- Neuroimage. 2007 Okt 15; 38 (1-9): 194 – 202.
- doi: 10.1016 / j.neuroimage.2007.06.038
PMCID: PMC2706325
Bianca C. Wittmann, Nico Bunzeck,b Raymond J. Dolan,a ja Emrah Düzelb,c,⁎
See artikkel on olnud viidatud muud PMC artiklid.
Abstraktne
Dopamiinergiline keskjoon, mis sisaldab substraat- ja ventral tegmentaalset ala (SN / VTA), mängib tasu töötlemisel keskset rolli. Seda piirkonda aktiveerivad ka uued stiimulid, mis suurendavad võimalust, et uudsus ja tasu omavad ühiseid funktsionaalseid omadusi. Praegu on ebaselge, kas SN / VTA tasu töötlemise funktsionaalsed aspektid, nimelt ootamatute hüvede ja tasu ennustavate märkide aktiveerimine, iseloomustavad ka uudsuse töötlemist. Selle küsimuse lahendamiseks viidi läbi fMRI katse, mille käigus vaadeldi sümboolseid näpunäiteid, mis ennustasid kas uudseid või tuttavaid kujutisi 75% kehtivusega stseenidest. Näitame, et SN / VTA aktiveeriti vihjeid, mis ennustavad nii uusi pilte kui ka ootamatuid uudseid pilte, mis järgisid tuttavust ja ennustavaid vihjeid, "ootamatu uudsuse" vastust. Hippokampus, regioon, mis on seotud uute stiimulite avastamise ja kodeerimisega, näitas ennetavat uudsuse vastust, kuid erines SN / VTA reaktsiooniprofiilist oodatud ja "ootamatu" uudsuse tulemusel reageerimisel. Eksperimendi käitumise laiendamisel suurenes mälestus võrreldes tundlikkusega, kui võrrelda hilinenud äratundmismälu ootamatute uudsete stiimulite ja ootamatute uudsete stiimulitega. Need andmed näitavad SN / VTA vastuste sarnasusi premeerimise ja uudsete stiimulite ennetamisel. Soovitame, et see ennetav vastus kodeerib motiveerivat uurimusliku uudsuse signaali, mis koos hipokampuse ennetava aktiveerimisega toob kaasa uudsete sündmuste kodeerimise. Üldisemalt öeldes näitavad andmed, et uudsuse dopamiinergiline töötlemine võib olla oluline uute keskkondade uurimisel.
Sissejuhatus
Üksikute neuronite salvestused loomadel ja hiljutised funktsionaalsed magnetresonantstomograafia (fMRI) uuringud inimestel annavad ühtse tõendusmaterjali selle kohta, et SN / VTA keskjoonte piirkonda aktiveeritakse mitte ainult tasu (Schultz, 1998), vaid ka uute stiimulite abil, isegi kui puudub tugevdus (Schultz et al., 1997; Schott et al., 2004; Bunzeck ja Duzel, 2006). SN / VTA aktiveerimine uudsuse tõttu tõstab esile võimaluse, et uudsus võib omada sisulisi rahuldavaid omadusi. Kui see on nii, siis tuleks ka uudsuse töötlemiseks kasutada tasu töötlemise omadusi, näiteks vastuste ajalist nihet. Tasu ennetamise paradigmades koodivad dopamiinergilised neuronid premeerimise ennustust, kui prognoositava stiimuli ja järgneva tasu saamise vaheline olukord on teada. Täpsemalt, need neuronid reageerivad esimesele usaldusväärsele tasu ennustajale, kuid mitte enam tasu saamisele (Ljungberg jt, 1992; Schultz et al., 1992, 1997; Schultz, 1998). Kas uudsuse töötlemine SN / VTA-s näitab ka neid tasuvusega seotud omadusi, on ebaselge.
Hippokampus on kriitiline episoodiliste pikaajaliste mälestuste loomisel uudsete sündmuste jaoks (Vargha-Khadem et al., 1997; Duzel et al., 2001) ja arvatakse, et nad annavad SN / VTA-s uudse signaali peamise sisendi (Lisman ja Grace, 2005). SN / VTA neuronite poolt vabanenud dopamiin omab omakorda olulist rolli pikaajalise potentseerimise (LTP) ja pikaajalise depressiooni (LTD) stabiliseerimiseks ja säilitamiseks hipokampuse piirkonnas CA1 (Frey et al., 1990, 1991; Huang ja Kandel, 1995; Sajikumar ja Frey, 2004; Lemon ja Manahan-Vaughan, 2006; ülevaateks vaata Jay, 2003). fMRI andmed on näidanud, et ühine SN / VTA ja hipokampuse aktiveerimine on seotud pikaajalise mälu eduka moodustumisega (Schott et al., 2006) ja uudsete stiimulite kodeerimise tasu parandamine (Wittmann et al., 2005; Adcock et al., 2006). Selliste lähenevate tõendite valguses rõhutavad hippokampuse sõltuva mälu moodustumise hiljutised mudelid funktsionaalset seost hüpokampuse uudsuse tuvastamise ja hipokampuse plastiilsuse suurendamise vahel uudsuse poolt põhjustatud dopamiinergilise modulatsiooni abil, mis tuleneb SN / VTA-st (Lisman ja Grace, 2005). Seetõttu on küsimus, kas SN / VTA aktiveeritakse uudsuse ennetamise kaudu, kaugemale kontseptsioonilisest arusaamast uudsuse ja tasu vahelisest suhtest, mis hõlmab hüpokampuse plastilisuse mehhanisme. Lisaks on hiljuti välja pakutud, et SN / VTA uudsuse ja tasu töötlemise vahelise seose mõistmine võib näidata seoseid motivatsiooni, uudsuse otsimise ja uurimise vahel (Bunzeck ja Duzel, 2006; Knutson ja Cooper, 2005).
Uurisime ennetavaid vastuseid uudsetele ja tuttavatele stiimulitele fMRI paradigmas, mis on kujundatud tasu ennetamise protseduuridel (Joon. 1). Värvilised ruudud toimisid näpunäidetena, mis ennustasid uudsete või varem tutvustatud piltide esitamist. Isikutele öeldi, et nad osaleksid igas kihis ja seejärel näitaksid võimalikult kiiresti ja täpselt, kas järgnev pilt oli tuttav või uus. Kuna fMRI katse nõudis suurt hulka uuringuid, tegime ka puhtalt käitumusliku versiooni, kus uuringu numbrid olid optimaalsemad, et hinnata, kuidas episoodilise mälu jõudlust mõjutas uudsuse kasutamine eeldusel, et mälu / teadmine on paradigma (Tulving, 1985).
Katsemenetlused
Õppeained
Katses osales 24.5 tervet täiskasvanut (keskmine vanus [± SD] 4.0 ± 7 aastat, kõik paremakäelised, XNUMX meest). Kõik osalejad andsid osalemiseks kirjaliku nõusoleku ja uuring oli kooskõlas Magdeburgi ülikooli arstiteaduskonna eetikakomitee suunistega.
Eksperimentaalne paradigma
Kasutasime 245 normaliseeritud heledusega halltoonides maastikufotot. Osalejad said kirjalikud juhised, sealhulgas väljatrükid viiest tutvumiseks valitud pildist. Enne skannerisse sisenemist esitati kõiki neid pilte arvutiekraanil kaheksa korda randomiseeritud järjekorras (kestus: 1500 ms, ISI: 1200 ms), samal ajal kui osalejatel kästi tähelepanelikult jälgida. Skanneris koguti nii anatoomilisi kui ka funktsionaalseid pilte. Osalejad osalesid 12 sessioonil, kestusega 5.7 minutit, millest igaüks sisaldas 40 4.5–12 s pikkust katset. Iga katse ajal nägid osalejad kollast või sinist ruutu (1500 ms), mis näitasid 75% täpsusega, kas järgmine pilt oleks tuttav või uudne (vt. Joon. 1A ülesande ja juhiste jaoks). Pärast muutuvat viivitust (0–4.5 s) näidati prognoositava kategooria pilti 75% uuringutest ja ettenägematu kategooria pilti, uudset tuttavuse märguannet ja tuttavat uudsuse juhist, näidati 25 % katsetest (1500 ms). Mõlemat kategooriat näidati võrdselt sageli. Osalejad näitasid kiire nupuvajutusega (paremale või vasakule nimetissõrmele või keskmisele sõrmele), kas pilt on tuttavast kategooriast või mitte. Järgnes muutuva kestusega fikseerimisfaas (1.5–4.5 s). Iga pildikategooriaga seotud vihjevärvid tasakaalustati osalejate vahel, samuti reageeriv käsi ja kategooriate sõrmede määramine.
fMRI protseduurid
226 T skanneriga (Siemens Magnetom Trio, Erlangen, Saksamaa) soetasime seansi kohta 3 kajaloodega pilti (EPI), mille TR oli 1.5 s ja TE 30 ms. Kujutised koosnesid 24 lõigust piki keskaju pikkustelge (maatriks 64 × 64; vaateväli: 19.2 cm; voksli suurus: 3 × 3 × 3 mm), mis olid kogutud põimitud järjestusse. See osaline maht hõlmas hipokampust, amügdalat, ajutüve (sealhulgas diencephalon, mesencephalon, pons ja piklikaju) ja prefrontaalse koore osi. Skanneri müra vähendati kõrvatroppide abil ja katsealuste pea liikumist vähendati vahtpolsterite abil. Stiimulite järjestus ja ajastus optimeeriti efektiivsuse osas, pidades silmas vihjega ja tulemusega seotud hemodünaamiliste reaktsioonide usaldusväärset eraldamist (Hinrichs et al., 2000). Normaliseerumise parandamiseks omandati iga subjekti jaoks inversiooni taastamise EPI järjestus (IREPI). Skaneerimisparameetrid olid samad, mis EPI järjestuses, kuid täieliku aju katvusega.
Eeltöötlus ja andmete analüüs viidi läbi Matlabis rakendatud statistilise parameetrilise kaardistamise tarkvara abil (SPM2; Wellcome Trust Center for Neuroimaging, Neuroloogia Instituut, London, Suurbritannia). EPI pilte korrigeeriti viilu ajastuse ja liikumise osas ning seejärel normaliseeriti ruumiliselt Montreali Neuroloogiainstituudi malliga, deformeerides subjekti anatoomilise IREPI SPM-i mallile ja rakendades neid parameetreid funktsionaalsetele piltidele, muutes need 2 × 2 × 2 mm suurusteks voksliteks. Seejärel siluti need 4 mm Gaussi tuuma abil.
Statistilise analüüsi jaoks skaleeriti andmeid voxel-by-voxel oma globaalsele keskmisele ja kõrgsurve filtrile. Iga subjektiga seotud katsealast aktiivsust hinnati katselise hemodünaamilise reaktsiooni funktsiooni ja selle ajaliste derivaatide vektori konvolueerimisega (Friston et al., 1998). Iga osaleja jaoks määrati üldine lineaarne mudel (GLM), et modelleerida huvipakkuvaid mõjusid, kasutades kahte katse ühe katse kohta, ühte cue algust ja ühte tulemuse algust (kovariandid olid: uudsus, tundlikkus, oodatav / ootamatu uudne tulemus, oodatud / ootamatu tuttav tulemus) ja kuus ühishuvi, millel ei ole huvi, jäädvustades jääkliikumisega seotud esemeid. Analüüsiti järgmisi kontraste: uudsed vs. tuttavad vihjed, uudsed ja tuttavad tulemused, ootamatud tulemused ja oodatavad tulemused, ootamatud uudsed tulemused ja ootamatud ja oodatavad tulemused. Pärast iga osaleja jaoks statistiliste parameetrite kaartide loomist, kasutades lineaarselt kontraste parameetrihinnangutele, teostati teise tasandi juhuslike efektide analüüs, et hinnata grupi mõju. Arvestades meie a priori hüpoteesi tasu ja hipokampuse süsteemide aktiveerimise kohta, testiti mõju ühe prooviga. t-testid künnisega p <0.005, parandamata ja klastri minimaalne suurus on k = 5 vokslit, kui pole öeldud teisiti. Seejärel viidi läbi sfääriline väikese ruumala korrigeerimine piigi vokselite keskel, kasutades konstruktsioonide suurusele vastavaid diameetreid [7.5 mm aktiveerimiseks eesmises hipokampuses (vt. Lupien et al., 2007ja 4.5 mm aktivatsioonide korral mustanahalises piirkonnas (vt Geng jt, 2006)]. Ekstrakti ekstraheerimisel tippvokselite beeta väärtused substantia nigras ja hipokampuses korrigeeriti üldise aktivatsioonitaseme HRF väärtusega, et anda signaali muutuse protsent. Kõik käitumuslikud keskmised on toodud keskmistena ± keskmise viga (SEM).
Keskmise aju aktiivsuse lokaliseerimiseks paigutati aktivatsioonikaardid eelnevalt omandatud 33i ruumiliselt normaliseeritud magnetiseerimise ülekande (MT) kujutiste keskmisele kujutisele.Bunzeck ja Duzel, 2006). MT-piltidel võib sisulisi struktuure kergesti eristada.Eckert jt, 2004). Aktiveerimiste lokaliseerimise hõlbustamiseks viidi iga kontrasti tippvokselid üle Talairachi ruumi (Talairach ja Tournoux, 1988) kasutades Matlab funktsiooni mni2tal.m (Matthew Brett, 1999) ja sobitatud anatoomiliste aladega, kasutades tarkvara Talairach Daemon Client (Lancaster et al., 2000; Versioon 1.1, uurimiskeskus, Texase Ülikooli terviseteaduste keskus San Antonio's). Seetõttu esitatakse kõik stereotaksilised koordinaadid Talairachi ruumis.
Eraldi mälu hindamine
Eraldi käitumise järelkontrolli uuringus, mis oli fMRI tulemuste põhjal motiveeritud, viisid 12i osalejad (2 isane) samad tutvumis- ja uudsuse ennetamise protseduurid, mis on rakendatud fMRI katse jaoks. Käitumiskatses lahutati fMRI katse, sest fMRI-s olevate stiimulite kestus ja arv optimeeriti, et parandada signaali kvaliteeti, kuid liiga ulatuslik, et võimaldada mälu jõudlust üle võimaluse. Seetõttu, et hõlbustada käitumiskatses meelde jätmist, vähendati oodatavaid uudseid pilte sisaldavate uuringute arv 120-ks, ootamatute uudsete piltide arv 40-ile. Ühel päeval pärast õppetundi lõpetasid osalejad mälutesti, mis sisaldas kõiki 160i uudseid pilte uuringufaasist (nüüd "vanad" pildid) ja 80i uusi pilte, mida osalejad ei olnud varem näinud (Joon. 1B). Uuringu selles osas tegid osalejad iga pildi kohta kaks järjestikust otsust, mis mõlemad olid pildi all oleva teksti aluseks. Esimene otsus oli teha „vana / uus” otsus, teine otsus oli „mäleta / tea / arvan” (pärast „vana” vastust) või „kindel / arvan” (pärast „uut” vastust) kohtuotsus. Ajastus kulges isetempoga, otsustamise tähtaeg oli vastavalt 3 s ja 2.5 s, millele järgnes 1 s fikseerimise etapp enne järgmise pildi esitamist.
Tulemused
Käitumise tulemused
Uuringu etapis näitas osalejate reaktsiooniaegade korrektsete katsete korral 2 × 2 × 2 ANOVA teguritega pildikategooria (uudne / tuttav), ootus (oodatav / ootamatu) ja rühm (skaneeritud rühm / mälugrupp). pildikategooria ja ootus ning grupi ja pildikategooria efekti vastastikune mõju (vt Tabel 1 reaktsiooniaegade jaoks; kategooria efekt: F[1,25] = 31.57, p <0.001; ootusefekt: F[1,25] = 8.47, p <0.01; koostoimeefekt: F[1,25] = 5.49, p <0.05). Post hoc seotud t-testid kinnitasid, et nii oodatud tuttavate piltide kui ka eeldatavate uudsete piltide reaktsiooniajad olid oluliselt lühemad kui vastavate ootamatute piltide puhul (p <0.01 ja p <0.05). Nii oodatud kui ka ootamatute tuttavate piltide reaktsiooniajad olid oluliselt lühemad kui vastavate uudsete piltide puhul (p <0.001 ja p = Vastavalt 0.001). Koostoimeefekt ei tulene olulisest kategooriaefektist ainult ühes osalejarühmas, nagu t- katsed, millega võrreldi reaktsiooniaegu uudsete ja tuttavate piltidega, olid mõlema rühma jaoks olulised (p <0.05 skannitud rühma jaoks ja p <0.001 mälurühma jaoks). Need tulemused kinnitavad, et osalejad pöörasid tähelepanu juhtnööridele ja kasutasid neid uudsete ja tuttavate piltide diskrimineerimise käitumusliku eelise saamiseks. Õige vastuse määr ei erinenud kategooriate ega rühmade lõikes (oodatavate uudsete piltide keskmine: 95.1% ± 3.7%, ootamatute uudsete piltide puhul: 94.1 ± 3.6%, oodatavate tuttavate piltide puhul: 93.8% ± 3.9% ja ootamatute tuttavate piltide puhul : 93.4% ± 3.5%).
Seejärel analüüsiti mälu katse tulemusi, mis viidi läbi 1i päeval pärast uuringufaasi käitumisjärgses jälgimises. Kahesuunaline ANOVA koos tegurite mäluga (korrigeeritud mälu / teadmised) ja uudsuse ennetamine (oodatav / ootamatu) näitasid koostoime efekti (F[1,11] = 5.66, p <0.05). Post hoc seotud t-test näitas oluliselt suuremat erinevust oodatud (8.9 ± 5%) korrigeeritud mäletamise / teadmise määrade vahel kui ootamatuid (0.9 ± 4%) uudseid pilte (p <0.05; reaktsioonimäärade kohta vt Tabel 2). Täiendav post hoc sidumine t-katsed kinnitasid, et ei korrigeeritud mäletamissagedus ega korrigeeritud teadmiste määr ega oodatav vs ootamatu üksi ei erinenud oluliselt. Arvamuste vastuste osakaal kategooriates ei erinenud (11.1 ± 2.3% oodatud ja 12.3 ± 2.4% ootamatute piltide puhul).
Analüüsime ka mälestamise ja tundmise panust sõltumatuse eeldusel laialdaselt aktsepteeritud mudeli alusel (Yonelinas jt, 1996) vastavalt sellele, et mälestus kujutab endast hipokampuse sõltuvat lävendiprotsessi, samas kui tuttavus kujutab endast signaali tuvastamise protsessi, mida saab toetada tervete hipokampuste puudumisel. Meenutamist hinnati, tuletades meeldetuletusest maha mäletamise valehäirete määra. Tundlikkust hinnati, arvutades kõigepealt tuttavuse vastused (FR, vt võrrandit allpool) ja seejärel saadakse vastav d-prime väärtus.
Selleks, et oleks võimalik võrrelda mälestusprognoose (RE), mis on protsentides vastuse osakaalud, ja tuttavushinnangud (FE), mis on d'väärtused muudeti mõlemaks mõõduks z- statistiliste analüüside tulemused. Kahesuunaline ANOVA koos tegurite mäluga (mälestusprognoos / tuttavushinnang) ja uudsuse prognoosimine (oodatav / ootamatu) kinnitas ANOVA-ga saadud reaktsioonivastuse mõju vastuste määradele (F[1,11] = 5.78, p <0.05).
fMRI tulemused
Uute piltide ootamisele viivad vihjed, mis on erinevalt tuttavate piltide ootamisest, viivad oluliselt kõrgemale aktiivsusele dopamiinergilise süsteemi moodustavate aju piirkondades (vasakpoolne striatum, parem keskjoon, tõenäoliselt SN; Joonised fig. 2A, B; Tabel 3) alad, mis olid varem seotud tasu ennetamisega (Knutson jt, 2001a, b; O'Doherty jt, 2002; ülevaateks vaata Knutson ja Cooper, 2005). Tulemuse kontrasti puhul aktiveerisid ootamatud ja oodatavad uudsed tulemused ka õige SN / VTA (Joonised fig. 4A, B; Tabel 4). See aktiveerimismuster sarnaneb dopamiinergilise keskmise aju aktiveerimismustriga, kus on tasulised paradigmad, kus dopamiinergilised neuronid teatavad ennustuse veast tasu eest (Schultz et al., 1997). Vastupidiselt sellele, et vastus tuttavusteguritele ja ootamatutele või oodatutele tuttavatele piltidele ei näidanud seda mustrit. Seega näitavad need tulemused paralleele SN / VTA uudsuse ja tasu töötlemise vahel.
Hippokampuses seostati nii uudsuse ennustamist kui ka uudseid tulemusi parema kahepoolse tegevusega võrreldes tuttavate stiimulite prognoosimise ja tulemustega (Joonised fig. 2C, D ja 3; Tabel 3). Õige hüpokampus oli ka ootamatute uudsete piltide puhul aktiivsem kui oodatud uudsete piltide puhul (Joonised fig. 4C, D; Tabel 4). Lisaks näitas vasakpoolne hipokampus (Talairachi koordinaadid: - 36, - 14, - 14) kõigi ootamatute piltide esitamisel suuremat aktiivsust kontrastis kõigi eeldatavate piltidega, mis on kooskõlas kontekstuaalse uudsuse hipokampuse töötlemisega (Ranganath ja Rainer, 2003; Bunzeck ja Duzel, 2006).
Märguandefaasis oli parema SN / VTA aktiveerimise ja parema hipokampuse aktiivsuse vahel märkimisväärne positiivne seos, mida testiti, kasutades signaali keskmise protsentuaalset muutust vastusena uudsuse märguannetele osalejate uudsuse vs tuttavuse ootuse tippvokselites ( Pearsoni oma r = 0.48, p <0.05 ühe sabaga; Joon. 5). Seega näitavad meie andmed funktsionaalset koostoimet ning funktsionaalseid dissotsiatsioone SN / VTA ja hippokampuse vahel uudsuse töötlemisel.
Arutelu
Käitumuslikult seostati vihje kehtivust olulise mõjuga subjektide reaktsiooniaegadele uudsete ja tuttavate stiimulite diskrimineerimise ajal, näidates, et subjektid töötlesid uudseid või tuttavaid sündmusi ennustavaid vihjeid. fMRI analüüs näitas, et uudsete piltide ennustamiseks mõeldud vihjed põhjustasid SN / VTA aktiveerimise oluliselt kõrgemale kui tuttavate stiimulite ennustamise vihjed (Joonised fig. 2A, B; Tabel 3). See SN / VTA aktiveerimismuster vastuseks uudsusele meenutab müra, mis on leitud tasu paradigmades, kus vastus on näha kõige varem tasu ennustajale (Knutson et al., 2001a; Wittmann jt, 2005). Teine hüvede töötlemise omadus SN / VTA-s, nimelt ootamatu hüvede suurenenud aktiivsus võrreldes oodatavate hüvedega (Schultz, 1998), samuti paralleelselt SN / VTA vastustega uudsusele. SN / VTA aktiveerimine oli tugevam vastuseks ootamatule esitlusele võrreldes uute esemete eeldatava esitamisega (Joonised fig. 4A, B; Tabel 4). Pange tähele, et on ebatõenäoline, et ennetav SN / VTA aktivatsioon peegeldaks järgnevate uudsete stiimulite poolt indutseeritud hemodünaamilise signaali saastumist, kuna SN-i / VTA-aktivatsiooni ei esinenud prognoositud uudsete stiimulite või tuttavustõenditega, mis näitavad närbumisprotokolli tõhusust.
Meie tulemused näitavad, et uudsuse ja tasu sarnasus ületab nende ühist mõju SN / VTA-hipokampuse ahelatele ja tõstab võimalust, et uudsus ise on sarnane tasuga. See on kooskõlas mitmete loomauuringute tähelepanekutega, sealhulgas andmetega, mis näitavad amfetamiini enesetäiendamise vähenemist uudsete objektide uurimisel.Klebaur jt, 2001), eelistuste arendamine keskkondadele, mis sisaldavad uusi stiimuleid (\ tBevins ja Bardo, 1999) ja konditsioneerimine uudsusele (Reed jt, 1996). Kuid see seos uudsuse ja tasu vahel ei mõjuta järeldusi, mis tulenevad traditsioonilistest tugevdamise protokollidest, mis töötavad tõhusalt tuttavate stiimulitega. See räägib asjaolust, et paljudel juhtudel on agendil selgelt soodne moodustada tasuühendusi väga tuttavate esemetega. Sellegipoolest toetavad meie andmed ideed, et uudsete stiimulite sisemised tasuvusomadused võivad põhineda uudsetel kontekstidel ja objektidel tavaliselt täheldatavatel uurimuslikel käitumistel.Ennaceur ja Delacour, 1988; Stansfield ja Kirstein, 2006). SN / VTA neuronaalse kodeerimise teine omadus tasu tulemuseks on adaptiivne kodeerimine (Tobler jt, 2005), mida iseloomustab sama oodatud tasu väärtuse erinev tase, olenevalt igas kontekstis saadaolevatest alternatiivsetest hüvedest. Keskmise väärtusega hüved toovad kaasa suurema dopamiinergilise reaktsiooni, kui see on esitatud väikese väärtusega hüvedega võrreldes kui suure väärtusega hüvedega. See SN / VTA tasu töötlemise omadus ei ole inimeste uudsuse jaoks veel kordunud. Tõepoolest on tõendeid selle kohta, et erinevalt tasust ei pruugi uudsus inimese SN / VTA-s olla adaptiivselt kodeeritud (Bunzeck ja Duzel, 2006), mis viitab funktsionaalsetele erinevustele uudsuse ja tasu vahel, mis täiendavalt uurivad.
Hüpokampuses uudsuse töötlemisel tekkiv stiimuliga seotud tegevusmuster erines SN / VTA-s täheldatud musterist. Erinevalt SN / VTA-st näitas hippokampus ennustatavate uute stiimulite endi jaoks suuremat aktiivsust (Joon. 3). Veelgi enam, hipokampust aktiveeris ka kontekstuaalne uudsus (Lisman ja Grace, 2005) sõltumata stiimulite uudsusest, mis ilmneb vastuses tuttavate piltide ettearvamatule esitlusele. See kinnitab varasemaid andmeid (Bunzeck ja Duzel, 2006), sealhulgas leiud, mis näitavad selle struktuuri tundlikkust õpitud järjestuste mittevastavuse suhtes (Kumaran ja Maguire, 2006). Hippokampuse aktiveerimine uute stiimulite abil iseenesest sobib hästi niinimetatud VTA-hipokampuse ahela mudeliga, mille kohaselt hüpokampuse uudsuse signaalid SN / VTA-le tulenevad stimuleerimisinformatsiooni intrahippokampusest võrdlusest salvestatud ühendustega (Lisman ja Grace, 2005). Hippokampuse aktiveerimine vastuseks uudsuse ennustavatele vihjetele (Joonised fig. 2C, D; Tabel 3) seevastu ei saa seda mudelit seletada. Soovitame, et dopamiinergilise prognoosimise signaal indutseerib hipokampuse aktivatsiooni CA1i dopamiinergilise sisendi kaudu (Jay, 2003) tõlgendus, mis sobib selles uuringus leitud SN / VTA ja hipokampuse vahelise olulise korrelatsiooniga.
Varasemad tulemused näitavad, et mitmed aju piirkonnad väljaspool mesolimbilist süsteemi näitavad erinevusi ennetusreaktsioonides tasu paradigmades. Hiljutine näide on selliste reaktsioonide demonstreerimine esmase visuaalse ajukoore V1 (Shuler ja Bear, 2006). Need vastused on oletatavasti dopaminergilise modulatsiooni poolt juhitud. Sarnast mehhanismi võiks kohaldada ka uudsuse töötlemiseks. Sõltumata sellest, kas dopamiinergiline keskjoon juhib hipokampust või vastupidi, võib hipokampuse ja SN / VTA koaktivatsioon olla seotud suurenenud dopamiinergilise sisendiga hipokampuses ootamise ajal. See omakorda võib kutsuda esile olukorra, mis parandab tulevaste uudsete stiimulite õppimist, mis on arvutuslikult teostatav mudel.Blumenfeld jt, 2006).
Lisaks uudsuse ennetamise SN / VTA-hipokampuse töötlemisele oli ka teisi ajupiirkondi, mis näitavad aktiivsust vastusena uudsuse vihjetele, eelkõige piirkondadele, mis olid eelnevalt seotud uudsuse töötlemisega (Daffner jt, 2000; Tabel 3) ja parahippokampuse koore piirkonnad (Duzel et al., 2003; Ranganath ja Rainer, 2003). Kuna meie hüpoteesid olid suunatud SN / VTA ja hipokampuse töötlemisele, jääb nende tulemuste põhjalikum uurimine väljapoole käesoleva uuringu ulatust. Esialgse uudsuse võrgustiku edasine uurimine ja selle koostoime SN / VTA ja hipokampusega suurendaks oluliselt uudsuse töötlemise arusaamist.
Arvestades ideed, et hipokampuse eelaktiveerimine hõlbustab õppimist, näitavad meie käitumuslikud andmed, et oodatavad uudsed pildid põhjustasid suurema mälu / teadmise vastuse erinevuse kui ootamatud uudsed pildid, kui mälu testiti 1i päeva hiljem. Meeldetuletus nõuab uuringu episoodist konteksti konteksti meeldetuletamist ja peegeldab seetõttu episoodilist mälu erinevalt tundmispõhisest, mitte-episoodilisest tunnustamismälu aspektist.Tulving, 1985; Duzel jt, 2001; Yonelinas jt, 2002). Varasemates uuringutes on hippokampus olnud seotud eduka episoodilise mälu moodustumisega (nt Brewer jt, 1998; Wittmann jt, 2005; Daselaar jt, 2006) ja hipokampuse kahjustused on peamiselt kahjustanud äratundmise meeldejäävat komponenti (Duzel jt, 2001; Aggleton ja Brown, 2006). Hiljuti teatasime, et tasu ennustavate stiimulite mälu seostati ka kõrgema mälu / teadmise suhtega võrreldes stiimulitega, mis ennustasid tasu puudumist (Wittmann jt, 2005) ja seda mälu paranemist seostati SN / VTA ja hipokampuse suurenenud aktiveerimisega vastusena tasu ennustavatele stiimulitele kodeerimise ajal. Meie praegused tulemused laiendavad neid leide SN / VTA-indutseeritud hipokampuse plastilisuse suurenemisele, mille on kinnitanud uusim ennustaja. Huvitav on see, et peanaha salvestiste hiljutised elektrofüsioloogilised andmed näitavad seost ajutegevuse vahel vahetult enne uue stiimuli ilmnemist ja selle stiimuli episoodilist mälu (Otten jt, 2006). Meie andmed viitavad sellele, et uudsuse ennetamine võib olla üks mehhanism, mille kaudu prestimulus võib mõjutada stiimulite kodeerimist. Meie leiud laiendavad ka hiljutisi fMRI andmeid, kus leitakse, et oodatav tasu ja emotsionaalse stiimuli eeldamine parandavad mälu (Adcock jt, 2006; Mackiewicz jt, 2006).
SN / VTA premeerimise ja uudsuse töötlemise funktsionaalne ja anatoomiline kattuvus võiksid olla abiks uurimusliku käitumise tugevdamisel, võimaldades loomadel leida uusi toiduallikaid ja kodeerida nende asukohta, parandades seeläbi ellujäämist. Edaspidiste uurimistööde huvitav viis on uudsuse ootuse ja uudsust taotleva isiksuseomaduse vahelise seose kindlaksmääramine. Inimestel on suurenenud uudsuse otsimine seotud hasartmängude ja sõltuvusega (Spinella, 2003; Hiroi ja Agatsuma, 2005) suurendades kompromissi võimalust mälu uudsuse ennetamise kasulike mõjude ja sõltuvusega seotud kahjulike mõjude vahel. Uuenduse ootuse, mälu kujunemise ja uudsuse otsimise seose parem mõistmine võib samuti aidata uurida dopaminergiliste düsfunktsioonide, näiteks Parkinsoni tõve ja skisofreenia, spetsiifilisi mälupuudujääke.
Tasu töötlemise üherakuliste loomade uuringutes on vaatlus, et SN / VTA reageerib nii preemia ennustamisele kui ka ootamatule tasule, inspireerinud tasude töötlemise „ajaliste erinevuste” (TD) mudeleid (Schultz, 1998, 2002). Tuleb märkida, et meie uuringus leidsid uudsuse ennetamise ja ootamatu uudsuse fMRI aktiveerimised SN / VTA piires pisut erinevates osades. See suurendab võimalust, et ka premeerimise prognoosimise ja ootamatu premeerimisreaktsiooni vahel võivad loomadel esineda regionaalsed ravivastused ning uudsuse ootuse ja ootamatu uudsuse ühe neuroni uuringud võivad samuti näidata, et vastavad neuronaalsed vastused asuvad SN erinevates osades / VTA. Ettevaatuseks on asjaolu, et me ei saa välistada võimalust, et meie uuringus reageeris sama neuronipopulatsioon, mis vastas uudsuse ennustamisele, ka ootamatu uudsusega.
Kokkuvõtlikult näitavad meie fMRI andmed, et hipokampuse moodustumine ja SN / VTA täidavad osaliselt erinevaid funktsioone uudsuse ennustamisel ja töötlemisel. SN / VTA töötleb etteaimatavust ja hipokampuses uudsuse eeldatavat ja tegelikku olemasolu antud kontekstis. Koos käitumisandmetega viitavad meie leiud sellele, et SN / VTA ja hipokampuse koaktiveerimine varaseimaks uudsuse ennustajaks prestimuluse faasis viib parema mälu kujunemiseni eelseisva uudse stiimuli jaoks. Need leiud tõendavad tasu ja töötlemise uudsuse töötlemise tihedat seost ning laiendavad dopaminergilise ja hipokampuse koostoime hiljutisi mudeleid. Nad rõhutavad prestimuluse perioodi olulisust episoodilise kodeerimise jaoks. Uudsuse mõju kodeerimisele võib seega sõltuda eeldatava seisundi esilekutsumisest mediaalses ajalises mälusüsteemis, mida vahendavad dopamiinergiliste keskmiste ajupiirkondade modulatiivsed mõjud. Kuid fMRI andmed ei anna otseseid tõendeid spetsiifiliste neurotransmitterite süsteemide kaasamise kohta. Vaatamata sellele on fMRI väärtuslik vahend SN / VTA sündmustega seotud aktiivsuse uurimiseks inimestel. Molekulaargeneetiliste lähenemisviiside integreerimine neuropiltidesse (Schott et al., 2006) ja farmakoloogiline fMRI võib aidata täpsemalt selgitada neuromodulatoorsete saatjasüsteemide rolli inimese uudsuse töötlemisel ning SN / VTA vastuste ja dopaminergilise neurotransmissiooni vahelist seost.
Tunnustused
Seda tööd toetasid toetused Deutsche Forschungsgemeinschaft (KFO [mälu kognitiivne juhtimine, TP3]). Täname Michael Scholzit abi eest fMRI kujundamisel, Kolja Schiltzit abi eest fMRI analüüsi tegemisel ning Kerstin Möhringit, Ilona Wiedenhöfti ja Claus Tempelmanni abi eest fMRI skannimisel.
viited
;