj partoprenis en Eksperimento 2 (kvin viraj kaj naŭ inaj; aĝa rango: 19-34 jaroj ; meznombro = 22.4 jaroj; SD = 3.8 jaroj). Ĉiuj subjektoj estis sanaj, lertaj kaj havis normalan aŭ korektitan-al-normalan akrecon. Neniu el la partoprenantoj raportis historion de neŭrologiaj, psikiatriaj aŭ kuracaj malordoj aŭ aktualaj kuracaj problemoj. Ĉiuj eksperimentoj estis faritaj kun la skriba konsenta konsento de ĉiu subjekto kaj laŭ la loka etika rajtigo (University College London, UK).

Eksperimenta Desegno kaj Tasko

En ambaŭ eksperimentoj, tri aroj de (1) familiara fazo sekvata de (2) rekona memoro bazita prefer-juĝa tasko estis plenumitaj. Ĉi tie, novaj bildoj estis uzataj por ĉiu aro rezultigante 120-romanon kaj 120-familiarajn bildojn tute uzataj. La eksperimentaj proceduroj estis identaj por ambaŭ eksperimentoj krom ke Eksperimento 1 estis farita sur komputila ekrano kaj Eksperimento 2 estis farita ene de MRI-skanilo. (3) En la tago du testoj pri rekono por ĉiuj prezentitaj bildoj estis provitaj per la procedo "memori / scii" (vidu sube).

(1) Familiariĝo: Temoj estis komence konataj kun aro de 40-bildoj (20-enaj kaj 20-subĉielaj bildoj). Ĉi tie, ĉiu bildo estis prezentita dufoje en hazarda ordo por 1.5-s kun interstimula intervalo (ISI) de 3 s kaj subjektoj indikis la endoman aŭ subĉielan statuson per sia dekstra mano-indekso kaj meza fingro. (2) Rekono-memoro-testo: poste subjektoj plenumis preferon pri juĝa tasko de 9-minuta rekono. Ĉi tiu parto (kunsido) estis plue subdividita en du blokojn enhavantajn ĉiun 20-bildojn de la familiara fazo (nomataj "familiaraj bildoj") kaj 20 antaŭe ne prezentitaj bildoj (nomataj "novaj bildoj"; subjektoj povus paŭzi 20-ojn inter blokoj). En iu ajn bloko ambaŭ romanaj bildoj servis kiel CS + kaj familiaraj bildoj kiel CS- aŭ inverse (Fig..1). Partoprenantoj estis instrukciitaj fari "preferon" juĝon al ĉiu bildo per du-elekta butono-premo indikanta "Mi preferas" aŭ "Mi ne preferas" depende de la kontanteco inter noveco-stato kaj plifortiga valoro. Grave, la termino "preferita" kaj "ne preferita" rilatas al la antaŭdiro de rekompenco de la bildo (depende de la kunteksta kontingento) prefere al la estetikaj ecoj de la bildo.

figuro 1 

Eksperimenta dezajno.

La kontingento estis hazarda kaj indikita sur la ekrano antaŭ ĉiu prizorgata de "Noveco estos rekompencita se preferita" (en kiu kazo novaj bildoj servis kiel CS + kaj familiaraj bildoj kiel CS−) aŭ "Familiareco estos rekompencita se preferita" (ĉi tie familiaraj bildoj servis kiel CS + kaj novaj bildoj kiel CS−). Nur ĝentilaj "mi preferas" respondojn post CS + kaŭzis gajnon de £ 0.50 dum (malĝuste) "Mi preferas" respondojn post CS-kaŭzis perdon de £ -0.10. Ambaŭ ĝustaj "Mi ne preferas" respondojn post CS-kaj (malĝustaj) "Mi ne preferas" respondojn post CS + kaŭzis nek gajnon nek perdon. Bildoj estis prezentitaj en hazarda ordo por 1 s sur griza fono sekvita per blanka fiksa kruco por 2 s (ISI = 3 s). Por certigi, ke neŭralaj rekompencaj respondoj estis limigitaj al la prezentitaj bildoj (t.e., rekompenco-antaŭvidado anstataŭ rezulto), neniu reago estis donita en proceso laŭ proceso. Anstataŭe subjektoj estis informitaj pri sia entuta agado post ĉiu sesio (enhavanta 2-blokojn kun ĉiu kontingento). Antaŭ la eksperimento, la subjektoj estis instrukciitaj respondi kiel eble plej rapide kaj ĝustatempe kaj ke nur 20% de ĉiuj enspezoj estos pagitaj.

Ĉiuj bildoj estis grize skalitaj kaj normaligitaj al meznombra griza valoro de 127 kaj norma devio de 75. Neniu el la scenoj prezentis homojn aŭ partojn de homoj inkluzive de vizaĝoj en la malfono.

Trejnadaj Kunsidoj

Ĉiu subjekto plenumis du trejnajn sesiojn antaŭ la eksperimento. Simile al la efektiva eksperimento ambaŭ trejnadaj fazoj komenciĝis per familiara fazo, dum kiu nur 10 bildoj estis prezentitaj dufoje laŭ hazarda ordo (daŭro = 1.5 s; ISI = 3 s) kaj subjektoj indikis sian internan / eksteran statuson. Kiel estis la kazo por la ĉefa eksperimento, familiariĝo estis sekvita per memora bazita preferjuĝa tasko inkluzive de konataj kaj novaj bildoj. Por trejnaj celoj, en la trejnada kunsido 1, reago estis provata post ĉiu respondo. En trejnada sesio 2 rekompencaj reagoj ne montriĝis tuj post ĉiu stimulo / respondo. Post ĉiu trejna kunsido, la financa rekompenco de la subjekto (maksimumo 1 £) estis raportita al la subjekto. En Eksperimento 2, subjektoj ankaŭ ricevis mallongan trejnan sesion enhavantan 10 konatajn kaj 10 novajn bildojn per respondo-eventuala bloko.

Unu tagon poste, subjektoj elfaris incidentan rekonan memoroteston sekvante la "memori / scii" procedon [Tulving,1985]. Ĉi tie, en hazarda ordo, ĉiuj bildoj antaŭe viditaj de 240 (60 laŭ kondiĉo) estis prezentitaj kune kun novaj bildoj de 60 en la centro de komputila ekrano. Tasko: La subjekto unue faris "malnovan / novan" decidon al ĉiu individue prezentita bildo per sia dekstra indekso aŭ meza fingro. Sekve de "nova" decido, subjektoj estis instigitaj indiki ĉu ili estis memfidaj ("certe novaj") aŭ ne certaj ("konjektas"), denove uzante sian dekstran indekson kaj mezan fingron. Post "malnova" decido, subjektoj estis petataj indiki ĉu ili kapablas memori ion specifan pri vidado de la sceno en studo ("memori respondon"), nur sentis familiarecon kun la bildo sen ia memora sperto ("familiara" respondo) aŭ Nur konjektis, ke la bildo estas malnova ("konjektas" respondo). La temo havis 4-ojn por fari ĉiun el ambaŭ juĝoj kaj okazis rompo de 15-oj post ĉiu 75-bildoj.

fMRI-Metodoj

Ni realigis fMRI sur 3-Tesla Siemens Allegra magneta resonanta skanilo (Siemens, Erlangen, Germanio) per e ea planlingva bildigo (EPI) uzante kvadratan transceiver-bobenon kun dezajno bazita sur la "birdcage" principo. En la funkcia kunsido 48 T2 * -pezaj bildoj (EPI-sekvenco; kovrante la tutan kapon) po volumo kun sango-oksigenado-dependa nivelo (BOLD) kontrasto estis akirita (matrico grandeco: 64 × 64; 48 oblikvaj axaj tranĉaĵoj po volumo angulita ĉe −30 ° en la antero-posta akso; spaca rezolucio: 3 × 3 × 3 mm; TR = 3120 ms; TE = 30 ms; z-brilanta antaŭ-pulsa grada momento de PP = 0 mT / m * ms; pozitiva fazo -kodiga polareco). La fMRI-akira protokolo estis optimumigita por redukti susceptibilidad-induktitan BOLD-sentivecajn perdojn en malsuperaj frontaj regionoj kaj tempaj lobaj regionoj [Deichmann, et al.2003; Weiskopf, et al. 2006]. Por ĉiu temo funkciaj datumoj estis akiritaj en tri skanaj kunsidoj enhavantaj 180 volumojn po sesio. Ses pliaj volumoj po sesio estis akiritaj komence de ĉiu serio por permesi magnetstaton kaj estis forĵetitaj de plua analizo. Anatomiaj bildoj de la cerbo de ĉiu subjekto estis kolektitaj per mult-eoa 3D FLASH por mapado de protona denseco, T1 kaj magnetiga translokigo (MT) ĉe 1 mm-rezolucio [Helms, kaj aliaj. 2009; Weiskopf kaj Helms, 2008] kaj de T1-pezita inversiga reakiro preparita EPI (IR-EPI) sekvencoj (matrico grandeco: 64 × 64; 64-tranĉaĵoj; spaca rezolucio: 3 × 3 × 3 mm). Aldone, individuaj kampaj mapoj estis registritaj uzante duobla eco-FLASH-sekvenco (grandeco de matrico = 64 × 64; 64-tranĉaĵoj; spaca rezolucio = 3 × 3 × 3 mm; breĉo = 1 mm; mallonga TE = 10 ms; longa TE = 12.46 ms; longa TE = 1020 ms ; TR = XNUMX ms) por distordo-korektado de la akiritaj EPI-bildoj [Weiskopf, et al. 2006]. Uzante la "Kampo-ilobreton" [Hutton, et al. 2002, 2004] kampoj mapoj estis taksitaj de la fazdiferenco inter la bildoj akiritaj ĉe la mallonga kaj longa TE.

La datumoj de la fMRI estis antaŭprocesitaj kaj statistike analizitaj uzante la programon SPM5 (Wellcome Trust Center por Neuroimaging, University College London, UK) kaj MATLAB 7 (The MathWorks, Inc., Natick, MA). Ĉiuj funkciaj bildoj estis korektitaj por movaj artefaktoj per realinstruado al la unua volumo; korektita por distordoj surbaze de la kampo mapo [Hutton, et al.2002]; korektita por la interagado de moviĝo kaj distordo uzante la "Unwarp-ilobutonon" [Andersson, et al. 2001; Hutton, et al. 2004]; spaco normaligita al norma SPN-ŝablono T1-pezita [Ashburner kaj Friston, 1999] (zorgis pri tio, ke precipe regionkorpaj regionoj konformas al la norma ŝablono); re-sampligita al 2 × 2 × 2 mm; kaj glatigita kun izotropa 4 mm plenlonga duon-maksimuma Gaŭsa kerno. Tia grandskala spaca rezolucio en kombinaĵo kun relative malgranda glata kerno estas la bazo por povi detekti malgrandajn grupojn de aktivigo, ekzemple ene de la mezkerno kaj MTL-regionoj, kie diferencaj aktivigaj ŝablonoj (t.e., novigaj respondoj kaj interagoj inter noveco kaj rekompenco. ) eble situos tre proksime [Bunzeck, et al. 2010]. La datumoj pri fMRI-serio-serioj estis altaj enirpermesiloj (ekstermitaj = 128-oj) kaj blankigitaj uzante modelon AR (1). Por ĉiu subjekto, statistika modelo rilatis al eventoj kreante "funkcion de bastono" por ĉiu apero de evento (daŭro = 0 s), kiu estis kunvolvita kun la kanona hemodinamika respondfunkcio kombinita kun derivaĵoj de tempo kaj disperso [Friston, et al. 1998]. Modeligitaj kondiĉoj inkluzivis roman-rekompencitajn, roman-ne-rekompencitajn, familiarajn-rekompencitajn, familiarajn-ne-rekompencitajn kaj malĝustajn respondojn. Por kapti restadejajn moviĝajn artefaktojn ses kovarioj estis inkluzivitaj (la tri rigida korpa traduko kaj tri rotacioj rezultantaj el realinstruado) kiel regresaj sen intereso. Regionaj specifaj kondiĉaj efikoj estis provitaj per uzado de linearaj kontrastoj por ĉiu subjekto kaj ĉiu kondiĉo (unua-nivela analizo). La rezultaj kontrastaj bildoj estis enmetitaj al dua-nivela hazarda-efika analizo. Ĉi tie, la hemodinamikaj efikoj de ĉiu kondiĉo estis taksitaj uzante 2 × 2-analizojn de varianco (ANOVA) kun la faktoroj "rekompenci" (rekompencante, ne rekompencante) kaj "novecon" (romano, familiara). Ĉi tiu modelo permesis al ni testi pri ĉefaj efikoj de noveco, ĉefaj efikoj de rekompenco kaj interago de ambaŭ. Ĉiuj kontrastoj estis sojligitaj je P = 0.001 (ne korektita) krom la regresaj analizoj (P = 0.005, neĝustigita). Ambaŭ relative liberalaj sojloj estis elektitaj surbaze de niaj precizaj aprioraj anatomiaj hipotezoj ene de la mezolimbia sistemo.

La anatomia lokalizo de signifaj aktivigoj estis taksita rilate al la norma stereotaksa atlaso per supermeto de la SPM-mapoj sur unu el du grupaj ŝablonoj. T1-ŝarĝita kaj MT-ŝarĝita grupa ŝablono estis derivita de averaĝado de ĉiuj normaligitaj bildoj de T1 aŭ MT (spaca rezolucio de 1 × 1 × 1 mm). Dum la T1-ŝablono permesas anatomian lokalizon ekster la mezcerbo sur MT-bildoj la SN / VTA-regiono povas esti distingita de ĉirkaŭaj strukturoj kiel hela strio dum la apuda ruĝa kerno kaj cerba pedunklo ŝajnas malhelaj [Bunzeck kaj Duzel,2006; Bunzeck, et al. 2007; Eckert, et al. 2004].

Atentu, ke ni preferas uzi la terminon SN / VTA kaj konsideri BOLD-agadon el la tuta komplekso de SN / VTA pro pluraj kialoj [Duzel, et al.2009]. Male al fruaj formuliĝoj de la VTA kiel anatomia ento, malsamaj dopaminergaj projekciaj vojoj disiĝas kaj interkovriĝas ene de la SN / VTA-komplekso. Precipe, dopaminaj neŭronoj, kiuj projektas al la limfaj regionoj kaj reguligas rekompenc-kondutan konduton, ne estas limigitaj al la VTA sed ili disdoniĝas ankaŭ tra la SN (pars compacta) [Gasbarri, et al. 1994, 1997; Ikemoto, 2007; Smith kaj Kieval, 2000]. Funkcie, tio estas paralela al la fakto, ke ĉe homoj kaj primatoj DA neŭrono en la SN kaj VTA respondas al rekompenco kaj noveco [vidu, ekzemple, Ljungberg, et al., 1992 aŭ Tobler, et al., 2003 por bildigo de registraj retejoj].

REZULTO

Ĉiuj analizoj (kondutaj kaj fMRI) baziĝas sur provoj kun ĝustaj preferaj respondoj.

Eksperimento 1

Temoj diskriminaciataj inter kondiĉoj en ambaŭ kuntekstoj kun alta precizeco (Tablo mi) kaj ne estis statistike signifaj diferencoj inter kondiĉoj. Reaga tempo (Fig. 2A) analizo malkaŝis, ke subjektoj respondis plej rapide al familiaraj rekompencaj antaŭvidaj stimuloj (ĉiuj P's <0.007), sed ne estis diferenco inter la aliaj tri kondiĉoj (romano-rekompencita, romano-ne-rekompencita, konata-ne-rekompencita; ĉiuj P's> 0.05).

figuro 2 

Kondutaj rezultoj. (A) Reagotempoj. En ambaŭ eksperimentoj, RT-oj estis signife pli rapidaj por familiaraj rekompencitaj bildoj kompare kun ĉiuj aliaj kondiĉoj (ĉiuj P <0.01) - kiel indikas la asterisko - sed ne estis alia diferenco ...
Tablo mi 

Kondukaj rezultoj

Rekona memoro-agado - dua tago. Rekono-memora analizo baziĝis sur ambaŭ sukcesoj (memoru respondojn, sciu respondojn post bildoj antaŭe viditaj dum kodado) kaj falsaj alarmoj ([FA]: memoru, sciu al distroj). En unua paŝo, ni kalkulis la proporcion de memoro kaj scio pri respondoj por malnovaj kaj novaj bildoj (t.e., sukces-tarifoj kaj FA-tarifoj) dividante la nombron da sukcesoj (kaj FA respektive) laŭ la nombro de eroj po kondiĉo. Due, korektitaj sukces-indicoj estis akiritaj por memoro-respondoj ([Rcorr], memoru frap-minuso memoras FA-indico) kaj sciu-respondojn ([Kcorr], sciu frap-tarifojn minus FA-indico) (vidu Tabelo II). En planita komparo, ni taksis la efikon de rekompenco sur entuta rekona memoro (korektita frap-indico = Rcorr + Kcorr) por novaj kaj familiaraj bildoj. Ĉi tio malkaŝis, ke rekompenco signife plibonigis totalan memoron por novaj bildoj kompare kun romanoj ne rekompencitaj bildoj (P = 0.036) sed ne ekzistis tia plibonigo de totala memoro per rekompenco por familiaraj bildoj (P > 0.5; Figo. 2). Plue, la pliboniga efiko de rekompenco sur agnoska memoro por novaj bildoj estis same forta por memoro kaj familiareco kiel rivelita per analizo de varieco (ANOVA; neniu interagado inter rekompenco kaj agnosko-memoro [F(1,16) = 2.28, P > 0.15)].

Tabelo II 

Rekona memoro

Eksperimento 2

Kiel en Eksperimento 1, subjektoj diskriminaciitaj inter kondiĉoj en ambaŭ kuntekstoj kun alta precizeco kaj neniuj signifaj diferencoj inter kondiĉoj (Tablo mi). Kiel en Eksperimento 1, reaga tempo (Fig. 2A) analizo montris respondojn signife pli rapidaj pro familiaraj rekompencoj antaŭdirantaj stimulojn P's <0.001) sed ne estis diferenco inter la aliaj tri kondiĉoj (romano-rekompencita, romano-ne-rekompencita, konata-ne-rekompencita; ĉiuj P's> 0.05).

Rekona memoro-agado - dua tago. Kontraste al Eksperimento 1, rekona memoro por romanaj rekompencitaj bildoj ne estis plibonigita signife kompare al novaj nerekomenditaj bildoj (nek totala agnoska memoro nek Rcorr / Kcorr; P > 0.05, Tabelo II). Ankaŭ kontraste al Eksperimento 1, en Eksperimento 2-rememorado por familiaraj rekompencitaj bildoj plibonigis signife kompare al familiaraj ne rekompencitaj bildoj (P = 0.001, Tabelo II) kio rezultigis plibonigitan totalan memoron (Rcorr + Kcorr) por familiaraj rekompencoj kompare al familiaraj ne-rekompencitaj bildoj (ekzistis neniu signifa diferenco inter la korektitaj scioj de familiaraj rekompencitaj kaj familiaraj ne rekompencitaj bildoj, P > 0.05). Plue, datumoj en Tabelo II kaj Figuro 2B montras, ke entuta memora rendimento estis konsiderinde pli malalta en Eksperimento 2 kompare kun Eksperimento 1, kiu estis subtenata de miksitaj efikoj ANOVA.

fMRI-rezultoj - rekompenco bazita rekono-memoro-testo. Unue, ni analizis datumojn de fMRI per 2 × 2 ANOVA kun faktoroj "noveco" (romano, familiara) kaj "rekompenco" (rekompenco, neniu rekompenco). Ni trovis ĉefan efikon de noveco en bilatera media orbitofrontala kortekso (mOFC) kaj la dekstra MTL inkluzive de la hipokampo kaj rinocero, (Figo. 3; vidu Subtenan Informan Tabulon S1 por kompleta listo de aktivigitaj cerbaj strukturoj). Ĉefa efiko de rekompenco estis observita ene de la bilateral bilateral, septum / fornix, ventral striatum (ncl. Accumbens), bilateral mOFC kaj medial prefrontal cortex (mPFC) (Figo. 4; Subteni Informan Tabulon S1). Ĉi tiuj du ĉefaj efikoj estis maskitaj ekskluzive kun la efikoj de interagoj (ekskluziva maskerado, P = 0.05, neĝustigita) identigi nur tiujn regionojn, kiuj esprimis ĉefajn efikojn forestante de ia interagado.

figuro 3 

fMRI-rezultoj Eksperimento 2. Ĉefa efiko de novedzo estis observita ene de la dekstra hipokampo (A), rektaj kortekso (B) kaj meza OFC (C). Aktivigaj mapoj supermetis T1-pezitan grupan ŝablonon (vidu metodojn), koordinatoj estas donitaj en MNI-spaco ...
figuro 4 

fMRI-rezultoj Eksperimento 2. Ĉefa efiko de rekompenco estis observita ene de la striatum, inkluzive de ncl. accumbens (A) kaj caudate ncl. (C), septo / fornikso (B), meda PFC (C), kaj medala OFC (D). Aktivigaj mapoj estis supermetitaj al T1-pezigita grupa ŝablono ...

Por testi niajn du antaŭdirojn pri la hipoteza bonfara hipotezo, ni realigis du pliajn analizojn. Unue, ene de cerbaj regionoj, kiuj montris ĉefan efikon de rekompenco, ni analizis, kiuj areoj ankaŭ montris pli fortan respondon al romano rekompencita ol familiaraj rekompencitaj stimuloj (t.e. konjunkcio). Ĉi tiu analizo ne donis iujn ajn signifajn rezultojn sugestante, ke ekzistas neniuj cerbaj regionoj, kie esti romano kondukas al pli forta rekompenca respondo-antaŭdiro ol esti familiara. Due, ni taksis la interagadon (F-kontrasto) inter noveco kaj rekompenco. Tia interago esprimiĝis en pluraj cerbaj regionoj inkluzive de dekstra hipokampo, malsupera frontala giruso kaj dekstra OFC (Subtenanta Informan Tabulon S1, Figo. 5). Specife, la hipokampo montris la atenditan interagadpadronon kun pli altaj respondoj por stimuloj prezentitaj en la kunteksto kie esti romano rekompencas (T-kontrasto). Tio estas, hipokampa agado estis pli alta por romanaj rekompencaj stimuloj kaj familiaraj nerekomenditaj stimuloj (notu ke ambaŭ de ĉi tiuj stimuloj estis prezentitaj en la sama kunteksto) ol por romanaj nerekomenditaj kaj familiaraj rekompencitaj stimuloj (denove, notu ke ambaŭ de ĉi tiuj stimuloj estis prezentitaj en la sama kunteksto). Planita post-hoc komparo konfirmis statistike signifajn diferencojn inter romano-rekompencita vs romano ne-rekompencita (P <0.025) kaj konata rekompencita kontraŭ konata ne rekompencita (P <0.01; Figo. 5).

figuro 5 

fMRI-rezultoj Eksperimento 2. Interago inter nocio kaj rekompenco estis observita ene de la hipokampo kaj OFC. Ene de la hipokampo respondoj al familiaraj ne-rekompencitaj eroj estis plibonigitaj kompare al familiare-rekompencitaj eroj se prezentitaj en kunteksto ...

Oni devas rimarki, ke la aktiviga aranĝo por la interagado inter novedeco kaj rekompenco (36, −14, −16; Figo. 5) estas apuda sed ne identa al la aktivigo de ĉefa efiko de noveco, kiu ankaŭ situas en la dekstra hipokampo (28, −14, −20; Figo. 3). Tia diferenca aktiviga mastro konformas al niaj hipotezoj, ĉelaj registradoj ĉe bestoj kaj homaj studoj pri fMRI. Ekzemple, esplorado ĉe bestoj montris, ke malsamaj hipokampaj neŭronoj povas respondi al malsamaj ecoj (kiel noveco aŭ familiareco) ene de la sama tasko [Brown kaj Xiang,1998]. Lige al ĉi tiuj rimarkoj, ni montris ĉe homoj, ke ŝpareble distingitaj hipokampaj aktivadoj povas reflekti diferencajn proprietojn de noviga prilaborado, absolutaj novedzaj signaloj, adapte skaligitaj novecaj signaloj kaj eraraj prognozaj eraroj, ([Bunzeck, et al. 2010], Subtenaj Informoj Fig. S4). Johnson et al. (2008) raportis, ke ŝpareble tre proksimaj agrupoj montris tre malsamajn respondojn al noveco: unu grupo montris kategorian diferencon inter novaj eroj kaj malnovaj eroj, dum la alia amaso montris linian respondan malkreskon kiel funkcio de pliigita stimula familiareco. Tamen, por ekskludi la eblon de falsa pozitiva rezulto, ni aplikis malgrandan volumenan korektadon al ambaŭ aktivigaj ŝablonoj uzante la dekstran antaŭan hipokampon kiel volumenon. La analizo atingis statistikan signifon (P ≤ 0.05; FWE-korektita).

Fine ni serĉis ligi rekompencan rilatan memorigan plibonigon al regionaj cerbaj agadaj mastroj per regresaj analizoj (ĉiuj analizoj estis faritaj kun datumoj de Eksperimento 2). Unue, la kontrasta romano rekompencita kontraŭ romano ne rekompencitaj bildoj estis enmetita al dua-nivela simpla regresiga analizo uzante individuan memorigan plibonigon per rekompenco kiel regresor (Δ korektita frap-indico = korektita frapkosto [Rcorr + Fcorr]) por romano-rekompencita - korektita frapkosto por romano ne rekompencita). Ĉi tiu analizo estis motivita de nia komenca observado pri plibonigita entuta memoro (t.e., memoro kaj familiareco) por novaj bildoj per rekompenco (Eksperimento 1) kaj antaŭaj similaj trovoj [Adcock, et al.2006; Krebs, et al. 2009; Wittmann, et al. 2005]. Ĉi tio malkaŝis signifan pozitivan korelacion inter hemodinamikaj respondoj (HR) kaj rekono-pliboniga memoro ene de la SN / VTA, dekstra antaŭa MTL (kuniĝo de rhinal cortex hipocampus / amigdala) kaj dekstra ventral striatum (Figo. 6, Subtenanta Informan Tabulon S1 por ĉiuj aktivigitaj regionoj). En dua regresa analizo, la sama kontrasto por familiaraj bildoj (familiaraj rekompencoj vs familiaraj ne-rekompenco) estis korelaciita kun individua plibonigita memoro-ritmo (konduteme, memori-indico plibonigis signife por familiaraj rekompencoj kompare al ne-rekompencitaj bildoj, sed ekzistis neniu plibonigo de Fcorr). Ĉar RT-oj por familiaraj rekompencitaj bildoj estis signife pli rapidaj ol por familiaraj ne-rekompencitaj bildoj, la diferenco inter ambaŭ por ĉiu temo ankaŭ estis enirita kiel regresoro. Ĉi tie, ni nur interesiĝis pri tiuj regionoj, kiuj montris signifan pozitivan korelacion inter HR-diferencoj (familiara rekompenco vs familiara ne rekompencita) kaj pliigita memoro-indico (familiara rekompenco vs familiara ne rekompencita) sed ne tiuj, kiuj ankaŭ montris ian ajn korelacion kun Plibonigo de RT. Ĉi tiu analizo malkaŝis similajn efikojn al la unua regresiga analizo, nome, signifa korelacio inter RH kaj rekompenco-rilata pliboniga indico ene de la ventrala striato (maldekstra), dekstra hipokampo kaj maldekstra rinocela kortekso (Figo. 7, Supporting Information Table S1), sed neniu korelacio ene de la SN / VTA. Statistike pli sentema posthokea analizo de la voĉo SN / VTA [4, −18, −16], kiu montris signifan korelacion por romanaj bildoj, ankaŭ malkaŝis neniun korelacion inter hemodinamikaj respondoj kaj plibonigita memora indico por familiaraj bildoj (r = -0.07, P = 0.811).

figuro 6 

fMRI-rezultoj Eksperimento 2-regresa analizo. Signifa korelacio inter rekono-pliboniga memoro por romano rekompencita kompare al ne-rekompencitaj bildoj (Δ korektita sukces-indico) kaj hemodinamikaj respondaj diferencoj inter romano ...
figuro 7 

fMRI-rezultoj Eksperimento 2-regresa analizo. Signifa korelacio inter plibonigokvanto por familiara rekompenco kompare al familiaraj ne-rekompencitaj bildoj (Δ memorpercepto) kaj hemodinamikaj respondaj diferencoj inter ...

DISCUSO

Nia konstato, ke amaso de vokaloj ene de la MTL (inkluzive de hipokampo kaj rinocero) montris ĉefan efikon de noveco sed ne ĉefa efiko de rekompenco (Fig. 3A, B), subtenas la ideon, ke hipokampo kaj rinocero povas signali novecon sendepende de rekompenco-valoro. Ĉi tiu trovo konformas al vasta gamo de homaj kaj homaj studoj sugestantaj, ke kaj la hipokampo kaj la kortika rektoro estas sentemaj al noveco [Brown kaj Xiang,1998; Dolan kaj Fletcher, 1997; Kavaliro, 1996; Lisman kaj Grace, 2005; Strange, et al. 1999; Yamaguchi, et al. 2004]. Tamen, alia regiono ene de la hipokampo ankaŭ montris la hipotezan interagadon de noveco kaj rekompenco (Figo. 5) kun signife plibonigitaj hemodinamikaj respondoj al familiaraj nerekomenditaj bildoj se prezentite en kunteksto kie esti romano estis rekompencita.

Ĉi tiu interagado de noveco kaj rekompenco en la hipokampo provizas evidentecon por nia dua antaŭdiro de kunteksta efiko konforme al la esplora bonfarada kadro (vidu [Sutton kaj Barto,1981] por formala priskribo de la bonesploro ene de la esplorado-ekspluata dilemo). Surbaze de la nocio, ke noveco povas agi kiel esplora bonzo por rekompenco [Kakade kaj Dayan, 2002] ni antaŭdiris, ke en kunteksto, kie esti romano rekompencas, devas esti plibonigita esplorado ankaŭ de la konataj stimuloj (eĉ kiam ili ne estas redirektitaj). Kongrua kun ĉi tiu ebleco, familiaraj stimuloj provokis pli fortan hipokampan agadon en kunteksto, kie la havebleco de rekompenco estis signalita per esti romano kompare kun kunteksto, kie rekompenco estas signalita de esti familiara. Ĉi tiu kuntekste pliigita neŭra aktivado ene de la hipokampo dum kodado, tamen, ne rekte tradukiĝis al longtempa memoro, tio estas pli bona memoro por familiaraj eroj, kiam prezentite en kunteksto kun novaj antaŭdiroj de rekompenco. Anstataŭe, agnoska agado estis antaŭenpuŝita de la rekompenca statuso de ero ambaŭ por romanaj (Eksperimento 1) kaj familiaraj (Eksperimento 2) stimuloj (vidu sube). Ĉi tio sugestas, ke en eksperimenta medio, kie rekompenca antaŭdiro kaj kunteksta noveco povas influi lernadon, rekompenca antaŭdiro povas praktiki la dominan influon.

Alia prognozo pri la kamara esplora kadro ne estis konfirmita. Ni trovis neniujn cerbajn regionojn kiuj montris ĉefan efikon de rekompenco kaj samtempe signife pli forta agado por romano rekompencita ol familiaraj rekompencitaj bildoj. Al la unua ekrigardo, ĉi tiu negativa trovo ŝajnas maloportuna kun antaŭaj studoj [Krebs, et al.2009; Wittmann, et al. 2008]. Tamen en ambaŭ, la Krebs et al. [ 2009] kaj la Wittmann et al. [ 2008] studo, plibonigita rekompenco-antaŭdiro por novaj stimuloj estis trovita sub kondiĉoj kie la novega statuso de stimuloj estis implicita kaj partoprenantoj ĉeestis por rekompenci kontingentojn. Fakte Krebs et al. raportis, ke ĉi tiu plibonigo forestis, kiam partoprenantoj ĉeestis la novecon de stimuloj anstataŭ partopreni por rekompenci kontingentojn (rimarku tamen, ke en Krebs et al. noveco per si mem ne antaŭdiris rekompencon). Tial, male al kunteksta interagado inter noveco kaj rekompenco (Figo. 5), ĉi tiu aspekto de la esplora gratifiko eble forte dependas de tasko nur kiam subjektoj povas ĉeesti por rekompenci kontingentojn sen devi taksi novecon. Oni sugestis surbaze de ronĝecaj studoj, ke antaŭfrontalaj kaj hipokampaj enigaĵoj konkurencas unu kun la alia por kontrolo de la kerno accumbens (parto de la ventrala striatumo) [Goto kaj Gracio, 2008]. Estas plaŭde, ke taska atento pri noveco aŭ rekompenco influus tian konkurencon.

Rekonmemoraj partituroj de Eksperimento 1 (Figo. 2) estis bone kongruaj kun la esplora bonfara kadro en montrado de rekompenc-konduta plibonigo de longtempa memfaro por romano sed ne por familiaraj stimuloj. Tamen, la kondutismaj rezultoj akiritaj en kondiĉoj kie kodigo okazis en la fMRI-skanilo (Eksperimento 2) estis malsamaj en tio, ke memoro pro konataj stimuloj montris plibonigon per rekompenco (por novaj stimuloj ĉi tiu plibonigo ne atingis signifon). Unu kialo de ĉi tiu discrepanco povas esti, ke en Eksperimento 1, la kodiga kunteksto kaj la retrova kunteksto en la sekva tago estis identaj (subjektoj lernis kaj estis provitaj en la sama ĉambro), dum por Eksperimento 2 ili estis malsamaj (subjektoj koditaj en la fMRI kaj estis testitaj en provĉambro). Estas sciate, ke ŝanĝoj inter enkodigo kaj retrova kunteksto povas havi profundajn influojn sur memora agado [Godden kaj Baddeley,1975]. Kongrua kun ĉi tiu ebleco, memora rendimento estis konsiderinde pli malalta en Eksperimento 2 ol en Eksperimento 1 (Figo. 2). Tiaj kuntekstaj efikoj eble kaŭzis diskretecon en la kondutaj padronoj observitaj en Eksperimentoj 1 kaj 2.

La ventra striato (Fig. 4A) kaj mezaj kortekso prefrontal (Fig. 4 C, D) esprimis ĉefajn efikojn de atendata rekompenca valoro. En nia tasko rekompenco-antaŭdiro dependis de eksplicita novega diskriminacio kaj tiel ŝajnas ke regionoj esprimantaj atendatan rekompencan valoron (ventral striatum, septum / fornix) postulas aliron al informo pri memoro por la prezentita bildo. Probabla origino de tiaj deklaraj memoraj informoj estas la MTL. Fakte hipokampo kaj rejna kortekso, kiel parto de la MTL, ne nur esprimis la ĉefan efikon de noveco, sed ili estas ankaŭ konataj por sendi efverŝojn al la ventra striato kaj al la meza antaŭkorpa kortekso. la NAcc-tigo ĉefe el la entorhinal-kortekso [Friedman, et al.2002; Selden, et al. 1998; Thierry, et al. 2000]). La precizaj mekanismoj kaj komputaj procezoj, tamen, kiuj povas esti implikitaj en tradukado de noveco en rekompencajn respondojn, estas neklaraj. Ĉi tio eble implikas la median prealfrontan kortekson (inkluzive orbitajn partojn), kiu - konforme al antaŭaj studoj [O'Doherty, kaj aliaj. 2004; Ranganath kaj Rainer, 2003] - esprimis ambaŭ novecon kaj rekompencan rilatan aktivadon (Fig. 3C kaj 4C, D).

La funkciaj implikaĵoj de niaj rezultoj rilate al reprezentado de novedzaj kaj rekompencaj respondoj en la hipokampo, SN / VTA, ventrala striato kaj meda PFC estas resumitaj en Figure8. Por havigi subtenon por ĉi tiu modelo, ni kalkulis korelacion inter la aktivigo de niaj regionoj de intereso, uzante Spearman-korelacion-analizon por ĉiu temo en la dekonvertita tempa serio, por provizi grupan korelacion ko-R kaj P-valoro.

figuro 8 

Schema ilustrado de la funkcia rilato inter hipokampo, Nucleus accumbens (NAcc), medial antaŭfrontal kortekso (mPFC) kaj substantia nigra / ventra tegmentala areo (SN / VTA). Por havigi subtenon por ĉi tiu modelo, ni kalkulis korelacion inter ...

Ĉar rekompenco dependis de noveco kaj la sola regiono kiu reprezentis ambaŭ specojn de signaloj estis la mPFC, tiu regiono verŝajne estas la fonto de novec-bazita rekompenc-signalado (R = 0.09; P <0.001). La hipokampo, aliflanke, plej verŝajne estas la fonto de la nova signalo por la mPFC (R = 0.11; P <0.001). Ĉi tio estas kredinda, ĉar estas rektaj projekcioj de la hipokampo al mPFC [Ferino, kaj aliaj.1987; Rosene kaj Van Hoesen, 1977]. Ankaŭ plaŭdeblas, ke la mPFC-rekompenca signalo tiam estas transdonita al la NAcc (R = 0.09; P <0.001) kaj la SN / VTA (R = 0.03; P = 0.08). Oni devas rimarki, ke la SN / VTA-signalo nur korelaciis kun la noveco respondema mPFC (R = 0.03; P = 0.08) sed ne la rekompenca mPFC (R = 0.007; P > 0.6). Ĉi tio sugestas, ke mOFC-enigoj al la SN / VTA povus ŝpruci pli forte de tiuj mPFC-regionoj asociitaj kun nova prilaborado anstataŭ rekompenca prilaborado. Nia konstato, ke la mPFC respondas al noveco kaj rilatas al la signalo SN / VTA, ankaŭ kongruas kun la sugesto [Lisman kaj Grace, 2005] ke la PFC estas fonto de novega signalo en dopaminergiaj cirkvitoj. La rolo de NAcc en noviga signalado tamen restas ankoraŭ neklara [Duzel, et al. 2009]. Tio estas, kvankam ni ne observis novajn signalojn ene de la NAcc, ekzistis forta korelacio inter signaloj en la NAcc kaj novecaj respondemaj mOFC-regionoj (R = 0.09; P <0.001), NAcc kaj novecaj respondemaj hipokampaj regionoj (R = 0.15; P <0.001), kaj la NAcc kaj SN / VTA (R = 0.19; P <0.001). Fine oni devas rimarki, ke la sagoj en nia modelo indikas supozitan direktecon surbaze de konataj projekcioj anstataŭ kvante taksita kaŭzeco.

Rekompenca rilata plibonigo de rekona memoro estis korelaciita kun ventra striatumo, SN / VTA kaj MTL-aktivigo (Figo. 6). Grava aspekto de hipokampa lernado kaj plastikeco estas postulo de DA en la esprimo de la malfrua fazo LTP (longtempa potenco) sed ne frua fazo LTP [Frey kaj Morris,1998; Frey, et al. 1990; Huang kaj Kandel 1995; Jay 2003; Morris 2006]. Ĉi tio subtenas vidpunkton, ke DA necesas por longtempa memoro, subtenata de lastatempaj kondutaj datumoj ĉe ronĝuloj [O'Carroll, kaj aliaj. 2006]. Niaj datumoj kongruas kun ĉi tiu vido en montrado de korelacio inter longtempa memora plibonigo per rekompenco unu tagon post kodado kaj aktivigo ene de putaj dopaminergiaj regionoj kaj hipokampo. En aparta, ni vidas korelacion por romanoj rekompencitaj kontraŭ ne-rekompencitaj eroj ene de SN / VTA, ventral-striatum kaj hipokampo kaj korelacio por familiaraj rekompencitaj vs nerekomenditaj eroj ene de ventra striatum kaj hipokampo. Konsiderante, ke la ventra striato estas primara elira strukturo de la dopaminergia mezkerno (SN / VTA) [Kampoj, et al. 2007] niaj rezultoj sugestas, ke kapablo observi rekompencon rilatan plibonigon de longtempa memoro per hipokampo-SN / VTA ne limiĝas nur al novaj stimuloj, sed ankaŭ validas por familiaraj stimuloj. Fakte, verŝajne la grado de familiareco inter la klaso de familiaraj stimuloj (dum kodado) estis sufiĉe ŝanĝiĝema kaj ke tiuj stimuloj, kies kodado profitis plej multe de rekompenco, estis la malplej familiaraj (relative plej novaj). Tial estas akcepteble supozi, ke korelacioj por la romanaj kaj familiaraj stimuloklasoj estis pelataj de la samaj mekanismoj.

Ni ankaŭ observis ĉefan efikon de rekompenco en la septumo / fornikso (Fig. 4B), regiono kiu verŝajne loĝigos kolinergiajn neŭronojn, kiuj projektas al mezaj tempaj strukturoj. Interese, ĉe studoj ĉe bestoj montras, ke similaj al DA-neŭronoj, kolinergiaj neŭronoj (en la funda antaŭbrako) respondas al noveco kaj kutimiĝas kiam stimuloj konatiĝas [Wilson kaj Rolls,1990b]. Tamen, en taskoj, en kiuj familiaraj stimuloj antaŭdiras rekompencon, la agado de bazaj antaŭbrainaj neŭronoj reflektas rekompencon-antaŭdiron prefere ol noveco-statuso [Wilson kaj Rolls, 1990a]. Niaj trovoj (Fig. 4B) kongruas kun la observado de Wilson kaj Rolls (1990a) kvankam ni ne povas diri en kia grado ĉi tiuj aktivadoj fakte implikas respondojn de kolinergiaj neŭronoj.

Kunigitaj, ni replikas lastatempajn observojn, ke aktiveco de la ventra striato, SN / VTA, hipokampo kaj rejna kortekso korelaciita kun rekompenco-rilata memora plibonigo kongrua kun la buklo hipokampo-SN / VTA. Grave, niaj trovoj donas novajn ŝlosilajn komprenojn pri la funkciaj ecoj de la komponentoj de ĉi tiu buklo. En tasko, en kiu la noveca statuso de ero antaŭdiris rekompencon, la hipokampo prefere esprimis la novecon, dum ventra striatumado reflektis la rekompencan valoron sendepende de noveco. La mediana PFC (inkluzive de orbitalaj partoj) verŝajne estis la loko kie novedzeco kaj rekompenco-signaloj estis integritaj ĉar ĝi esprimis ambaŭ novedzajn kaj rekompencajn efikojn kaj estas konata esti ligita kun la hipokampo kaj ventra striatumo. Fine, konforme al la bonfarada teorio [Kakade kaj Dayan,2002] romanaj rekompencaj antaŭdirantaj stimuloj praktikis kontekste plibonigajn efikojn al familiaraj (ne rekompencaj) eroj, kiuj estis esprimitaj kiel plibonigitaj neŭralaj respondoj ene de la hipokampo.

Dankojn

Ni ŝatus danki K. Herriot pro la subteno en akirado de datumoj.

Pliaj Subtenaj Informoj troveblas en la interreta versio de ĉi tiu artikolo.

Alklaku ĉi tie por vidi.(272K, dokumento)

Referencoj

  • Adcock RA, Thangavel A, Whitfield-Gabrieli S, Knutson B, Gabrieli JD. Rekompensa lernado: Mezolimbia aktivado antaŭas formadon de memoro. Neŭrono. 2006; 50: 507 – 517. [PubMed]
  • Andersson JL, Hutton C, Ashburner J, Turner R, Friston K. Modeligante geometriajn deformadojn en EPI-tempaj serioj. Neuroimage. 2001; 13: 903 – 919. [PubMed]
  • Ashburner J, Friston KJ. Ne-linia spaca normaligo uzanta bazajn funkciojn. Hum Brain Mapp. 1999; 7: 254 – 266. [PubMed]
  • Berridge KC. La debato pri la rolo de dopamino en rekompenco: La kazo por stimulo. Psikofarmacologio (Berl) 2007; 191: 391-431. [PubMed]
  • Bruna MW, Xiang JZ. Rekona memoro: neuronaj substratoj de la juĝo de antaŭa okazo. Prog Neurobiol. 1998; 55: 149 – 189. [PubMed]
  • Bunzeck N, Duzel E. Absoluta Kodigo de Stimulila Novelo en la Homa Substantia Nigra / VTA. Neŭrono. 2006; 51: 369 – 379. [PubMed]
  • Bunzeck N, Schutze H, Stallforth S, Kaufmann J, Duzel S, Heinze HJ, Duzel E. Mesolimbic-noviga prilaborado en pli maljunaj plenkreskuloj. Cereba kortekso. 2007; 17: 2940 – 2948. [PubMed]
  • Bunzeck N, Doeller CF, Fuentemilla L, Dolan RJ, Duzel E. Rekompensa instigo akcelas la aperon de neŭraj novecaj signaloj en homoj al 85-milisekundoj. Curr Biol. 2009; 19: 1294 – 1300. [PMC libera artikolo] [PubMed]
  • Bunzeck N, Dayan P, Dolan RJ, Duzel E. Komuna mekanismo por adapta grimpado de rekompenco kaj noveco. Hum Brain Mapp. 2010; 31: 1380 – 1394. [PMC libera artikolo] [PubMed]
  • Deichmann R, Gottfried JA, Hutton C, Turner R. Optimumigita EPI por fMRI-studoj de la orbitofrontala kortekso. Neuroimage. 2003; 19 (2 Pt 1): 430 – 441. [PubMed]
  • Devenport LD, Devenport JA, Holloway FA. Rekomendita stereotipio: Modulado laŭ la hipokampo. Scienco. 1981; 212: 1288 – 1289. [PubMed]
  • Dolan RJ, Fletcher PC. Dissocia prefrontal kaj hipokampa funkcio en epizoda memora kodado. Naturo. 1997; 388: 582 – 585. [PubMed]
  • Duzel E, Bunzeck N, Guitart-Masip M, Wittmann B, Schott BH, Tobler PN. Funkcia bildado de la homa dopaminérgica cerbo. Tendencoj Neŭrosci. 2009; 32: 321 – 328. [PubMed]
  • Eckert T, Sailer M, Kaufmann J, Schrader C, Peschel T, Bodammer N, Heinze HJ, Schoenfeld MA. Diferencigo de idiopata Parkinson-malsano, multsistema atrofio, progresema supranuklea paralizo kaj sanaj kontroloj uzantaj magnetigan transigan bildigon. Neŭrobildo. 2004; 21: 229-235. [PubMed]
  • Ferino F, Thierry AM, Glowinski J. Anatomia kaj elektrofiziologia evidenteco pri rekta projekcio de la korno de Ammon al la meza prealfronta korto en la rato. Exp Brain Res. 1987; 65: 421-426. [PubMed]
  • Kampoj HL, Hjelmstad GO, Margolis EB, Nicola SM. Neŭronoj de Ventra Tegmentala Areo en Lernitaj Apetitivaj Kondutoj kaj Pozitiva Plifortigo. Annu Rev Neurosci. 2007; 30: 289 – 316. [PubMed]
  • Frey U, Morris RG. Sinaptika etikedado: implikaĵoj por malfrua bontenado de hipokampa longtempa potenco. Tendencoj Neŭrosci. 1998; 21: 181 – 188. [PubMed]
  • Frey U, Schroeder H, Matthies H. Dopaminergaj antagonistoj malhelpas longdaŭran konservadon de posttetanikaj LTP en la regiono CA1 de tranĉaj hipokampaj tranĉaĵoj. Cerbo Res. 1990; 522: 69 – 75. [PubMed]
  • Friedman DP, Aggleton JP, Saunders RC. Komparo de hipokampo, amigdala kaj perirhinalaj projekcioj al la kerno accumbens: kombinita anterograda kaj retrograda studo de spuro en la Makaka cerbo. J Comp Neurol. 2002; 450: 345 – 365. [PubMed]
  • Friston KJ, Fletcher P, Josephs O, Holmes A, Rugg MD, Turner R. FMRI-rilataj eventoj: karakterizantaj diferencajn respondojn. Neuroimage. 1998; 7: 30 – 40. [PubMed]
  • Gasbarri A, Packard MG, Campana E, Pacitti C. Anterograda kaj retroira spurado de projekcioj de la ventra tegmenta areo ĝis la hipokampa formado en la rato. Brain Res Bull. 1994; 33: 445 – 452. [PubMed]
  • Gasbarri A, Sulli A, Packard MG. La dopaminergiaj mezencefalaj projekcioj al la hipokampa formado en la rato. Prog Neuropsikofarmakola Biol-Psikiatrio. 1997; 21: 1 – 22. [PubMed]
  • Godden DR, Baddeley AD. Kunteksta-dependa memoro en du naturaj medioj: Sur tero kaj subakve. Brita Revuo pri Psikologio. 1975; 66: 325 – 331.
  • Goto Y, Grace AA. Limba kaj kortika prilaborado de informoj en la kerno accumbens. Tendencoj Neŭrosci. 2008; 31: 552 – 558. [PMC libera artikolo] [PubMed]
  • Helms G, Draganski B, Frackowiak R, Ashburner J, Weiskopf N. Plibonigita segmentado de profundaj cerbaj grizaj materiaj strukturoj uzante parametrojn de magnetigo-translokigo (MT). Neuroimage. 2009; 47: 194 – 198. [PMC libera artikolo] [PubMed]
  • Holscher C, Jacob W, Mallot HA. Rekompenco modulas la neuronal aktivecon en la hipokampo de la rato. Behav Brain Res. 2003; 142: 181 – 191. [PubMed]
  • Huang YY, Kandel ER. Agonistoj de receptoroj D1 / D5 induktas malfruan potencon de proteino-sintezo-dependanta en la regiono CA1 de la hipokampo. Proc Natl Acad Sci Usono A. 1995; 92: 2446 – 2450. [PMC libera artikolo] [PubMed]
  • Hutton C, Bork A, Josephs O, Deichmann R, Ashburner J, Turner R. Bildregula distordo en fMRI: Kvanta takso. Neuroimage. 2002; 16: 217 – 240. [PubMed]
  • Hutton C, Deichmann R, Turner R, Andersson JL. 2004 Kombinita korekto por geometria distordo kaj ĝia interagado kun kapo-movo en fMRI; Procedoj de ISMRM 12, Kioto, Japanio.
  • Ikemoto S. Dopamina rekompenco-cirkvitoj: Du projekciaj sistemoj de la ventra mezkerno al la kerno accumbens-olfakta tuberkulo. Reviviĝo de Cerbo 2007; 56: 27 – 78. [PMC libera artikolo] [PubMed]
  • Jay TM. Dopamino: potenciala substrato por sinaptika plasteco kaj memormekanismo. Prog Neurobiol. 2003; 69: 375 – 390. [PubMed]
  • Johnson JD, Muftuler LT, Rugg MD. Multoblaj ripetoj rivelas funkcie kaj anatomie distingajn padronojn de hipokampa agado dum kontinua rekona memoro. Hipokampo. 2008; 18: 975 – 980. [PMC libera artikolo] [PubMed]
  • Kakade S, Dayan P. Dopamine: Ĝeneraligo kaj gratifikoj. Neŭra Reto. 2002; 15: 549 – 559. [PubMed]
  • Kavaliro R. Kontribuo de homa hipokampala regiono al detekto de novecoj. Naturo. 1996; 383: 256 – 259. [PubMed]
  • Knutson B, Cooper JC. Funkcia magneta resono pri antaŭdiro de rekompenco. Curr Opin Neurol. 2005: 18: 411-417. [PubMed]
  • Krebs RM, Schott BH, Schutze H, Duzel E. La novega esplorado kaj ĝia atentema modulado. Neuropsikologio. 2009; 47: 2272 – 2281. [PubMed]
  • Li S, Cullen WK, Anwyl R, Rowan MJ. Dopamina-dependa faciligo de LTP-indukto en hipokampo CA1 per eksponiĝo al spaca noveco. Nat Neurosci. 2003; 6: 526 – 531. [PubMed]
  • Lisman JE, Grace AA. La Hipokampo-VTA Buklo: Kontrolado de la Eniro de Informoj en Longtempe. Neŭrono. 2005; 46: 703 – 713. [PubMed]
  • Ljungberg T, Apicella P, Schultz W. Respondoj de simio-dopamino-neŭronoj dum lernado de kondutaj reagoj. J Neurophysiol. 1992: 67: 145-163. [PubMed]
  • Mesulam MM. De sento al kono. Cerbo. 1998; 121 (Pt 6): 1013 – 1052. [PubMed]
  • Morris RG. Elementoj de neurobiologia teorio de hipokampa funkcio: La rolo de sinaptika plasteco, sinaptika etikedado kaj skemoj. Eur J Neurosci. 2006; 23: 2829 – 2846. [PubMed]
  • Niv Y, Daw ND, Joel D, Dayan P. Tonic dopamine: ŝanco-kostoj kaj kontrolo de respondo-vigleco. Psikofarmakologio (Berl) 2007; 191: 507 – 520. [PubMed]
  • O'Carroll CM, Martin SJ, Sandin J, Frenguelli B, Morris RG. Dopaminergic-modulado de la persisto de unu-prova hipokampo-dependa memoro. Lernu Mem. 2006; 13: 760-769. [PMC libera artikolo] [PubMed]
  • O'Doherty JP, Deichmann R, Critchley HD, Dolan RJ. Neŭralaj respondoj dum antaŭĝojo de primara gusto-rekompenco. Neŭrono. 2002; 33: 815 – 826. [PubMed]
  • O'Doherty J, Dayan P, Schultz J, Deichmann R, Friston K, Dolan RJ. Disociataj roloj de ventra kaj dorsa striato en instrumenta kondiĉado. Scienco. 2004: 304: 452-454. [PubMed]
  • Ploghaus A, Tracey I, Clare S, Gati JS, Rawlins JN, Matthews PM. Lernado pri doloro: La neŭra substrato de la prognoza eraro por avversaj eventoj. Proc Natl Acad Sci Usono A. 2000; 97: 9281 – 9286. [PMC libera artikolo] [PubMed]
  • Purves D, Bonardi C, Hall G. Plibonigo de latenta inhibicio ĉe ratoj kun elektrolitaj lezoj de la hipokampo. Behav Neurosci. 1995; 109: 366 – 370. [PubMed]
  • Ranganath C, Rainer G. Neŭralaj mekanismoj por detekti kaj memori novajn eventojn. Nat Rev Neurosci. 2003; 4: 193 – 202. [PubMed]
  • Rolls ET, Xiang JZ. Rekompenca-spaca vidaj reprezentadoj kaj lernado en la primata hipokampo. J Neŭroscio. 2005; 25: 6167 – 6174. [PubMed]
  • Rosene DL, Van Hoesen GW. Hipokampaj efluktoj atingas ĝeneraligitajn areojn de cerba kortekso kaj amigdalo en la simio de ruso. Scienco. 1977; 198: 315 – 317. [PubMed]
  • Selden NR, Gitelman DR, Salamon-Murayama N, Parrish TB, Mesulam MM. Trajektoj de kolinergiaj vojoj ene de la cerebraj hemisferoj de la homa cerbo. Cerbo. 1998; 121 (Pt 12): 2249 – 2257. [PubMed]
  • Smith Y, Kieval JZ. Anatomio de la dopamina sistemo en la basaj ganglioj. Tendencoj Neŭrosci. 2000; 23 (10 Suppl): S28 – S33. [PubMed]
  • Sokolov EN. Pli altaj nervaj funkcioj; la orienta reflekso. Annu Rev Physiol. 1963; 25: 545 – 580. [PubMed]
  • Solomon PR, Vander Schaaf ER, Thompson RF, Weisz DJ. Hipokampo kaj spura prepariteco de la kuniklo klasike kondiĉita nictita membrano-respondo. Kondutu Neŭrosci. 1986; 100: 729-744. [PubMed]
  • Stranga BA, Fletcher PC, Henson RN, Friston KJ, Dolan RJ. Apartigante la funkciojn de homa hipokampo. Proc Natl Acad Sci Usono A. 1999; 96: 4034 – 4039. [PMC libera artikolo] [PubMed]
  • Sutton RS, Barto AG. Al moderna teorio de adaptaj retoj: Atendo kaj antaŭdiro. Psychol Rev. 1981; 88: 135 – 170. [PubMed]
  • Tabuchi ET, Mulder AB, Wiener SI. Pozicio kaj kondutisma modulado de sinkronigado de hipokampo kaj akcensaj neŭronaj malŝarĝoj en libere moviĝantaj ratoj. Hipokampo. 2000; 10: 717 – 728. [PubMed]
  • Thierry AM, Gioanni Y, Degenetais E, Glowinski J. Hipokampo-prefrontal-korta vojo: Anatomiaj kaj elektrofisiologiaj trajtoj. Hipokampo. 2000; 10: 411 – 419. [PubMed]
  • Tulving E. Memoro kaj konscio. Kanada Psikologio. 1985; 26: 1 – 12.
  • Weiner I. La "du-kapa" latenta inhibicia modelo de skizofrenio: Modeligado de pozitivaj kaj negativaj simptomoj kaj ilia kuracado. Psikofarmakologio (Berl) 2003; 169 (3 – 4): 257 – 297. [PubMed]
  • Weiskopf N, Helms G. Multi-parametra mapado de la homa cerbo ĉe 1mm-rezolucio en malpli ol 20-minutoj. ISMRM 16, Toronto, Kanado: 2008.
  • Weiskopf N, Hutton C, Josephs O, Deichmann R. Optimaj EPI-parametroj por redukto de susceptibilidad-induktitaj BOLD-sentivecaj perdoj: Tuta cerba analizo ĉe 3 T kaj 1.5 T. Neuroimage. 2006; 33: 493 – 504. [PubMed]
  • Wilson FA, Rolls ET. Lernado kaj memoro estas reflektitaj en la respondoj de plifortigaj rilataj neŭronoj en la primata basa antaŭbrako. J Neŭroscio. 1990a; 10: 1254 – 1267. [PubMed]
  • Wilson FA, Rolls ET. Neŭronaj respondoj rilate al la noveco kaj fameco de vidaj stimuloj en la substantia innominata, diagonala bando de Broca kaj periventrikula regiono de la primara basa antaŭbrako. Exp Cerbo Res. 1990b; 80: 104 – 120. [PubMed]
  • Wirth S, Avsar E, Chiu CC, Sharma V, Smith AC, Brown E, Suzuki WA. Provo-rezultoj kaj asociaj lernaj signaloj en simia hipokampo. Neŭrono. 2009; 61: 930 – 940. [PMC libera artikolo] [PubMed]
  • Wittmann BC, Schott BH, Guderian S, Frey JU, Heinze HJ, Duzel E. Reward-rilata FMRI-aktivigo de dopaminergic midbrain estas asociita kun plibonigita hipokampo-dependa longtempa memoro-formado. Neŭrono. 2005; 45: 459 – 467. [PubMed]
  • Wittmann BC, Bunzeck N, Dolan RJ, Duzel E. Antaŭvidado de novedzinaj varboj rekompencas sistemon kaj hipokampon dum antaŭenigado de memoro. Neuroimage. 2007; 38: 194 – 202. [PMC libera artikolo] [PubMed]
  • Wittmann BC, Daw ND, Seymour B, Dolan RJ. Striatala agado substrekas nov-bazitan elekton en homoj. Neŭrono. 2008; 58: 967 – 973. [PMC libera artikolo] [PubMed]
  • Yamaguchi S, Hale LA, D'Esposito M, Knight RT. Rapida antaŭfronta-hipokampa kutimiĝo al novaj eventoj. J Neŭrosci. 2004; 24: 5356-5363. [PubMed]