J Neurosci. 2003 Sep 3;23(22):8092-7.
Zink CF1, Pagnoni g, Martin me, Dhamala M, Berns GS.
Resumen
Aunque una función propuesta del estriado y sus principales aportes de dopamina se relaciona con la codificación de las recompensas y los estímulos relacionados con la recompensa, una visión alternativa sugiere un papel más general del estriado en el procesamiento de eventos destacados, independientemente de su valor de recompensa. Aquí definimos la prominencia como un evento que ambos es inesperado y provoca un cambio de comportamiento atencional (es decir, despertar). En el presente estudio, se investigaron las respuestas del estriado humano a estímulos salientes no recompensados. Usando imágenes de resonancia magnética funcional (fMRI), la señal dependiente del nivel de oxigenación de la sangre se midió en respuesta a los distractores visuales parpadeantes presentados en el fondo de una tarea en curso. La prominencia del distractor se manipuló alterando la frecuencia de la aparición del distractor. Los distractores presentados con poca frecuencia se consideraron más destacados que los distractores presentados con frecuencia. También investigamos si la relevancia del comportamiento de los distractores era un componente necesario de la prominencia para provocar respuestas del cuerpo estriado. En el primer experimento (sujetos 19), los distractores se hicieron relevantes para el comportamiento al definir un subconjunto de ellos como objetivos que requieren presionar un botón. En el segundo experimento (sujetos 17), los distractores no eran relevantes para el comportamiento (es decir, no requerían ninguna respuesta). Los resultados de la IRMf revelaron una activación incrementada en el núcleo accumbens después de la presentación poco frecuente (alta prominencia) en relación con la presentación frecuente (baja prominencia) de los distractores en ambos experimentos. La actividad del caudado aumentó solo cuando los distractores eran relevantes para el comportamiento. Estos resultados demuestran un papel del estriado en la codificación de eventos salientes no recompensados. Además, se sugiere una subdivisión funcional del cuerpo estriado según la relevancia conductual de los estímulos.
Introducción
El cuerpo estriado ha sido implicado en varias funciones, tanto motoras como cognitivas, pero la naturaleza exacta de sus funciones sigue siendo esencialmente desconocida. Décadas de investigación con animales sugieren que tanto el cuerpo estriado como su aporte dopaminérgico fásico desempeñan un papel importante en la codificación de las recompensas y los estímulos asociados con la recompensa (para una revisión, ver Schultz, 1998; Schultz et al., 2000). Recientes estudios de neuroimagen en humanos apoyan estas afirmaciones (Delgado et al., 2000; Knutson y otros, 2000, 2001a,2001b; Berns et al., 2001, Breiter et al., 2001; Pagnoni et al., 2002; Elliott et al., 2003). Una visión alternativa sostiene que, en lugar de procesar específicamente los estímulos relacionados con la recompensa, la actividad dentro del estriado (incluidas sus principales entradas dopaminérgicas) codifica todos los eventos salientes, incluidos y que se extienden más allá de las recompensas. La saliencia aquí se refiere a cualquier estímulo inesperado o cambios ambientales que estén provocando o que provoquen un cambio de comportamiento atencional (Redgrave et al., 1999; Horvitz, 2000). La evidencia de este punto de vista proviene de estudios que muestran que la dorsal (Rolls et al., 1983; Caan et al., 1984; Hikosaka y otros, 1989; Ravel et al., 1999; Shimo y Hikosaka, 2001) y ventral (Williams et al., 1993; Setlow y otros, 2003) las neuronas del cuerpo estriado responden a tales estímulos salientes, incluidos los eventos excitantes, aversivos, novedosos y relevantes para el comportamiento, especialmente cuando son inesperados. Además, la presentación de estímulos salientes sin recompensa en varias modalidades aumenta los niveles de dopamina en el cuerpo estriado y aumenta la activación de las neuronas dopaminérgicas en el cerebro medio (para una revisión, ver Horvitz, 2000). Estos hallazgos vinculan el cuerpo estriado con eventos salientes de procesamiento porque casi todas las células del cuerpo estriado están inervadas por proyecciones dopaminérgicas del cerebro medio (Groves et al., 1995). Fuera de un contexto gratificante, el procesamiento estriatal de eventos salientes está casi inexplorado en humanos. Algunos estudios de neuroimagen humana han revelado una mayor actividad estriatal en respuesta a ambos castigos (Knutson et al., 2000, 2003) y estímulos aversivos (Becerra et al., 2001); sin embargo, no todas las investigaciones sobre el castigo en humanos han encontrado un aumento de la actividad estriatal (Delgado et al., 2000). Estos resultados contradictorios sugieren que el contexto de comportamiento o la magnitud del estímulo juegan un papel importante en la modulación de la función estriatal. Por lo que sabemos, el papel del cuerpo estriado en el procesamiento de estímulos salientes neutros no se ha investigado específicamente en humanos.
Mediante el uso de imágenes de resonancia magnética funcional (fMRI), buscamos investigar cómo la actividad del estriado humano (caudado, putamen y núcleo accumbens) se modulaba por eventos neutrales salientes. En los presentes experimentos, se presentaron distractores visuales parpadeantes fuera del foco de atención de los sujetos. La prominencia del distractor se manipuló alterando la frecuencia de aparición del distractor. Los eventos menos frecuentes son más destacados porque su ocurrencia es intrínsecamente menos predecible que la de los frecuentes. Realizamos dos experimentos para determinar si los estímulos tenían que ser relevantes para el comportamiento en lugar de simplemente despertar de forma innata para provocar la activación estriatal. En el primer experimento, los distractores eran conductualmente relevantes porque potencialmente requerían una respuesta, mientras que en el segundo experimento, los distractores eran conductualmente irrelevantes al no requerir nunca una respuesta. Planteamos la hipótesis de que se mediría una mayor señal de resonancia magnética funcional en el cuerpo estriado para los distractores poco frecuentes (alta prominencia) en relación con los distractores frecuentes (baja prominencia) y que la actividad estriatal estaría modulada por la relevancia del comportamiento.
Materiales y Métodos
Asignaturas. Treinta y seis adultos sanos y diestros (hembras 19, machos 17), edades 19-44, se incluyeron en el estudio, 19 en el experimento 1 y 17 en el experimento 2. Dada la similitud de los dos experimentos, se reclutaron dos muestras separadas de sujetos para evitar confusiones de prueba y prueba. Los sujetos de ambos grupos se tomaron muestras de la misma población (reclutados de la comunidad de la Universidad de Emory, demográficamente similares entre los grupos, sin diferencias significativas en las edades entre los grupos). Los sujetos no tenían antecedentes de trastornos neurológicos o psiquiátricos y dieron su consentimiento informado para un protocolo aprobado por la Junta de Revisión Institucional de la Universidad de Emory.
Tareas experimentales. Todas las presentaciones de estímulos y las grabaciones de los tiempos de reacción se realizaron con el software de presentación (Neurobehavioral Systems, Inc., San Francisco, CA).
El experimento 1 está diagramado en Figura 1 y XNUMX A. Mientras se encontraban en el escáner, los sujetos vieron una de las cuatro formas azules (cuadrado, rectángulo, círculo o triángulo) presentadas en orden aleatorio en el centro de una pantalla negra para 750 msec dentro de un intervalo de estímulo de intervalo de 2000 msec (ISI). Se les dijo a los sujetos que verían formas azules, una a la vez, en el centro de una pantalla. Se les indicó que presionaran el botón 1 con el dedo índice derecho cada vez que aparecía un triángulo (estímulo objetivo). Las otras formas fueron designadas como no-objetivos. En un subconjunto de los no objetivos, un distractor saliente en forma de un círculo o triángulo más pequeño, blanco y parpadeante (28 Hz) apareció en el fondo (en una de las cuatro ubicaciones de las esquinas de la pantalla al azar). Se les dijo a los sujetos que una forma blanca parpadeante aparecería ocasionalmente en el fondo de la tarea en curso y se les indicó que presionaran el botón 2 usando su dedo medio derecho solo cuando el distractor era un triángulo (distractor de respuesta). No se les exigió que reaccionaran a los distractores circulares (distractores sin respuesta). Ambos tipos de distractor (respuesta y no respuesta) fueron relevantes en cuanto al comportamiento, ya que potencialmente requerían una respuesta. Como tal, los distractores provocaron un momentáneo cambio de atención y comportamiento. Una única sesión experimental consistió en cuatro ejecuciones de 240 por segundo, con presentaciones de estímulos de 116. En cada corrida, el estímulo del objetivo del triángulo central apareció 29 veces.
Esquema de tareas. Cada estímulo apareció para 750 msec (ISI, 2000 msec). Las flechas de una sola cola indican un botón 1 presionar; la flecha de doble cola indica un botón 2 presionar. A, Extracto del experimento 1, distractores relevantes para el comportamiento, ejecución frecuente. Los distractores blancos aparecen como círculos o triángulos parpadeando en el fondo de la tarea en curso. Los sujetos fueron instruidos para presionar el botón 1 cuando apareció un triángulo central azul (que se muestra aquí en gris) y el botón 2 cuando el distractor blanco en el fondo era un triángulo. B, Extracto del experimento 2, distractores irrelevantes para el comportamiento, ejecución frecuente. Los distractores blancos aparecieron como círculos parpadeando en el fondo de la tarea en curso. Los sujetos fueron instruidos para presionar el botón 1 cuando apareció un triángulo central azul (que se muestra aquí en gris). No se hicieron respuestas a los distractores. En ambos experimentos, los distractores aparecieron aleatoriamente en el tiempo y el espacio. Cualquier patrón detectado en la figura es pura coincidencia. Las corridas infrecuentes de ambos experimentos (datos no mostrados) fueron las mismas, excepto que los distractores ocurrieron con menos frecuencia.
La prominencia de los estímulos distractor fue manipulada cambiando su frecuencia de ocurrencia; cuanto mayor sea la frecuencia, mayor será la probabilidad de que un ensayo determinado contenga un distractor, por lo que una mayor frecuencia se asoció con una mayor predictibilidad en promedio y menos prominencia. En una carrera, apareció un estímulo distractor 25 veces (frecuente), con estímulos 1-4 (promedio, 2.9) entre estímulos distractores consecutivos. Durante las otras tres corridas, solo se produjo un estímulo distractor 4 veces (poco frecuente), con estímulos 24-32 (promedio, 28.5) entre estímulos consecutivos distractor. Al tener tres carreras infrecuentes, hubo estímulos distractores poco frecuentes para realizar un análisis estadístico de la potencia adecuada. En todas las carreras, los estímulos distractores ocurrieron de manera irregular en el tiempo y nunca al mismo tiempo que un triángulo central. Los sujetos no fueron instruidos para fijarse y fueron libres de mover sus ojos. El orden de ejecución fue contrapesado en todos los sujetos.
El experimento 2 está diagramado en Figura 1 y XNUMX B. Un grupo separado de sujetos realizó la misma tarea que se describió anteriormente, excepto por las siguientes diferencias: los distractores eran todos círculos y conductualmente irrelevantes en el sentido de que nunca requerían una respuesta. Se les dijo a los sujetos que verían formas azules, una a la vez, en el centro de una pantalla y se les indicó que presionaran el botón 1 con el dedo índice derecho cada vez que aparecía un triángulo. En el experimento 2, los distractores no fueron mencionados a los sujetos cuando se dieron instrucciones. Nuevamente, la prominencia de los distractores fue manipulada al cambiar su frecuencia de ocurrencia. Aunque no son relevantes para el comportamiento, los infractores infrecuentes se consideraron destacados debido a sus propiedades de activación innatas (es decir, contraste de color y parpadeo).
imágenes por resonancia magnética nuclear. El escaneo se realizó en un escáner 1.5 Tesla Philips Intera (Eindhoven, Países Bajos). Para cada sujeto, se adquirió una imagen estructural ponderada por T1 para referencia anatómica, seguida de cuatro ejecuciones funcionales de cerebro completo de 120 cada una para medir el efecto dependiente del nivel de oxigenación de la sangre ponderado por TXUMX * (NEGRO) imágenes planas; tiempo de repetición, 2 ms; tiempo de eco, 2000 ms; ángulo de giro, 40 °; 90 × matriz 64; campo de visión, 64 mm; 240 24 mm cortes axiales adquiridos paralelos a la línea comisural anteroposterior). El movimiento de la cabeza se minimiza con el relleno.
Análisis fMRI. Los datos se analizaron mediante mapeo paramétrico estadístico (SPM99) (Friston et al., 1995b). Para cada sujeto, las primeras 12 exploraciones en cada ejecución se excluyeron del análisis para descartar los artefactos relacionados con la fase transitoria de magnetización. La corrección del tiempo de corte se utilizó para ajustar las diferencias de tiempo resultantes de la adquisición de imágenes de cortes múltiples. La corrección de movimiento al primer escaneo funcional se realizó en sujetos utilizando una transformación de cuerpo rígido de seis parámetros. La imagen anatómica de cada individuo se registró conjuntamente con la media de sus imágenes funcionales mediante una transformación de cuerpo rígido y luego se normalizó espacialmente a la plantilla del Instituto Neurológico de Montreal (MNI) conforme al sistema de orientación de Talairach (Talairach y Tournoux, 1988) mediante la aplicación de una transformación afín de parámetro 12 seguida de una deformación no lineal utilizando funciones de base (Cenicero y Friston, 1999). Los parámetros de transformación calculados se aplicaron a todas las imágenes funcionales, interpolando a un tamaño de vóxel final de 4 × 4 × 4mm 3. Posteriormente, las imágenes se suavizaron espacialmente con un núcleo gaussiano isotrópico 8 mm y se filtraron temporalmente con una función de suavizado de respuesta hemodinámica sintética para atenuar los componentes de alta frecuencia de la señal resultante del ruido.
Se realizó un análisis estadístico relacionado con eventos de efectos aleatorios con SPM99 (Friston et al., 1995a, 1999) en un procedimiento de dos niveles para cada experimento. Para el experimento 1, en el primer nivel, se especificó un modelo lineal general separado para cada sujeto. Las respuestas en NEGRA a cuatro tipos de eventos (no objetivos, objetivos, distractores de respuesta y distractores de no respuesta) para cada ejecución se modelaron con una función básica que consiste en una función de respuesta hemodinámica sintética (que consta de dos funciones gamma separadas 2 por segundo) y su primer orden derivada temporal. Se calculó una imagen de contraste para cada sujeto correspondiente al efecto principal de la frecuencia del distractor: distractores poco frecuentes más que distractores frecuentes (independientemente del tipo). Las imágenes de contraste individuales se ingresaron en un análisis de segundo nivel utilizando una muestra t prueba. El resumen del mapa estadístico resultante fue umbral en p <0.05 (sin corregir para comparaciones múltiples), y luego se aplicó una corrección de volumen pequeño (SVC) a seis regiones esféricas de interés (ROI) de 6 mm de radio. Por el a priori hipótesis sobre el estriado, las ROI se centraron en las siguientes ubicaciones (coordenadas MNI): núcleo derecho derecho, 12, 8, -8; núcleo izquierdo accumbens, -12, 8, -8; caudado derecho, 12, 8, 12; caudado izquierdo, -12, 8, 12; putamen derecho, 24, 4, 4; y putamen izquierdo, -24, 4, 4 ( ). Las coordenadas correspondientes a cada ROI se basaron en las especificadas por la base de datos Daemon de Talairach (Lancaster et al., 2000), tal como se implementó en el software AFNI (Cox, 1996), que también se usó para convertir las coordenadas de Talairach en las coordenadas MNI correspondientes. La corrección de volumen pequeño es una aplicación restringida de la teoría de campo gaussiana aleatoria para tener en cuenta las comparaciones múltiples cuando la inferencia estadística se limita a una a priori región específica de interés (Worsley et al., 1996). Para cada sujeto, las estimaciones de los parámetros (es decir, el tamaño del efecto expresado como porcentaje de la intensidad media global de los escaneos) de cada tipo de distractor (respuesta y no respuesta) en las dos condiciones (frecuente e infrecuente) se promediaron entre los voxels dentro de las ROI especificadas que sobrevivió pSVC <0.05 para el contraste, distractores poco frecuentes mayores que distractores frecuentes. Debido a que los distractores poco frecuentes resultaron en una mayor activación que los distractores frecuentes, realizamos una post hoc evaluación de las contribuciones individuales de la respuesta y distractores de no respuesta a la condición poco frecuente. Esto se probó con una comparación por pares en las estimaciones de parámetros para los distractores de no respuesta frente a respuesta en la condición infrecuente. El mismo análisis para el experimento 1 se realizó para el experimento 2, excepto que debido a que solo había un tipo distractor (no respuesta) en el experimento 2, se modelaron tres tipos de eventos en lugar de cuatro: no objetivo, objetivos y distractores. La evaluación de las contribuciones individuales de los distractores de respuesta y de no respuesta que se realizó en el experimento 1 no se aplicó en este segundo experimento.
Las ubicaciones de las siguientes ROI bilaterales: núcleo accumbens, putamen y caudado. Las ROI se muestran en secciones axiales de una plantilla estructural MRI.
En un análisis separado, las imágenes de contraste individual de primer nivel de los experimentos 1 y 2 se ingresaron en un análisis de segundo nivel utilizando una muestra de dos muestras. t prueba para evaluar la interacción de la relevancia del comportamiento con la prominencia. Debido a que los sujetos en cada experimento fueron muestreados de la misma población (es decir, dos grupos diferentes de individuos de la misma población), cualquier diferencia entre estos grupos podría atribuirse a diferencias en las tareas (es decir, relevancia conductual del distractor). Para cada contraste de interacción, (1) (distractores poco frecuentes - distractores frecuentes) × (relevante - irrelevante) y (2) (distractores poco frecuentes - distractores frecuentes) × (irrelevante - relevante), el mapa estadístico resumido se estableció como umbral en p <0.05 y luego se aplicó un SVC a las mismas seis ROI esféricas de radio de 6 mm especificadas en los análisis de una muestra anteriores.
Resultados
En ambos experimentos, los sujetos cometieron un promedio de menos de un error por ejecución. En el experimento 1, los tiempos de reacción a los distractores de respuesta fueron significativamente más largos para los distractores presentados con poca frecuencia (media ± SE = 683 ± 27 mseg) que para los distractores presentados con frecuencia (media ± SE = 623 ± 24 mseg) (p <0.001; emparejado t prueba). Los tiempos de reacción a los objetivos del triángulo central en la ejecución frecuente (media ± SE = 598 ± 20 msec) y las correcciones poco frecuentes (media ± SE = 579 ± 19 msec) también fueron significativamente diferentes en el experimento 1 (p = 0.008; emparejado t prueba). En el experimento 2, no hubo una diferencia significativa en los tiempos de reacción a los objetivos del triángulo central entre la ejecución frecuente (media ± SE = 468 ± 17 msec) y las frecuentes (media ± SE = 456 ± 14 msec) (p = 0.132; emparejado t prueba).
Los resultados del ROI de fMRI para el contraste, los distractores poco frecuentes más que los distractores frecuentes, en el experimento 1 y el experimento 2 se resumen en Tabla 1. En el experimento 1 (distractores conductualmente relevantes), de las seis ROI estriatales investigadas, se produjeron activaciones significativas bilateralmente en el caudado y el núcleo accumbens. Las estimaciones de los parámetros de los sujetos para cada tipo de distractor en los ROI bilaterales del caudado y del núcleo accumbens (los ROI del putamen no contenían vóxeles activados significativamente) revelaron que en los cuatro grupos, la mayor señal se midió para los distractores que no respondían con frecuencia en comparación con los otros tipos de distractores. incluidos los distractores de respuesta poco frecuentes ( ). Para el experimento 2, solo el ROI del núcleo izquierdo accumbens contenía una activación significativa.
Significativamente activado (pSVC ≤ 0.05) ROIs estriatales en los experimentos 1 y 2 para el contraste, distractores poco frecuentes mayores que los distractores frecuentes
En el experimento 1, las estimaciones de los parámetros de un solo sujeto que representan los tamaños del efecto (porcentaje de la intensidad media global) se promediaron a través de vóxeles significativamente activados dentro de los ROI para el contraste, distractores poco frecuentes más que distractores frecuentes. Las ROI con activaciones significativas fueron núcleo accumbens bilateral y caudado. Las estimaciones de contraste se trazan para distractores poco frecuentes en relación con distractores frecuentes, independientemente del requisito de respuesta (A). Los distractores infrecuentes se subdividieron por el requisito de respuesta, y se calculan las estimaciones de contraste para los distractores de no respuesta poco frecuentes en relación con los distractores de respuesta infrecuentes (B). Los gráficos de barras representan promedios y SE en todos los temas *p <0.05; **p <0.005; ***p <0.001.
Los resultados del análisis fMRI que comparan la relevancia del comportamiento entre los dos experimentos se resumen en Tabla 2. Para la interacción (distractores poco frecuentes - distractores frecuentes) × (relevante - irrelevante), se produjo una activación significativa en el caudado bilateralmente. Ningún otro ROI tuvo activaciones. La interacción (distractores poco frecuentes - distractores frecuentes) × (irrelevante - relevante) no dio como resultado ningún ROI significativamente activado.
Regiones de interés estriatales activadas diferencialmente (psvc <0.05) por relevancia conductual entre los dos experimentos para el contraste, distractor infrecuente mayor que distractores frecuentes
Discusión
Usando fMRI, el presente estudio investigó cómo la actividad del cuerpo estriado humano era modulada por la prominencia de los estímulos no recompensados. Los estímulos que se consideran salientes deben ser inesperados y excitantes (es decir, llamar la atención). En el presente estudio, los sujetos realizaron una tarea continua de rendimiento continuo diseñada para centrar su atención, pero la actividad cerebral relacionada con la realización de esta tarea central no fue de interés. Los estímulos de interés fueron estímulos distractor que parpadea en el fondo de algunos de los no objetivos en la tarea central. La saliencia se manipuló en dos dimensiones: la frecuencia (más frecuente, menos saliente) y la relevancia del comportamiento.
Una característica importante de nuestras tareas fue la manipulación de la expectativa de estímulos distractor a través de la frecuencia. En cada experimento, la frecuencia de aparición de distractor se moduló entre ejecuciones para alterar la expectativa del distractor y, por lo tanto, la saliencia. Cuando los eventos ocurren con más frecuencia, se vuelven más esperados y menos destacados. Los estímulos infrecuentes con intervalos largos entre eventos consecutivos son inesperados y, por lo tanto, más destacados. De acuerdo con las definiciones aceptadas de infrecuencia (McCarthy et al., 1997; Clark et al., 2000; Kirino et al., 2000), se produjeron distractores poco frecuentes en <10% de los ensayos. Dentro de cada experimento, las propiedades del distractor, incluida la ubicación, el momento exacto y el tipo de distractor, se asignaron al azar en cada ejecución para que la única manipulación de la prominencia procediera de una frecuencia relativa. En el experimento 1, los tiempos de reacción de los distractores poco frecuentes fueron significativamente más largos que los de los distractores frecuentes, lo que demuestra un correlato conductual de previsibilidad.
Además de la previsibilidad, la capacidad de llamar la atención preferentemente contribuye en gran medida a la prominencia del estímulo. Este aspecto de la prominencia puede ser dependiente del contexto conductual (es decir, sobre la base de la relevancia conductual del estímulo) o independiente del contexto conductual (es decir, sobre la base de los rasgos de estímulo intrínsecos) (Downar y otros, 2002). En nuestros experimentos, manipulamos el contexto de comportamiento. En el experimento 1, los distractores eran relevantes para el comportamiento en virtud de una respuesta potencial. En el experimento 2, los distractores eran irrelevantes desde el punto de vista del comportamiento porque los distractores no eran importantes para la tarea, y los sujetos no tenían que responder a ellos. Los sujetos informaron, sin embargo, que "notaron" los distractores. Cuando los distractores en el experimento 2 se presentaron con poca frecuencia, todavía se los consideraba destacados debido a las características independientes del contexto de comportamiento, incluido su contraste de color en el fondo negro (en oposición a las formas azules menos contrastantes en la tarea en curso) y su naturaleza parpadeante . Además de las propiedades intrínsecas de los estímulos, los distractores en el experimento 1 tuvieron una dimensión adicional a su prominencia como resultado de sus posibles consecuencias de comportamiento. Es importante destacar que ambos tipos de distractor (respuesta y no respuesta) en el experimento 1 requirieron que los sujetos interrumpieran momentáneamente la tarea en curso, desvíen recursos al distractor y posiblemente respondan, aunque la presión del botón solo se produjo en los distractores de respuesta (triángulo).
Los resultados del presente estudio revelan que la actividad en el núcleo accumbens aumentó en respuesta a cambios inesperados en el entorno visual (es decir, la aparición de distractores parpadeantes), mientras que el caudado se reclutó solo cuando tal estímulo era relevante para el comportamiento. Estos patrones de actividad son consistentes con estudios previos en animales. Las neuronas caudadas responden a las señales y los estímulos visuales, pero las respuestas no se ven normalmente cuando estos estímulos son independientes de la tarea (Rolls et al., 1983). Aosaki et al. (1994) informaron que las neuronas en el caudado no responden a una señal antes del entrenamiento; sin embargo, sí responden a la señal después de saber que la señal señala la próxima recompensa y, por lo tanto, inicia el proceso de lamer. Por otro lado, el núcleo accumbens responde a estímulos visuales excitantes, incluso cuando carece de relevancia para la tarea (Williams et al., 1993). No observamos ninguna modulación significativa de la actividad en el putamen, lo que concuerda con los datos que sugieren que el putamen está más directamente relacionado con el control motor (Alexander y Crutcher, 1990) en lugar de saliencia per se.
A partir de nuestros datos, llegamos a la conclusión de que el estriado humano (caudado y núcleo accumbens) desempeña un papel en el procesamiento de eventos destacados, aparte de las recompensas, pero la respuesta no es homogénea en todo el estriado. Redgrave et al. (1999) propuso que la actividad en el estriado proporciona una señal para cambiar los recursos de atención o de comportamiento, o ambos, a estímulos inesperados que provocan tales respuestas. De acuerdo con esta teoría, nuestros resultados sugieren que el núcleo accumbens responde cuando se produce un cambio de atención, mientras que el caudado responde cuando se produce un cambio de comportamiento.
Una interpretación alternativa puede ser que los sujetos encontraron que responder a los distractores en el experimento 1 fue más gratificante que no responder a los distractores en el experimento 2. En esta vista, la activación estriatal diferencial (caudado) sería causada por una diferencia en el estado de recompensa interna. Sin embargo, esta interpretación es improbable dado que los infractores infrecuentes de falta de respuesta, en lugar de los distractores de respuesta, provocaron la mayor actividad del estriado dorsal y ventral. Si la hipótesis de la recompensa interna fuera cierta, entonces no responder tendría que ser más gratificante que responder, un escenario que parece inverosímil. La señal más alta después de los infractores infrecuentes de falta de respuesta también proporciona evidencia de que la actividad estriatal en el experimento 1 no fue atribuible a la ejecución motora (aunque no se puede descartar su participación en la inhibición motora).
La interpretación de los resultados actuales se basa en la prominencia de la manipulación mediante la alteración de la frecuencia del distractor. Sin embargo, debe observarse en el experimento 1 que el efecto de la frecuencia podría interpretarse de manera diferente. Los sujetos tuvieron que cambiar entre dos canales de estímulo-respuesta con frecuencia y con poca frecuencia. Por lo tanto, el efecto de la frecuencia puede reflejar diferencias en la tasa de cambio de la selección de respuesta en lugar de la prominencia. Por lo que sabemos, el estriado no se ha relacionado con la tasa de codificación de cambios en las selecciones de respuesta, aunque los estudios futuros que manipulan la prominencia del estímulo de una manera distinta a la alteración de su frecuencia de aparición podrían abordar este problema.
Las respuestas cerebrales a estímulos salientes poco frecuentes se han evaluado de otras maneras, como paradigmas extraños, pero no se ha informado de la actividad estriatal en estos estudios (McCarthy et al., 1997; Clark et al., 2000; Kirino et al., 2000; Casey et al., 2001). Si el estriado codifica eventos inesperados que provocan un cambio de atención o comportamiento, como lo sugieren nuestros resultados, los paradigmas extravagantes podrían no ser efectivos para evocar activaciones del estriado. En los paradigmas extraños mencionados anteriormente, cada estímulo apareció en el foco de atención, de modo que no se provocó ningún cambio. Al presentar los estímulos en el foco de atención, los sujetos esperaban que un estímulo apareciera en una ubicación predecible y, por lo general, en un momento predecible. Aunque fueron poco frecuentes en comparación con otros estímulos en la tarea, los estímulos de interés no fueron inesperados, como lo serían si se presentaran fuera de la tarea. En el presente estudio, evitamos estos factores de confusión presentando los distractores fuera del foco de atención, lo que nos permite modular tanto la expectativa de estímulo como la relevancia del comportamiento.
Cabe señalar que la señal medida en fMRI es una medida indirecta de los cambios en el flujo sanguíneo cerebral, que tiende a estar más correlacionada con la actividad presináptica que con la puntas postsinápticas (Logothetis et al., 2001). La señal BOLD no puede asociarse directamente con la actividad en tipos de células específicos y no es una medida de la liberación específica de neurotransmisores. No podemos vincular los resultados actuales a neuronas específicas en el cuerpo estriado [p. Ej., Interneuronas tónicamente activas (TAN) o neuronas de proyección espinosa media] o cambios directos en la transmisión de dopamina. Sin embargo, debido a que la señal BOLD está más correlacionada con la actividad presináptica, las activaciones observadas dentro del cuerpo estriado probablemente no representan tasas de picos de las neuronas de proyección estriatal. Los TAN comprenden el ∼2% de todas las células del cuerpo estriado (Pisani et al., 2001); por lo tanto, es poco probable que los TAN sean los únicos responsables de los cambios informados en la actividad estriatal. Insumos dopaminérgicos, que responden a eventos salientes (Horvitz, 2000), pueden interactuar con entradas corticales glutamatérgicas convergentes en el estriado al amplificar entradas corticales fuertes (relacionadas con saliente) y amortiguar entradas corticales débiles (relacionadas no salientes) (Nicola et al., 2000; Horvitz, 2002). Esta interacción podría ser responsable de los cambios de señal observados en el cuerpo estriado en nuestros experimentos. En el presente estudio, aunque los insumos de dopamina inervan todo el estriado, la activación estriatal diferencial entre experimentos podría haber ocurrido como resultado del reclutamiento de diferentes insumos corticales que codifican la relevancia del comportamiento. El análisis actual se limitó al estriado; sin embargo, sería interesante en futuros estudios examinar qué áreas corticales también se reclutan en condiciones de tareas similares.
En conclusión, los resultados del presente estudio extienden el papel del estriado desde el procesamiento de recompensa al procesamiento de saliencia. Específicamente, nuestros datos sugieren que el núcleo accumbens desempeña un papel en la codificación de eventos de activación inesperados, mientras que la actividad del caudado está más estrechamente relacionada con la relevancia conductual de los estímulos. Esta noción no es incompatible con la teoría de la recompensa del estriado. Tanto las recompensas inesperadas como los estímulos relacionados con la recompensa sobresalen por su comportamiento relevante, especialmente para un animal privado de alimentos (como suele ocurrir en los estudios que investigan el procesamiento de recompensas), y las conductas continuas deben interrumpirse para acercarse y consumir recompensas. El presente estudio proporciona evidencia de que la actividad en el cuerpo estriado humano codifica más que recompensas o incluso estímulos que pueden dar lugar a recompensas. Más bien, el sistema estriado puede haber evolucionado más generalmente para subsistir en el procesamiento de cualquier estímulo saliente.
Notas a pie de página
- Recibido mayo 5, 2003.
- Revisión recibida en julio 10, 2003.
- Aceptado julio 16, 2003.
Este trabajo fue apoyado por los Institutos Nacionales de Salud Grants RO1 EB002635 y K08 DA00367 a GSB
La correspondencia debe dirigirse al Dr. Gregory S. Berns, Departamento de Psiquiatría y Ciencias del Comportamiento, 1639 Pierce Drive, Woodruff Memorial Research Building Building 4000, Atlanta, GA 30322. Email: [email protected].
Copyright © 2003 Society for Neuroscience 0270-6474 / 03 / 238092-06 $ 15.00 / 0
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