J Neurosci. 2003 Sep 3;23(22):8092-7.
Zink CF1, Pagnoni G, Martin ME, Dhamala M, Berns GS.
Abstract
Bien qu'une fonction proposée à la fois du striatum et de ses principales entrées de dopamine soit liée au codage des récompenses et des stimuli liés aux récompenses, une autre vue suggère un rôle plus général du striatum dans le traitement des événements saillants, quelle que soit leur valeur de récompense. Ici, nous définissons la saillance comme un événement à la fois inattendu et provoquant un changement de comportement attentionnel (c.-à-d. Éveillant). Dans la présente étude, les réponses striatales humaines à des stimuli saillants non valorisants ont été étudiées. En utilisant l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf), le signal dépendant du niveau d'oxygénation du sang a été mesuré en réponse à des distracteurs visuels vacillants présentés à l'arrière-plan d'une tâche en cours. La saillie du distracteur a été manipulée en modifiant la fréquence d'apparition de distracteur. Les distracteurs présentés rarement étaient considérés comme plus saillants que les distracteurs fréquemment présentés. Nous avons également cherché à déterminer si la pertinence comportementale des distracteurs était un élément nécessaire de la saillance pour susciter des réponses striatales. Dans la première expérience (sujets 19), les distracteurs ont été rendus pertinents du point de vue du comportement en définissant un sous-ensemble d'entre eux comme des cibles nécessitant une pression sur un bouton. Dans la deuxième expérience (sujets 17), les distracteurs n'étaient pas pertinents du point de vue du comportement (c.-à-d. Qu'ils ne nécessitaient aucune réponse). Les résultats de l'IRMf ont révélé une activation accrue du noyau accumbens après une présentation peu fréquente (forte saillance) par rapport à une présentation fréquente (faible saillance) de distracteurs dans les deux expériences. L'activité caudée n'augmentait que lorsque les distracteurs étaient pertinents sur le plan comportemental. Ces résultats démontrent un rôle du striatum dans le codage des événements marquants non récompensés. De plus, une subdivision fonctionnelle du striatum en fonction de la pertinence comportementale des stimuli est suggérée.
Introduction
Le striatum a été impliqué dans diverses fonctions, à la fois motrices et cognitives, mais la nature exacte de ses fonctions reste essentiellement inconnue. Des décennies de recherche sur l'animal suggèrent que le striatum et son apport dopaminergique phasique jouent un rôle important dans le codage des récompenses et des stimuli associés aux récompenses (pour plus d'informations, reportez-vous à la section Schultz, 1998; Schultz et al., 2000). Des études récentes en neuroimagerie chez l'homme corroborent ces affirmations (Delgado et al., 2000; Knutson et al., 2000, 2001,2001b; Berns et al., 2001, Breiter et al., 2001; Pagnoni et al., 2002; Elliott et al., 2003). Selon un autre point de vue, plutôt que de traiter spécifiquement les stimuli liés aux récompenses, l’activité au sein du striatum (y compris ses principaux intrants dopaminergiques) codifie tous les événements saillants, y compris au-delà des récompenses. La saillance désigne ici tout stimuli inattendu ou tout changement environnemental qui suscite ou provoque un changement de comportement de l'attention (Redgrave et al., 1999; Horvitz, 2000). Les preuves de cette opinion proviennent d’études montrant que dorsal (Rolls et al., 1983; Caan et al., 1984; Hikosaka et al., 1989; Ravel et al., 1999; Shimo et Hikosaka, 2001) et ventral (Williams et al., 1993; Setlow et al., 2003) les neurones striataux répondent à de tels stimuli, y compris à des événements provoquant, aversifs, nouveaux et pertinents sur le plan comportemental, en particulier inattendus. De plus, la présentation de stimuli saillants non valorisants dans plusieurs modalités augmente les niveaux de dopamine dans le striatum et augmente le déclenchement de neurones dopaminergiques dans le mésencéphale (pour plus de détails, voir: Horvitz, 2000). Ces résultats lient le striatum au traitement des événements marquants car presque toutes les cellules du striatal sont innervées par des projections dopaminergiques dans le cerveau moyen (Groves et al., 1995). En dehors d'un contexte enrichissant, le traitement striatal des événements marquants est principalement inexploré chez l'homme. Quelques études de neuroimagerie humaine ont révélé une activité striatale accrue en réponse aux deux punitions (Knutson et al., 2000, 2003) et des stimuli aversifs (Becerra et al., 2001) Cependant, toutes les enquêtes sur les punitions chez l'homme n'ont pas révélé une activité striatale accrue (Delgado et al., 2000). Ces résultats contradictoires suggèrent que le contexte comportemental ou l'ampleur du stimulus joue un rôle important dans la modulation de la fonction striatale. À notre connaissance, le rôle du striatum dans le traitement des stimuli saillants neutres n'a pas été spécifiquement étudié chez l'homme.
En utilisant l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf), nous avons cherché à étudier comment l'activité striatale humaine (caudée, putamen et noyau accumbens) était modulée par des événements saillants neutres. Dans les expériences actuelles, des distracteurs visuels scintillants ont été présentés en dehors du centre d'attention des sujets. La saillance du distracteur a été manipulée en modifiant la fréquence d'apparition du distracteur. Les événements moins fréquents sont plus saillants car leur occurrence est intrinsèquement moins prévisible que celle d'événements fréquents. Nous avons effectué deux expériences pour déterminer si les stimuli devaient être pertinents du point de vue du comportement plutôt que de simplement susciter une activation striatale. Dans la première expérience, les distracteurs étaient pertinents sur le plan du comportement en ce sens qu'ils nécessitaient potentiellement une réponse, tandis que dans la deuxième expérience, les distracteurs n'étaient pas pertinents sur le plan du comportement en ne nécessitant jamais de réponse. Nous avons émis l'hypothèse qu'un plus grand signal IRMf serait mesuré dans le striatum aux distracteurs peu fréquents (saillance élevée) par rapport aux distracteurs fréquents (saillance faible) et que l'activité striatale serait modulée par la pertinence comportementale.
Matériels et méthodes
Sujets. Trente-six adultes en bonne santé, droitiers (femmes 19, hommes 17), âgés de 19-44, ont été inclus dans l'étude, 19 dans l'expérience 1 et 17 dans l'expérience 2. Compte tenu de la similitude des deux expériences, deux échantillons distincts de sujets ont été recrutés pour les expériences afin d’éviter les confusions test-retest. Les sujets des deux groupes ont été échantillonnés dans la même population (recrutés dans la communauté de l'Université Emory, démographiquement similaires entre les groupes, sans différence significative d'âge entre les groupes). Les sujets n'avaient pas d'antécédents de troubles neurologiques ou psychiatriques et ont donné leur consentement éclairé à un protocole approuvé par le comité de relecture de l'université Emory.
Tâches expérimentales. Toutes les présentations de stimuli et les enregistrements des temps de réaction ont été réalisés avec le logiciel de présentation (Neurobehavioral Systems, Inc., San Francisco, CA).
L’expérience 1 est illustrée dans Figure 1 A. Dans le scanneur, les sujets visionnent l’une des quatre formes bleues (carré, rectangle, cercle ou triangle) présentées dans un ordre aléatoire au centre d’un écran noir pour 750 msec dans un intervalle XIUMX msec. Les sujets ont été informés qu'ils verraient des formes bleues, une à la fois, au centre d'un écran. On leur a demandé d'appuyer sur le bouton 2000 en utilisant leur index droit chaque fois qu'un triangle (stimuli cible) apparaît. Les autres formes ont été désignées comme non-argiles. Dans un sous-ensemble des non-arêtes, un distracteur saillant sous la forme d'un cercle ou d'un triangle blanc plus petit et clignotant (1 Hz) est apparu à l'arrière-plan (à l'un des quatre coins de l'écran, de manière aléatoire). Les sujets ont été informés qu'une forme blanche vacillante apparaît parfois à l'arrière-plan de la tâche en cours et ont été invités à appuyer sur le bouton 28 en utilisant leur majeur droit uniquement lorsque le distracteur était un triangle (distracteur de réponse). Ils n'étaient pas obligés de réagir aux distracteurs du cercle (distracteurs de non-réponse). Les deux types de distracteur (réponse et non-réponse) étaient pertinents sur le plan comportemental en ce sens qu'ils nécessitaient potentiellement une réponse. En tant que tels, les distracteurs ont provoqué un changement momentané d'attention et de comportement. Une seule session expérimentale consistait en quatre analyses de 2 sec chacune, avec présentations de stimuli 240. À chaque passage, le stimulus cible du triangle central est apparu multiplié par 116.
Schéma de tâches. Chaque stimulus est apparu pour 750 msec (ISI, 2000 msec). Les flèches à une queue indiquent un bouton 1 enfoncé; la flèche à double queue indique une pression sur un bouton 2. A, Extrait de l'expérience 1, distracteurs pertinents pour le comportement, course fréquente. Les distracteurs blancs apparaissent sous la forme de cercles ou de triangles clignotant à l'arrière-plan de la tâche en cours. Les sujets ont été priés d'appuyer sur le bouton 1 lorsqu'un triangle central bleu (représenté en gris) est apparu et sur le bouton 2 lorsque le distracteur blanc à l'arrière-plan était un triangle. B, Extrait de l'expérience 2, distracteurs non pertinents pour le comportement, course fréquente. Les distracteurs blancs apparurent sous forme de cercles clignotant à l'arrière-plan de la tâche en cours. Les sujets ont été invités à appuyer sur le bouton 1 lorsqu’un triangle central bleu (représenté ici en gris) est apparu. Aucune réponse n'a été faite aux distracteurs. Dans les deux expériences, les distracteurs sont apparus au hasard dans le temps et dans l’espace. Tous les modèles détectés dans la figure sont purement fortuits. Les exécutions peu fréquentes des deux expériences (données non présentées) étaient les mêmes, sauf que les distracteurs se produisaient moins souvent.
La saillance des stimuli de distracteur a été manipulée en modifiant leur fréquence d'apparition; plus la fréquence est grande, plus il est probable qu'un essai donné contienne un distracteur. Ainsi, une fréquence plus élevée est associée à une prévisibilité accrue en moyenne et à une moindre visibilité. Lors d'une course, un stimulus de distracteur est apparu fois (fréquemment) 25, avec un stimulus 1-4 (moyen, 2.9) entre des stimuli de distracteur consécutifs. Au cours des trois autres passages, un stimulus de distracteur ne s'est produit que fois 4 (peu fréquent), avec un stimulus 24-32 (moyen, 28.5) entre des stimuli de distracteur consécutifs. En ayant trois passages peu fréquents, il y avait assez de stimuli de distracteur peu fréquents pour effectuer une analyse statistique de la puissance adéquate. Dans toutes les courses, les stimuli du distracteur sont apparus de manière irrégulière et jamais en même temps qu'une cible de triangle central. Les sujets n'avaient pas pour instruction de se fixer et étaient libres de bouger les yeux. L'ordre d'exécution était contrebalancé par les sujets.
L’expérience 2 est illustrée dans Figure 1 B. Un groupe distinct de sujets a effectué la même tâche que celle décrite ci-dessus, à l'exception des différences suivantes: les distracteurs étaient tous des cercles et n'étaient pas pertinents du point de vue du comportement, en ce sens qu'ils n'avaient jamais besoin de réponse. Les sujets ont été informés qu'ils verraient des formes bleues, une à la fois, au centre de l'écran et ils ont été priés d'appuyer sur le bouton 1 en utilisant leur index droit chaque fois qu'un triangle est apparu. Dans l'expérience 2, les distracteurs n'étaient pas mentionnés aux sujets lorsque des instructions étaient données. Encore une fois, la saillance des distracteurs a été manipulée en changeant leur fréquence d'occurrence. Bien qu'ils ne soient pas pertinents du point de vue du comportement, les distracteurs peu fréquents étaient considérés comme saillants en raison de leurs propriétés excitantes innées (c.-à-d. Contraste de couleur saisissant et scintillement).
imagerie IRMf. La numérisation a été effectuée sur un scanner 1.5 Tesla Philips Intera (Eindhoven, Pays-Bas). Pour chaque sujet, une image structurelle pondérée T1 a été acquise à titre de référence anatomique, suivie de quatre séries de balayages fonctionnels du cerveau entier de 120 afin de mesurer l’effet dépendant du niveau d’oxygénation du sang pondéré T2 * (BOLD) (rappel du gradient). imagerie planaire; temps de répétition, 2000 msec; temps d'écho, 40 msec; angle de bascule, 90 °; matrice 64 × 64; champ de vision, 240 mm; 24 mm tranches axiales acquises parallèlement à la ligne anteroposteurorale). Le mouvement de la tête était minimisé avec un rembourrage.
analyse IRMf. Les données ont été analysées par cartographie paramétrique statistique (SPM99) (Friston et al., 1995b). Pour chaque sujet, les 12 premiers balayages de chaque essai ont été exclus de l'analyse pour écarter les artefacts liés à la phase transitoire de la magnétisation. La correction de synchronisation de tranche a été utilisée pour ajuster les différences de temps résultant de l'acquisition d'imagerie multi-coupes. La correction de mouvement du premier scan fonctionnel a été effectuée chez les sujets en utilisant une transformation de corps rigide à six paramètres. L'image anatomique de chaque individu a été co-enregistrée à la moyenne de ses images fonctionnelles à l'aide d'une transformation de corps rigide, puis normalisée spatialement au modèle de l'Institut neurologique de Montréal (INM) conformément au système d'orientation de Talairach (Talairach et Tournoux, 1988) en appliquant une transformation affine de paramètre 12 suivie d'un gauchissement non linéaire à l'aide de fonctions de base (Ashburner et Friston, 1999). Les paramètres de transformation calculés ont été appliqués à toutes les images fonctionnelles, en interpolant une taille de voxel finale de 4 × 4 × 4mm. 3. Les images ont ensuite été lissées spatialement avec un noyau gaussien isotrope 8 mm et filtrées temporairement avec une fonction de lissage de réponse hémodynamique synthétique pour atténuer les composantes haute fréquence du signal résultant du bruit.
Une analyse statistique liée aux événements et aux effets aléatoires a été réalisée avec SPM99 (Friston et al., 1995, 1999) dans une procédure à deux niveaux pour chaque expérience. Pour l'expérience 1, au premier niveau, un modèle linéaire général distinct a été spécifié pour chaque sujet. Les réponses BOLD à quatre types d’événements (non-argument, cibles, distracteurs de réponse et distracteurs de non-réponse) pour chaque analyse ont été modélisées avec une fonction de base consistant en une fonction de réponse hémodynamique synthétique (composée de deux fonctions gamma décalées de 2 décalées d’une seconde) et de son premier ordre. dérivée temporelle. Une image de contraste a été calculée pour chaque sujet correspondant au principal effet de la fréquence des distracteurs: distracteurs peu fréquents supérieurs aux distracteurs fréquents (quel que soit le type). Les images de contraste individuelles ont ensuite été entrées dans une analyse de second niveau en utilisant un échantillon à un échantillon. t tester. La carte statistique récapitulative résultante a été seuil à p <0.05 (non corrigé pour des comparaisons multiples), puis une petite correction de volume (SVC) a été appliquée à six régions sphériques d'intérêt (ROI) de 6 mm de rayon. En raison de l a priori hypothèse concernant le striatum, les ROI étaient centrés aux emplacements suivants (coordonnées de l’INM): noyau droit accumbens, 12, 8, -8; noyau gauche accumbens, -12, 8, -8; caudé à droite, 12, 8, 12; caudate gauche, -12, 8, 12; putamen droit, 24, 4, 4; et putamen gauche, -24, 4, 4 (Fig. 2). Les coordonnées correspondant à chaque retour sur investissement sont basées sur celles spécifiées par la base de données Talairach Daemon (Lancaster et al., 2000), tel qu’implémenté dans le logiciel AFNI (Cox, 1996), qui a également été utilisé pour convertir les coordonnées de Talairach en coordonnées correspondantes de l’INM. La correction de petit volume est une application restreinte de la théorie du champ aléatoire gaussien permettant de prendre en compte de multiples comparaisons lorsque l'inférence statistique est limitée à un a priori région d'intérêt spécifiée (Worsley et al., 1996). Pour chaque sujet, les estimations de paramètres (c.-à-d. La taille de l'effet exprimée en pourcentage de l'intensité moyenne globale des balayages) de chaque type de distracteur (réponse et non-réponse) dans les deux conditions (fréquentes et peu fréquentes) ont été moyennées sur des voxels dans les ROI spécifiés qui a survécu pSVC <0.05 pour le contraste, distracteurs peu fréquents supérieurs aux distracteurs fréquents. Parce que les distracteurs peu fréquents entraînaient une activation plus importante que les distracteurs fréquents, nous avons effectué un post hoc évaluation des contributions individuelles des distracteurs de la réponse et de la non-réponse à la condition peu fréquente. Ceci a été testé avec une comparaison par paire sur les estimations de paramètres pour les distracteurs de non-réponse par rapport à la réponse dans la condition peu fréquente. La même analyse a été réalisée pour l'expérience 1 pour l'expérience 2, à l'exception du fait que, l'expérience 2 ne comportant qu'un seul type de distracteur (non-réponse), trois types d'événements plutôt que quatre ont été modélisés: non-argets, cibles et distracteurs. L'évaluation des contributions individuelles des facteurs de distraction à la réponse et à la non-réponse réalisée dans l'expérience 1 ne s'appliquait pas à cette seconde expérience.
Emplacement des ROI bilatéraux suivants: nucleus accumbens, putamen et caudate. Les ROI sont représentés sur les coupes axiales d’un gabarit structural IRM.
Dans une analyse séparée, les images de contraste individuelles de premier niveau issues des expériences 1 et 2 ont été entrées dans une analyse de second niveau à l'aide d'un échantillon à deux échantillons. t test pour évaluer l'interaction de la pertinence comportementale avec la saillance. Étant donné que les sujets de chaque expérience ont été échantillonnés dans la même population (c.-à-d., Deux groupes différents d'individus de la même population), toute différence entre ces groupes pourrait être attribuée à des différences dans les tâches (c.-à-d. Pertinence comportementale du distracteur). Pour chaque contraste d'interaction, (1) (distracteurs peu fréquents - distracteurs fréquents) × (pertinent - non pertinent) et (2) (distracteurs peu fréquents - distracteurs fréquents) × (non pertinent - pertinent), la carte statistique récapitulative a été limitée à p <0.05, puis un SVC a été appliqué aux mêmes six ROI sphériques de rayon de 6 mm spécifiées dans les analyses à un échantillon ci-dessus.
Résultats
Dans les deux expériences, les sujets ont fait en moyenne moins d'une erreur par cycle. Dans l'expérience 1, les temps de réaction aux distracteurs de réponse étaient significativement plus longs pour les distracteurs peu fréquents (moyenne ± SE = 683 ± 27 msec) que pour les distracteurs fréquemment présentés (moyenne ± SE = 623 ± 24 msec) (p <0.001; jumelé t tester). Les temps de réaction avec les cibles en triangle central dans les essais fréquents (moyenne ± SE = 598 ± 20 msec) et les essais peu fréquents (moyenne ± SE = 579 ± 19 msec) étaient également significativement différents dans l’expérience 1 (p = 0.008; jumelé t tester). Dans l'expérience 2, il n'y avait pas de différence significative dans les temps de réaction aux cibles du triangle central entre les essais fréquents (moyenne ± SE = 468 ± 17 msec) et les essais peu fréquents (moyenne ± SE = 456 ± 14 msec) (p = 0.132; jumelé t tester).
Les résultats de retour sur investissement IRMf pour les contrastes, les distracteurs peu fréquents étant supérieurs aux distracteurs fréquents, dans l’expérience 1 et l’expérience 2 sont résumés dans Tableau 1. Dans l'expérience 1 (distracteurs pertinents du point de vue du comportement), des six ROI striatales étudiées, des activations significatives se sont produites bilatéralement dans le noyau caudé et le noyau accumbens. Les estimations des paramètres des sujets pour chaque type de distracteur dans les ROI bilatérales caudée et du noyau accumbens (les ROI putamen ne contenaient pas de voxels activés de manière significative) ont révélé que dans les quatre groupes, le plus grand signal était mesuré pour les distracteurs de non-réponse peu fréquents par rapport aux autres types de distracteurs, y compris les distracteurs de réponse peu fréquents (Fig. 3). Pour l'expérience 2, seul le RCI du noyau gauche d'accumbens contenait une activation significative.
Activé de manière significative (pSVC ≤ 0.05) ROI striataux dans les expériences 1 et 2 pour le contraste, distracteurs peu fréquents supérieurs aux distracteurs fréquents
Dans l'expérience 1, les estimations des paramètres des sujets uniques représentant les tailles d'effet (pourcentage de l'intensité moyenne globale) ont été moyennées sur les voxels significativement activés dans les ROI pour le contraste, les distracteurs peu fréquents étant supérieurs aux distracteurs fréquents. Les ROI avec des activations significatives étaient les noyaux accumbens bilatéraux et caudés. Les estimations de contraste sont tracées pour les distracteurs peu fréquents par rapport aux distracteurs fréquents, indépendamment de l'exigence de réponse (A). Les distracteurs peu fréquents ont été subdivisés par exigence de réponse, et des estimations de contraste pour les distracteurs peu fréquents en l'absence de réponse par rapport aux distracteurs peu fréquents sont tracées (tracés).B). Les graphiques en barres représentent les moyennes et les SE de toutes les matières. *p <0.05; **p <0.005; ***p <0.001.
Les résultats de l’analyse IRMf comparant la pertinence comportementale entre les deux expériences sont résumés dans Tableau 2. Pour l'interaction (distracteurs peu fréquents - distracteurs fréquents) × (pertinent - non pertinent), une activation significative s'est produite dans le caudé bilatéralement. Aucun autre retour sur investissement n'a été activé. L'interaction (distracteurs peu fréquents - distracteurs fréquents) × (non pertinent - pertinent) n'a entraîné aucun retour sur investissement activé de manière significative.
Les régions d’intérêt striatales activées différentiellement (psvc <0.05) par pertinence comportementale entre les deux expériences pour le contraste, distracteur peu fréquent supérieur aux distracteurs fréquents
a lieu
En utilisant l’IRMf, la présente étude a examiné la façon dont l’activité de la striatalité humaine était modulée par la saillance de stimuli non valorisants. Les stimuli considérés comme saillants doivent être inattendus et excitants (attirer l’attention). Dans la présente étude, les sujets ont effectué une tâche de performance continue visant à focaliser leur attention, mais l'activité cérébrale liée à l'exécution de cette tâche centrale n'était pas intéressante. Les stimuli d’intérêt étaient des stimuli de distraction clignotant à l’arrière-plan de certains des non-argiles de la tâche centrale. La saillance était manipulée selon deux dimensions: la fréquence (plus fréquente, moins saillante) et la pertinence comportementale.
Une caractéristique importante de nos tâches a été la manipulation des attentes des stimuli du distracteur par la fréquence. Dans chaque expérience, la fréquence d'apparition de distracteur était modulée entre les analyses afin de modifier les attentes du distracteur et donc la saillance. Lorsque les événements se produisent plus fréquemment, ils deviennent plus attendus et moins saillants. Les stimuli peu fréquents avec de longs intervalles entre les événements consécutifs sont inattendus et donc plus saillants. Conforme aux définitions acceptées de fréquence réduite (McCarthy et al., 1997; Clark et al., 2000; Kirino et al., 2000), des distracteurs peu fréquents sont survenus dans <10% des essais. Dans chaque expérience, les propriétés du distracteur, y compris l'emplacement, le moment exact et le type de distracteur, ont été pseudo-aléatoires à chaque essai de sorte que la seule manipulation de la saillance provienne de la fréquence relative. Dans l'expérience 1, les temps de réaction pour les distracteurs peu fréquents étaient significativement plus longs que pour les distracteurs fréquents, démontrant un corrélat comportemental de prévisibilité.
En plus de la prévisibilité, la capacité d'attirer de manière préférentielle l'attention contribue grandement à la visibilité du stimulus. Cet aspect de la saillance peut dépendre du contexte comportemental (c.-à-d. Sur la base de la pertinence comportementale du stimulus) ou indépendant du contexte comportemental (c.-à-d., Sur la base des traits intrinsèques du stimulus) (Downar et al., 2002). Dans nos expériences, nous avons manipulé le contexte comportemental. Dans l'expérience 1, les distracteurs étaient pertinents sur le plan comportemental en raison d'une réponse potentielle. Dans l'expérience 2, les distracteurs n'étaient pas pertinents du point de vue du comportement, car ils n'étaient pas importants pour la tâche et les sujets n'avaient pas à y répondre. Les sujets ont toutefois signalé qu'ils avaient «remarqué» les distracteurs. Lorsque les distracteurs de l’expérience 2 étaient présentés peu souvent, ils étaient toujours considérés comme saillants en raison de caractéristiques indépendantes du contexte comportemental, notamment leur contraste de couleur saisissant sur le fond noir (par opposition aux formes bleues moins contrastées dans la tâche en cours) et leur nature scintillante. . Outre les propriétés intrinsèques des stimuli, les distracteurs de l'expérience 1 ont ajouté une dimension supplémentaire à leur saillance en raison de leurs conséquences comportementales potentielles. Il est important de noter que les deux types de distracteurs (réponse et non-réponse) de l'expérience 1 ont demandé aux sujets d'interrompre momentanément la tâche en cours, de détourner des ressources vers le distracteur et éventuellement d'y répondre, bien que le bouton enfoncé ne concerne que les distracteurs de réponse (triangle).
Les résultats de la présente étude révèlent que l'activité dans le noyau accumbens augmente en réponse à des changements inattendus et stimulants de l'environnement visuel (apparition de distracteurs vacillants), alors que le caudé n'est recruté que lorsqu'un tel stimulus est pertinent sur le plan comportemental. Ces modèles d'activité sont cohérents avec les études précédentes sur les animaux. Les neurones caudés répondent aux signaux et aux stimuli visuels, mais les réponses ne sont généralement pas visibles lorsque ces stimuli sont indépendants de la tâche (Rolls et al., 1983). Aosaki et al. (1994) ont signalé que les neurones du caudé ne répondent pas à un signal avant l'entraînement; Cependant, ils répondent au signal après avoir appris que le signal signale la récompense à venir et initie ainsi le léchage. D'autre part, le noyau accumbens répond aux stimuli visuels, même lorsqu'il manque de pertinence à la tâche (Williams et al., 1993). Nous n’avons observé aucune modulation significative de l’activité du putamen, ce qui est cohérent avec les données suggérant que le putamen est le plus directement lié au contrôle moteur (Alexander et Crutcher, 1990) plutôt que saillance en soi.
D'après nos données, nous concluons que le striatum humain (caudé et noyau accumbens) joue un rôle dans le traitement des événements saillants, autres que les récompenses, mais que la réponse n'est pas homogène dans l'ensemble du striatum. Redgrave et al. (1999) ont proposé que l'activité dans le striatum fournisse un signal permettant de passer des ressources de l'attention ou du comportement, ou des deux, à des stimuli inattendus suscitant de telles réponses. Conformément à cette théorie, nos résultats suggèrent que le noyau accumbens répond lorsqu’un commutateur d’attention est déclenché, alors que le caudé répond lorsqu’un commutateur de comportement est déclenché.
Une autre interprétation pourrait être que les sujets ont constaté que répondre aux distracteurs de l'expérience 1 était plus gratifiant que de ne pas répondre aux distracteurs de l'expérience 2. Dans cette perspective, l'activation striatale différentielle (caudée) serait causée par une différence d'état de récompense interne. Cependant, cette interprétation est peu probable étant donné que les distracteurs peu fréquents de non-réponse, plutôt que les distracteurs de réponse, ont provoqué la plus grande activité striatale dorsale et ventrale. Si l'hypothèse de la récompense interne était vraie, alors ne pas répondre devrait être plus gratifiant que de répondre, un scénario qui semble invraisemblable. Le signal le plus important après les distracteurs de non-réponse peu fréquents fournit également la preuve que l'activité striatale dans l'expérience 1 n'était pas attribuable à l'exécution motrice (bien que son implication dans l'inhibition motrice ne puisse pas être exclue).
L'interprétation des résultats actuels repose sur le fait que la saillance est manipulée en modifiant la fréquence du distracteur. Cependant, il convient de noter dans l'expérience 1 que l'effet de la fréquence pourrait être interprété différemment. Les sujets devaient commuter entre deux canaux de stimulation / réponse fréquemment et rarement. L'effet de la fréquence peut donc refléter des différences dans le taux de modification de la sélection de la réponse plutôt que dans la saillance. À notre connaissance, le striatum n'a pas été impliqué dans le taux de codage de la modification des sélections de réponse, bien que de futures études manipulant la saillance d'un stimulus autrement que par la modification de sa fréquence d'occurrence puissent résoudre ce problème.
Les réponses cérébrales à des stimuli saillants peu fréquents ont été évaluées d'autres manières, telles que les paradigmes bizarres, mais aucune activité striatale n'a été rapportée dans ces études (McCarthy et al., 1997; Clark et al., 2000; Kirino et al., 2000; Casey et al., 2001). Si le striatum code des événements inattendus qui provoquent un changement d'attention ou de comportement, comme le suggèrent nos résultats, les paradigmes bizarres pourraient ne pas être efficaces pour évoquer des activations striatales. Dans les paradigmes Oddball susmentionnés, chaque stimulus apparaissait au centre de l’attention, de sorte qu’aucun commutateur n’était déclenché. En présentant les stimuli au centre de l’attention, les sujets s’attendaient à ce qu’un stimulus apparaisse dans un endroit prévisible et généralement à un moment prévisible. Bien qu'ils soient peu fréquents par rapport aux autres stimuli de la tâche, les stimuli d'intérêt n'étaient pas inattendus, comme ils le seraient s'ils étaient présentés à l'extérieur de la tâche. Dans la présente étude, nous avons évité ces difficultés en présentant les distracteurs en dehors du centre de l’attention, nous permettant ainsi de moduler à la fois les attentes en matière de stimulus et la pertinence comportementale.
Il convient de noter que le signal mesuré en IRMf est une mesure indirecte des modifications du débit sanguin cérébral, qui tend à être plus corrélée à l’activité présynaptique que le pic post-synaptique (Logothetis et al., 2001). Le signal BOLD ne peut pas être associé directement à l'activité de types de cellules spécifiques et ne constitue pas une mesure de la libération d'un neurotransmetteur spécifique. Nous sommes incapables de lier les présents résultats à des neurones spécifiques du striatum [par exemple, des interneurones actifs toniquement (TAN) ou des neurones à projection épineuse moyenne] ou des modifications directes de la transmission de la dopamine. Cependant, étant donné que le signal BOLD est davantage en corrélation avec l'activité présynaptique, les activations observées dans le striatum ne représentent probablement pas les taux de pointe des neurones à projection striatale. Les TAN représentent ∼2% de toutes les cellules striatales (Pisani et al., 2001) il est donc peu probable que les TAN soient l'unique responsable des changements signalés dans l'activité striatale. Les entrées dopaminergiques, qui réagissent aux événements marquants (Horvitz, 2000), peuvent interagir avec les entrées corticales glutamatergiques convergentes dans le striatum en amplifiant les entrées corticales fortes (liées au saillant) et en atténuant les entrées corticales faibles (liées au nonalient) (Nicola et al., 2000; Horvitz, 2002). Cette interaction pourrait être responsable des changements de signal observés dans le striatum dans nos expériences. Dans la présente étude, bien que les entrées de dopamine innervent l'ensemble du striatum, une activation striatale différentielle entre les expériences aurait pu se produire du fait du recrutement de différentes entrées corticales codant pour la pertinence comportementale. L'analyse actuelle a été limitée au striatum; Cependant, il serait intéressant, dans les études futures, de déterminer quelles zones corticales sont également recrutées dans des conditions de travail similaires.
En conclusion, les résultats de la présente étude étendent le rôle du striatum du traitement de la récompense au traitement de la saillance. En particulier, nos données suggèrent que le noyau accumbens joue un rôle dans le codage d'événements excitants, alors que l'activité caudée est plus étroitement liée à la pertinence comportementale des stimuli. Cette notion n'est pas incompatible avec la théorie de la récompense du striatum. Les récompenses inattendues et les stimuli liés aux récompenses sont déterminants car ils sont pertinents sur le plan comportemental, en particulier pour un animal privé de nourriture (comme c'est souvent le cas dans les études sur le traitement des récompenses), et les comportements en cours doivent être interrompus pour approcher et consommer des récompenses. La présente étude prouve que l'activité dans le striatum humain code davantage que les récompenses ou même les stimuli susceptibles de générer des récompenses. Au lieu de cela, le système striatal peut avoir évolué de manière plus générale pour permettre le traitement de tout stimulus important.
Notes
- Reçu en mai 5, 2003.
- Révision reçue en juillet 10, 2003.
- Accepté Juillet 16, 2003.
Ce travail a été financé par les subventions RO1 EB002635 et K08 DA00367 du National Institutes of Health à GSB.
La correspondance doit être adressée au Dr Gregory S. Berns, Département de psychiatrie et de sciences du comportement, 1639, promenade Pierce, bâtiment de recherche Woodruff Memorial Suite 4000, Atlanta, Géorgie, 30322. Email: [email protected].
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