Kontextusos interakció az újdonság és a jutalom feldolgozás között a mesolimbikus rendszerben (2012)

  • Hum Brain Mapp. 2012 június; 33 (6): 1309 – 1324.
  • Megjelent online 2011 Apr 21. doi:  10.1002 / hbm.21288

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

Ez a cikk már idézett egyéb cikkek a PMC-ben.

Ugrás:

Absztrakt

A mediális időbeli lebeny (MTL) függő hosszú távú memóriát az új események számára egy olyan áramkör modulálja, amely szintén válaszol a jutalomra, és magában foglalja a ventrális striatumot, a dopaminerg közepet és a mediális orbitofrontális kéregeket (mOFC). Ez a közös neurális hálózat tükrözheti az újdonság és a jutalom közötti funkcionális kapcsolatot, amely szerint az újdonság motiválja a kutatást a jutalmak keresése során; egy újdonság „felfedezési bónusz” -nak nevezett linket is használtunk. A jelenetkódolási paradigmában az fMRI-t használtuk az újdonság és a jutalom közötti kölcsönhatás vizsgálatára, a neurális jelekre összpontosítva, amelyek egy felfedező bónuszhoz hasonlítanak. Amint az várható volt, a jutalmakhoz kapcsolódó hosszú távú memória a jelenetek számára (24 óra után) erősen korrelál az MTL, a ventrális striatum és a materia nigra / ventral tegmental terület (SN / VTA) aktivitásával. Továbbá a hippocampus az újdonság legfőbb hatását mutatta, a striatum a jutalom fő hatását mutatta, és az mOFC újdonságot és jutalmat jelzett.. A kutatási bónuszhoz hasonló újdonság és jutalom közötti kölcsönhatás a hippocampusban található. Ezek az adatok arra engednek következtetni, hogy az MTL újdonsági jeleit a jutalom-előrejelző tulajdonságaik alapján értelmezik az mOFC-ben, amely a striatum jutalmi válaszokat torzítja. A striatum az SN / VTA-val együtt szabályozza az MTL-függő hosszú távú memóriaképződést és a kontextusos feltárási bónusz jeleket a hippocampusban.

Kulcsszavak: újdonság, jutalom, mesolimbikus rendszer, memória, hippocampus, materia nigra / ventral tegmental terület, ventrális striatum, mOFC, feltárási bónusz

BEVEZETÉS

Az újdonság egy motivációs szempontból kiemelkedő tanulási jel, amely vonzza a figyelmet, elősegíti a memória kódolását és módosítja a célirányos viselkedést [Knight,1996; Lisman és Grace, 2005; Mesulam, 1998; Sokolov, 1963]. Az emberi és nem emberi főemlős tanulmányok legújabb bizonyítékai felvetik annak a lehetőségét, hogy az újdonság motivációs aspektusai részben a jutalmú közös tulajdonságaihoz kapcsolódnak [Bunzeck és Duzel, 2006; Kakade és Dayan, 2002; Mesulam, 1998]. Ez a javaslat a megfigyelésekből következik, hogy az állatkísérletekben a midrain nigra / ventrális tegmentális területe (SN / VTA) aktiválódik olyan ingerekkel, amelyek a jutalmakat és az újszerű ingereket [Ljungberg et al. 1992]; a felülvizsgálathoz lásd [Lisman és Grace, 2005]. Hasonlóképpen, az emberi SN / VTA aktiválódik mind jutalommal [Knutson és Cooper, 2005és újdonság [Bunzeck és Duzel, 2006; Bunzeck et al. 2007; Wittmann és mtsai. 2005], valamint az előfordulásukat előrejelző jelzések [Knutson és Cooper, 2005; O'Doherty és mtsai. 2002; Wittmann és mtsai. 2005, 2007]. Az SN / VTA-ban előállított dopamin neurotranszmitter mélyen szabályozza a viselkedés motivációs aspektusait [Berridge, 2007; Niv et al. 2007].

Továbbá, közeledő bizonyíték van arra, hogy a hippocampus, a mediális temporális lebeny (MTL) szerkezet, amely az új események hosszú távú epizodikus emlékeinek kialakulásához elengedhetetlen, szintén szerepet játszik a jutalom tanulás különböző formáiban [Devenport et al.1981; Holscher et al. 2003; Ploghaus et al. 2000; Purves et al. 1995; Rolls és Xiang, 2005; Solomon és mtsai. 1986; Tabuchi et al. 2000; Weiner, 2003; Wirth et al. 2009]. Például a rágcsáló hippocampus fokozott aktivitást mutat a csalitott, de nem szétválasztott labirintusoknál [Holscher et al. 2003]; a nem humán főemlősökben részt vesz a tanulási hely jutalmi szövetségekben [Rolls és Xiang, 2005]; a hippokampális aktivitás előrejelzési hiba-tanulási szabályokat követ az emberekben az averzív ingerekre [Ploghaus et al. 2000]; és a jutalom növeli a hippocampus és a nucleus accumbens neuronok közötti szinkronizációt [Tabuchi et al. 2000].

A jutalom és az újdonság hatásainak közösségét elméletileg össze lehet egyeztetni azzal a javaslattal, hogy az újdonság úgy jár, hogy motiválja a környezet feltárását a betakarítási jutalmakra [Kakade és Dayan,2002]. E javaslat szerint az újdonság kulcsfontosságú motivációs tulajdonsága az, hogy megjósolhatja a jutalmakat, míg az ismerős ingerek, ha jutalom nélkül ismétlődnek, fokozatosan elveszítik ezt a potenciált. A feltárási bónusz hipotézis kétfajta előrejelzést tesz lehetővé: az első az új vagy ismerős állapot állapotának előrejelzésére utal, és a második a kontingencia egyéb ingerekre gyakorolt ​​kontextusilag távoli hatásaira vonatkozik. Az első előrejelzés szerint az új ösztönzésnek a jutalom hatékonyabb előrejelzőjének kell lennie, mint egy ismerős ingernek [pl. Wittmann et al. 2008]. Ez azt jelenti, hogy amikor az új ingerek megjósolják a jutalmat, akkor a jutalom-várakozásnak magasabbnak kell lennie, mint amikor az ismerős ingerek megjósolják a jutalmat. A második (közvetettebb) előrejelzés az, hogy a feltáró viselkedés újdonságának motiválóan fokozó hatásának kontextusos hatást kell gyakorolnia az ugyanazon kontextusban jelen lévő más ingerek motivációs jelentőségére. Ezzel a javaslattal kompatibilis, Bunzeck és Duzel [ 2006] kimutatta, hogy olyan környezetben, ahol új ingerek vannak jelen, az ismerős ingerek kevesebb ismétlési elnyomást mutatnak az MTL struktúrákban. Ez arra utal, hogy még a kifejezett jutalom hiányában is olyan kontextusban, ahol új ingerek vannak jelen, erősebb motiváció van arra, hogy ebben az összefüggésben is felfedezzék az ismerős ingereket [Bunzeck és Duzel, 2006]. A mai napig azonban ezek az előrejelzések az újdonság és a jutalom közötti kapcsolatról nem vizsgáltak közvetlenül. Kísérleti szempontból ez megköveteli az újdonság jutalom-előrejelző tulajdonságának manipulálását, hogy az adott kontextusban lévő jutalmak vagy újszerűek vagy ismerősek legyenek. Ebben a kísérleti megközelítésben vizsgáltuk az újdonság és a jutalom funkcionális kölcsönhatását egy fMRI vizsgálatban.

Az újdonság és a jutalom funkcionális kölcsönhatásának megértése mélyreható következményekkel jár ahhoz, hogy megértsük, hogyan szabályozzák az új ingerek hosszú távú plaszticitását. Számos fiziológiai bizonyíték azt mutatja, hogy az SN / VTA-ból származó dopamin nemcsak a viselkedés motivációs aspektusait szabályozza, hanem a hippokampusz plaszticitásának fokozása és stabilizálása szempontjából is fontos [Frey és Morris,1998; Li és mtsai. 2003] és a hippocampus-függő memóriakonszolidáció [O'Carroll és mtsai. 2006]. Az úgynevezett hippocampus-VTA hurokmodell [Lisman és Grace, 2005] a hippocampusban újdonsági jeleket generálnak, és az SN / VTA-ba továbbítják az accumbens és a ventrális pallidum [Lisman és Grace, 2005]. Bár a modell hangsúlyozza az újdonságot, mint a dopamin SN / VTA modulációjának kulcskognitív jelét, ez kifejezetten felveti azt a kérdést, hogy a motivációs tényezők hogyan szabályozzák az újdonság hatását a hippocampus és az SN / VTA aktivitására. A tanulmány célja, hogy megközelítse ezt a kérdést az újdonság és a jutalom és a funkcionális kölcsönhatás közötti közös tulajdonságok szempontjából.

Ha az újdonság olyan jel, amely motiválja a betakarítási jutalmak feltárását [Bunzeck és Duzel,2006; Kakade és Dayan, 2002; Wittmann és mtsai. 2008] a hippocampus-SN / VTA hurok részei csak olyan újdonságra kell mutatniuk a preferenciális választ, hogy az újdonságok a jutalmat előre jelzik, de nem olyan kontextusban, ahol ismerős előrejelzi a jutalmat. Ugyanakkor a felfedezés növelése, amikor újdonságnak számít, növeli a hippocampus válaszokat az ismerős ingerekre, amelyek ugyanabban a kontextusban kerülnek bemutatásra, bár ezek nem jósolják a jutalmat. Ezzel ellentétben, olyan kontextusban, ahol ismerős, de nem újdonság, a jutalmak előrejelzése kevesebb kontextusos motivációt kell felfedeznie, következésképpen a hippokampális aktivitásnak mind az új, mind az ismerős ingerek esetében alacsonynak kell lennie. Ennélfogva az a hipotézis, hogy az újdonságnak van egy sajátos tulajdonsága a felfedező viselkedés motiválására a jutalmak keresésében, az ingerek újdonsága és jutalma állapota közötti kölcsönhatás előrejelzéséhez vezet. Ennek megfelelően a hippocampus erősen reagál mind az új, mind az ismerős ingerekre, amikor újdonságnak számít a jutalom és gyengén új és ismerős ingerek számára, amikor ismerős előrejelzi a jutalmat.

Az alternatív lehetőség az, hogy az információ újdonsága és jutalma státusza független. E lehetőség szerint nem lehet funkcionális kölcsönhatás az újdonság és a jutalom között. Más szavakkal, a hippocampus-SN / VTA hurok részei csak az újdonság vagy a jutalom fő hatását fejeznék ki, de nincs kölcsönhatás mindkettő között.

Összességében az újdonságok és jutalmak közötti kontingencia manipulálása segíthet megérteni azokat a kulcsfontosságú mechanizmusokat, amelyek a mesolimbikus rendszeren belül újdonságokat reagálnak. Ebből a célból olyan paradigmát fejlesztettünk ki, ahol a monetáris jutalom fogadása függ a jelenetek képeinek újdonságától [Bunzeck et al.2009]. Így a helyes jutalmi döntések meghozatala (lásd a módszereket) csak az új és ismerős ingerek helyes megkülönböztetését követően lehetséges. Fontos, hogy egy nappal a kódolás után értékeltük a felismerési memóriát, és így meg tudtuk azonosítani, hogy a hippocampal-SN / VTA hurok alkotóelemei mennyiben korrelálnak az új és ismerős ingerek hosszú távú memóriájának jutalmazásbeli növelésével.

ANYAGOK ÉS METÓDUSOK

Két kísérletet végeztünk. Míg az első kísérlet (1 kísérlet) viselkedési kísérlet volt, a második kísérlet (2 kísérlet) magatartási intézkedéseket és fMRI-t tartalmazott.

Tantárgyak

Az 1. kísérletben 17 felnőtt vett részt (13 nő és négy férfi; korosztály 19–33 év; átlag 23.1, SD = 4.73 év) és 14 felnőtt vett részt a 2. kísérletben (öt férfi és kilenc nő; életkor: 19–34 év átlag = 22.4 év; SD = 3.8 év). Valamennyi alany egészséges volt, jobbkezes és normál vagy a normálishoz igazított élességgel rendelkezett. A résztvevők egyike sem számolt be anamnézisében neurológiai, pszichiátriai vagy orvosi rendellenességekről vagy bármilyen aktuális egészségügyi problémáról. Minden kísérletet minden alany írásos beleegyezésével és a helyi etikai engedély alapján (University College London, Egyesült Királyság) hajtottak végre.

Kísérleti tervezés és feladat

Mindkét kísérletben három (1) csoportot ismertettünk, amelyeket egy (2) egy felismerő memória alapú preferencia-ítélkezési feladat követett. Itt minden egyes képhez új képeket használtunk, aminek eredményeként az 120 új és 120 ismerős képeket használták fel. A kísérleti eljárások mindkét kísérletben azonosak voltak, kivéve, hogy az 1 kísérletet számítógép képernyőjén hajtottuk végre, és az 2 kísérletet MRI szkennerben végeztük. (3) A második napon a bemutatott képek felismerési memóriáit tesztelték az „emlékezet / tudás” eljárással (lásd alább).

(1) Ismertetés: Az alanyokat először 40 képekkel (20 beltéri és 20 kültéri képek) ismertették meg. Itt minden egyes képet kétszer véletlenszerű sorrendben mutattak be az 1.5-eknek az 3 s interstimulus intervallumával (ISI), és az alanyok jelezték a beltéri / kültéri állapotot jobb oldali indexükkel és középső ujjukkal. (2) Felismerési memória teszt: ezt követően az alanyok 9 percfelismerő memórián alapuló preferencia ítéletet (munkamenet) hajtottak végre. Ezt a részt (munkamenetet) két blokkra osztottuk, amelyek mindegyik 20 képet a megismerési fázisból (az úgynevezett „ismerős képek”) és az 20 korábban nem bemutatott képeket (ún. „Új képeknek” nevezték); blokk). Bármely adott blokkban az új képek CS + és ismerős képek voltak CS− vagy fordítva (Fig..1). A résztvevőket arra bízták meg, hogy egy „preferencia” ítéletet készítsenek minden képre egy kétváltozós gombnyomásra, jelezve, hogy az „én inkább” vagy „nem szeretem” az újdonsági állapot és a megerősítő érték függvényében. Fontos, hogy az „előnyben részesített” és „nem preferált” kifejezés a kép jutalom-előrejelző státuszára vonatkozik (a kontextus függőségétől függően), nem pedig a kép esztétikai tulajdonságaira.

ábra 1 

Kísérleti terv.

A kontingenciát véletlenszerűen választottuk ki, és azt a képernyőn feltüntettük, mielőtt mindegyik „Újdonságot részesítenénk előnyben” (ebben az esetben a CS + és ismerős képként szolgáltatott új képek CS−) vagy „A ismeret előnyben részesül” (itt ismerős képek CS + és új képek voltak CS−) -ként. Csak a CS + -ot követő „I prefer” válaszok eredményezték a £ 0.50 győzelmét, míg (helytelen) a CS− után következő „én inkább” válaszok -0.10 veszteséget eredményeztek. Mind a helyes „Én nem részesítem előnyben” a CS− és a (helytelen) válaszokat követően, amelyek a CS + -ot követik, nem nyertek, sem veszteséget. A képeket véletlenszerű sorrendben mutatjuk be az 1-oknak szürke háttéren, majd egy fehér rögzítési keresztet az 2-ekhez (ISI = 3 s). Annak biztosítása érdekében, hogy a neurális jutalmakra adott válaszok a bemutatott képekre korlátozódjanak (azaz inkább a jutalmak előrejelzése, mint az eredmény), a próba alapján nem adtak visszajelzést. Ehelyett az alanyokat minden egyes ülés után tájékoztatták az általános teljesítményéről (az 2 blokkokat minden egyes esetre vonatkozóan). A kísérletet megelőzően az alanyokat arra utasították, hogy a lehető leggyorsabban és legmegfelelőbben válaszoljanak, és hogy az összes bevétel csak 20% -át fizessék.

Minden kép szürkeskála volt, és az 127 átlagos szürke értékének és az 75 standard szórásának megfelelően normalizálódott. A jelenetek egyike sem ábrázolta az embereket vagy emberi részeket, beleértve az arcokat az előtérben.

Tréningek

Minden kísérleti alany a kísérlet előtt két edzést hajtott végre. A tényleges kísérlethez hasonlóan mindkét képzési szakasz egy ismerkedési fázissal kezdődött, amelynek során csak 10 képet mutattak be kétszer véletlenszerű sorrendben (időtartam = 1.5 s; ISI = 3 s), és az alanyok jelezték beltéri / kültéri állapotukat. A fő kísérlethez hasonlóan az ismerkedést memória alapú preferencia-megítélési feladat követte, amely ismerős és újszerű képeket tartalmaz. Képzési célokból az 1. edzésen minden válasz után próbáról-próbára visszajelzést adtak. Az edzésen a jutalom visszajelzés nem volt látható minden inger / válasz után. Minden edzést követően az alany pénzügyi jutalmát (maximum 2 font) jelentették az alanynak. A 1. kísérletben az alanyok egy rövid edzésen is részt vettek, amely 2 ismerős és 10 új képet tartalmaz válaszlehetőség-blokkonként.

Egy nappal később az alanyok véletlenszerű felismerési memória tesztet hajtottak végre az „emlékezés / tudás” eljárást követve [Tulving,1985]. Itt véletlenszerű sorrendben az összes 240 korábban látott képet (60 állapotonként) az 60 új elterelő képeivel együtt egy számítógép képernyőjének közepén mutatták be. Feladat: A téma először egy „régi / új” döntést hozott minden egyes bemutatott képre a megfelelő index vagy középső ujj segítségével. Az „új” döntést követően a témákat arra kérték, hogy jelezzék, hogy biztosak voltak-e benne („biztosan új”) vagy bizonytalanok („találgatás”), ismét a megfelelő indexükkel és középső ujjukkal. A „régi” döntés után az alanyokat arra kérték, hogy jelezzék, ha képesek-e emlékezni valamire a jelenet jelenlétéről („emlékeztető válasz”), csak úgy érezték, hogy ismeri a képet anélkül, hogy visszajelző tapasztalat („ismerős” válasz) vagy pusztán kitalálták, hogy a kép egy régi („találgatás” válasz). Az alanynak 4-je volt, hogy mindkét ítéletet hozza meg, és minden 15-kép után az 75 s szünet volt.

fMRI módszerek

FMRI-t végeztünk egy 3-Tesla Siemens Allegra mágneses rezonancia szkenneren (Siemens, Erlangen, Németország) echo-sík képalkotással (EPI), egy „madárfészek” elv alapján kialakított négyszög-adó-vevő tekercs segítségével. A funkcionális munkamenetben 48 T2 * súlyozott képeket (EPI-szekvencia, az egész fejet lefedő) térfogatban a vér oxigenizációszinttől függő (BOLD) kontrasztot kaptunk (mátrixméret: 64 × 64; 48 ferde axiális szeletek térfogatonként −30 ° az antero-posterior tengelyen, térbeli felbontás: 3 × 3 × 3 mm, TR = 3120 ms, TE = 30 ms, z-shimming elő impulzus gradiens pillanat PP = 0 mT / m * ms; -kódoló polaritás). Az fMRI felvételi protokollt úgy optimalizálták, hogy csökkentsék az érzékenység által indukált BOLD érzékenységi veszteségeket az alacsonyabb frontális régiókban és a temporális lebeny tartományokban [Deichmann et al.2003; Weiskopf és mtsai. 2006]. Minden alanyra vonatkozóan funkcionális adatokat gyűjtöttünk három szkennelési munkamenetben, amelyek munkamenetenként 180 kötetet tartalmaztak. Minden sorozat elején hat további kötetet gyűjtöttünk minden sorozat elején, hogy lehetővé tegyük az egyensúlyi állapotú mágnesezést, és ezt követően elvetettük a további elemzéstől. Az egyes alanyok anatómiai képeit multi-echo 3D FLASH segítségével gyűjtöttük össze a protonok sűrűségének, a T1 és a mágnesezettség transzferjének (MT) feltérképezésére 1 mm-es felbontásban [Helms és mtsai. 2009; Weiskopf és Helms, 2008] és T1 súlyozott inverzió-helyreállítással készített EPI (IR-EPI) szekvenciákat (mátrixméret: 64 × 64; 64 szeletek; térbeli felbontás: 3 × 3 × 3 mm). Ezenkívül egyéni mezőtérképeket rögzítettünk kettős visszhang FLASH szekvenciával (mátrixméret = 64 × 64; 64 szeletek; térbeli felbontás = 3 × 3 × 3 mm; rés = 1 mm; rövid TE = 10 ms; hosszú TE = 12.46 ms TR = 1020 ms) a megszerzett EPI képek torzítási korrekciójához [Weiskopf et al. 2006]. A „FieldMap eszköztár” használatával [Hutton et al. 2002, 2004] a mezőtérképeket a rövid és hosszú TE-ben szerzett képek közötti fáziskülönbség alapján becsültük.

Az fMRI adatokat előfeldolgoztuk és statisztikailag elemeztük SPM5 szoftvercsomag (Wellcome Trust Center for Neuroimaging, University College London, UK) és MATLAB 7 (The MathWorks, Inc., Natick, MA) alkalmazásával. Az összes funkcionális képet az első térfogatra való áthelyezéssel korrigáltuk a mozgási tárgyakhoz; helyszíni térképen alapuló torzulásokkal korrigált [Hutton et al.2002]; a mozgás és a torzítás interakciójával korrigálva az „Unwarp toolbox” használatával [Andersson et al. 2001; Hutton és mtsai. 2004]; a standard T1-súlyozott SPM-sablonhoz [Ashburner és Friston, 1999] (különös figyelmet fordítottunk arra, hogy különösen a középső agyi régiók igazodnak a szabványos sablonhoz); ismételt mintavételezés 2 × 2 × 2 mm-re; és simított egy izotróp 4 mm teljes szélességű fél-maximum Gauss kernelrel. Az ilyen finom méretarányú térbeli felbontás egy viszonylag kis simító kernel kombinációjával az alapja annak, hogy képesek kimutatni a kis aktiválási klasztereket, például a középső agyi és az MTL régiókban, ahol a differenciálaktiválási minták (azaz az újdonság válaszok és az újdonság és jutalom közötti kölcsönhatások) ) a közelben lehetnek [Bunzeck et al. 2010]. Az fMRI idősoradatokat nagy áthaladással szűrjük (cutoff = 128 s) és fehérítjük AR (1) -modell segítségével. Minden tantárgy esetében egy eseményhez kapcsolódó statisztikai modellt számítottunk ki úgy, hogy minden egyes esemény kezdetén (időtartam = 0 s) létrehoztunk egy „bot függvényt”, melyet a kanonikus hemodinamikai válaszfunkcióval és az idő- és diszperziós származékokkal kombináltak [Friston et al. 1998]. A modellezett körülmények között újszerűen jutalmazott, új, nem jutalmazott, ismerős jutalmú, ismeretlen, nem jutalmazott és helytelen válaszok voltak. A maradék mozgáshoz kapcsolódó artifaktumok rögzítéséhez hat covarizátort (a három merev test transzláció és három forgás, ami az átrendeződésből ered) nem érdekelt regresszorként. A regionálisan specifikus állapothatásokat lineáris kontrasztok alkalmazásával teszteltük minden egyes alanyra és minden feltételre (első szintű elemzés). A kapott kontrasztképeket egy második szintű véletlenszerű hatáselemzésbe vittük be. Itt az egyes állapotok hemodinamikai hatásait egy 2 × 2 varianciaanalízissel (ANOVA) értékeltük, a „jutalom” (jutalmazó, nem jutalmazó) és „újdonság” (új, ismerős) tényezőkkel. Ez a modell lehetővé tette számunkra, hogy teszteljék az újdonság főbb hatásait, a jutalom fő hatásait és a kölcsönhatást. Minden kontraszt küszöbértékre került P = 0.001 (korrigálatlan), kivéve a regressziós elemzéseket (P = 0.005, korrigálatlan). Mindkét viszonylag liberális küszöböt a mesolimbikus rendszeren belüli pontos a priori anatómiai hipotéziseink alapján választottuk ki.

A szignifikáns aktivációk anatómiai lokalizációját a standard sztereotaxiás atlaszra való hivatkozással értékeltük, az SPM térképek két csoportminta egyikére történő ráillesztésével. A T1-súlyozott és az MT-súlyozott csoportsablont az összes alany normalizált T1- vagy MT-képének átlagolásából (1 × 1 × 1 mm térbeli felbontás) átlagoltuk. Míg a T1-sablon lehetővé teszi az anatómiai lokalizációt az MT-képek középagyán kívül, az SN / VTA régió világos csíkként megkülönböztethető a környező struktúráktól, míg a szomszédos vörös mag és az agy kocsma sötétnek tűnik [Bunzeck és Duzel2006; Bunzeck et al. 2007; Eckert és mtsai. 2004].

Megjegyezzük, hogy az SN / VTA kifejezést előnyben részesítjük, és a BOLD aktivitást a teljes SN / VTA komplexből több okból is figyelembe vesszük [Duzel et al.2009]. Ellentétben a VTA mint anatómiai entitással, a különböző dopaminerg vetületi útvonalak szétszóródnak és átfedik az SN / VTA komplexben. Közelebbről, a dopamin neuronok, amelyek a limbikus régiókra irányulnak és szabályozzák a jutalom-motivált viselkedést, nem korlátozódnak a VTA-ra, hanem az SN-n (pars compacta) is eloszlanak [Gasbarri et al. 1994, 1997; Ikemoto, 2007; Smith és Kieval 2000]. Funkcionálisan ez párhuzamos azzal a ténnyel, hogy az emberekben és a primátusokban a DA neuron az SN-ben és a VTA-ban mind a jutalomnak, mind az újdonságnak felel meg [lásd például Ljungberg és munkatársai, 1992 vagy Tobler és munkatársai, 2003 a felvételi helyek ábrázolására].

EREDMÉNYEK

Minden elemzés (viselkedési és fMRI) a helyes preferencia-válaszokkal végzett kísérleteken alapul.

kísérlet 1

Mindkét kontextusban nagy pontossággal megkülönböztetjük a feltételeket.I. táblázat) és nem volt statisztikailag szignifikáns különbség a körülmények között. Reakció idő (2A) az elemzés kimutatta, hogy az alanyok leggyorsabban reagáltak az ismerős jutalom-előrejelző ingerekre Ps <0.007), de nem volt különbség a másik három feltétel (regény-jutalom, regény-nem-jutalom, ismerős-nem-jutalmazás) között; Ps> 0.05).

ábra 2 

Viselkedési eredmények. (A) Reakcióidők. Mindkét kísérletben az RT-k szignifikánsan gyorsabbak voltak az ismerős, jutalmazott képeknél, minden más körülményhez képest (minden P <0.01) - amint a csillag jelzi -, de más különbség nem volt ...
I. táblázat 

Viselkedési eredmények

Felismerési memória teljesítmény - második nap. A felismerési memória elemzése mindkét találat alapján történt (emlékezzen a válaszokra, ismerje a kódolást megelőző képeket) és hamis riasztásokat ([FA]: ne feledje, tudja, hogy zavaró tényezők). Első lépésben kiszámítottuk a régi és az új képek (pl. Találati arányok és FA-arányok) emlékezet- és tudásválaszok arányát azáltal, hogy elosztjuk a találatok számát (és az FA-t) az egyes elemek száma alapján. feltétel. Másodszor, az emlékeztető válaszokhoz ([Rcorr], emlékezzen hit-mínusz emlékezzen FA-arányra) és a tudásválaszokra ([Kcorr], tudjuk, hogy a hit-ráta mínusz az FA-arány) korrigált találati arányokat kaptunk. II. Táblázat). Egy tervezett összehasonlításban értékeltük a jutalom hatását az általános felismerési memóriára (korrigált találati arány = Rcorr + Kcorr) új és ismerős képek esetében. Ez kiderült, hogy az új képekhez képest az új, nem jutalmazott képekhez képest jelentősen javított általános memória jutalmazza (P = 0.036), de az átfogó memória ilyen javulása nem volt ismert ismerős képekért.P > 0.5; Ábra 2). Továbbá az új képek felismerő memóriájára jutó jutalom fokozó hatása ugyanolyan erős volt a visszaverődés és a megismerés szempontjából, mint amit a varianciaanalízis (ANOVA; a jutalom és a felismerés memória típusa közötti kölcsönhatás nem mutatott) [F(1,16) = 2.28, P > 0.15)].

II. Táblázat 

Felismerési memória

kísérlet 2

Az 1 kísérlethez hasonlóan, a két feltétel között megkülönböztetett személyek mindkét kontextusban nagy pontossággal és nem voltak jelentős különbségek a feltételek közöttI. táblázat). Mint az 1 kísérletben, a reakcióidő (2A) az elemzés azt mutatta, hogy a válaszok szignifikánsan gyorsabbak voltak az ismerős jutalom-előrejelző ingereknél (minden Ps <0.001), de nem volt különbség a másik három feltétel (regény-jutalom, regény-nem-jutalom, ismerős-nem-jutalmazás) között; Ps> 0.05).

Felismerési memória teljesítmény - második nap. Az 1 kísérletsel ellentétben az új jutalmazott képek felismerési memóriája nem javult szignifikánsan az új, nem kezelt képekhez képest (sem a teljes felismerési memória, sem a Rcorr / Kcorr; P > 0.05, II. Táblázat). Az 1 kísérletsel ellentétben a kísérletben az 2 ismerős jutalmazott képekre vonatkozó emlékeztetője jelentősen javult az ismeretlen, nem jutalmazott képekhez képest.P = 0.001, II. Táblázat), amely a megnövelt általános memória (Rcorr + Kcorr) miatt ismerős jutalommal jutott hozzá az ismeretlen, nem jutalmazott képekhez képest (nem volt szignifikáns különbség az ismerős, elismert és ismeretlen, nem jutalmazott képek korrigált ismeretei között), P > 0.05). Ezenkívül a II. Táblázat és a 2B ábra azt mutatja, hogy az 2 kísérletben a teljes memóriateljesítmény jelentősen alacsonyabb volt az 1 kísérlethez képest, amit az ANOVA vegyes hatások támogattak.

fMRI results − reward alapú felismerési memória teszt. Először az fMRI adatokat 2 × 2 ANOVA-val elemeztük „újdonság” (új, ismerős) és „jutalom” (jutalom, nem jutalom) tényezőkkel. Az újdonság legfőbb hatását találtuk a kétoldali mediális orbitofrontális kéregben (mOFC) és a jobb MTL-ben, beleértve a hippocampust és a rhinal cortexet is.Ábra 3; az aktivált agyi struktúrák teljes listáját lásd az S1 támogató információs táblázatban. A jutalom fő hatását a kétoldalú caudate, septum / fornix, ventrális striatum (ncl accumbens), kétoldalú mOFC és medialis prefrontális kéreg (mPFC) között figyelték meg.Ábra 4; Támogató információs táblázat S1). Ez a két fő hatás kizárólag az interakciók hatásával maszkolt (exkluzív maszkolás, P = 0.05, korrigálatlan), hogy csak azokat a régiókat azonosítsuk, amelyek fő hatásokat fejeztek ki kölcsönhatás hiányában.

ábra 3 

fMRI eredmények 2 kísérlet. Az újdonság fő hatását a jobb hippocampus (A), a rhinal cortex (B) és a mediális OFC (C) között figyelték meg. Az aktiválási térképek egy T1-súlyozott csoportsablonon helyezkedtek el (lásd a módszereket), a koordináták MNI-térben vannak megadva ...
ábra 4 

fMRI eredmények 2 kísérlet. A jutalom fő hatását a striatumban figyelték meg, beleértve az ncl-t is. accumbens (A) és caudate ncl. (C), septum / fornix (B), mediális PFC (C) és mediális OFC (D). Az aktiválási térképek egy T1-súlyozott csoportsablonon helyezkedtek el ...

A feltárási bónusz hipotézisre vonatkozó két előrejelzésünk teszteléséhez két további elemzést végeztünk. Először is, az agyi régiókban, amelyekben a jutalom fő hatását mutattuk ki, elemeztük, hogy mely területeken volt erősebb válasz az új jutalomért, mint az ismerős jutalmazott ingerek (azaz együtt). Ez az elemzés nem mutatott szignifikáns eredményt, ami arra utalna, hogy nincsenek olyan agyi régiók, ahol az újdonságok erősebb jutalom-előrejelzési reakcióhoz vezetnek, mint az ismerős. Másodszor, értékeltük az újdonság és a jutalom közötti kölcsönhatást (F-kontraszt). Ezt az interakciót több agyrégióban fejeztük ki, köztük a jobb hippocampust, az alsó frontális gyrusot és a jobb OFC-t (Támogató információ táblázat S1, Ábra 5). Pontosabban, a hippocampus a várt kölcsönhatási mintázatot magasabb válaszokkal mutatta ki az olyan ingerekre, amelyekben az újdonságokat jutalmazzák (T-kontraszt). Ez azt jelenti, hogy a hippokampális aktivitás magasabb volt az új jutalmazott ingereknél és ismeretlen, meg nem erőltetett ingereknél (megjegyezzük, hogy mindkét inger ugyanabban a kontextusban került bemutatásra), mint az új, nem kezelt és ismerős jutalmú ingereknek (ismét megjegyezzük, hogy mindkét inger a következő összefüggésben). A tervezett post hoc összehasonlítás megerősítette a statisztikailag szignifikáns különbségeket az új jutalom és a nem jutalmazott (nemP <0.025) és ismerős jutalomban részesített és ismeretlen nem díjazott (P <0.01; Ábra 5).

ábra 5 

fMRI eredmények 2 kísérlet. A hippocampus és az OFC között az újdonság és a jutalom közötti kölcsönhatás figyelhető meg. A hippokampuszon belül az ismerős, nem jutalmazott tételekre adott válaszok javultak az ismerősen jutalmazott tételekhez képest, ha kontextusban mutatták be ...

Meg kell jegyezni, hogy az újdonság és a jutalom közötti kölcsönhatás aktivációs mintázata (36, −14, −16; Ábra 5) szomszédos, de nem azonos az újdonság fő hatásának aktiválásával, amely szintén a jobb hippocampusban van (28, −14, −20; Ábra 3). Az ilyen differenciálaktiválási mintázat megfelel a hipotéziseinknek, az állatok sejtfelvételének és az emberi fMRI vizsgálatoknak. Például az állatkísérletek kimutatták, hogy a különböző hippocampális neuronok különböző feladatokra (például újdonságra vagy ismertségre) képesek reagálni ugyanazon feladaton belül [Brown és Xiang,1998]. Ezekkel a megfigyelésekkel összhangban az emberekben kimutattuk, hogy a térben elkülönülő hippokampális aktivációk tükrözhetik az újdonság feldolgozásának differenciális tulajdonságait, az abszolút újdonság jeleket, az adaptívan skálázott újdonság jeleket és az újdonság előrejelzési hibákat (Bunzeck et al. 2010], Támogató információk S4. Johnson és mtsai. (2008) arról számoltak be, hogy az aktiváció térbeli nagyon szoros klaszterei nagyon különböző válaszokat mutattak az újdonságra: az egyik klaszter kategorikus különbséget mutatott az új elemek és a régi elemek között, míg a másik klaszter lineáris válaszcsökkenést mutatott a megnövekedett stimulus ismeretének függvényében. A hamis pozitív eredmény további kizárása érdekében mindkét aktivációs mintázathoz kis térfogat-korrekciót alkalmaztunk a jobb oldali hippocampus használatával, mint térfogat. Az elemzés statisztikailag szignifikáns (P ≤ 0.05; FWE-korrigált).

Végül, a regressziós analízisekkel igyekeztünk összekapcsolni a jutalmakkal kapcsolatos memória javulását a regionális agyi aktivitási mintákkal (az összes elemzést az 2 kísérlet adataival végeztük). Először is, a kontraszt újszerű jutalmazott és új, nem jutalmazott képeket egy második szintű egyszerű regressziós analízisbe vittük be, az egyéni memória javításával jutalmazással regresszorként (Δ korrigált találati arány = korrigált találati arány [Rcorr + Fcorr] az új jutalomért - a nem jutalmazott regény javított találati aránya). Ezt az elemzést a javított általános memória (vagyis az emlékezés és ismertség) kezdeti megfigyelése motiválta az új képek jutalmának (1 kísérlet) és a korábbi hasonló eredmények alapján [Adcock et al.2006; Krebs et al. 2009; Wittmann és mtsai. 2005]. Ez jelentős pozitív korrelációt mutatott a hemodinamikai válaszok (HR) és az SN / VTA felismerési memória javítása között, a jobb oldali MTL (rhinal cortex hippocampus / amygdala) és a jobb ventrális striatum között (Ábra 6, Támogató információs táblázat S1 minden aktivált régióban). A második regressziós elemzésben ugyanaz a kontraszt az ismerős képekkel (ismerős jutalmak vs. ismeretlen nem jutalom) korrelált az egyéni javított emlékeztető arányokkal (viselkedésszerűen, az emlékeztető aránya jelentősen javult az ismerős jutalomért a nem jutalmazott képekhez képest, de nem volt Fcorrban). Mivel az ismerős jutalmú képek RT-ja jelentősen gyorsabb volt, mint az ismeretlen, nem jutalmazott képeknél, mindkét téma közötti különbséget regresszorként is bevitték. Itt csak azokat a régiókat érdekeltük, amelyek szignifikáns pozitív korrelációt mutattak a HR különbségek között (ismerős jutalom és ismeretlen, nem jutalmazott) és a megnövekedett emlékeztető arány (ismerős jutalmazott és ismeretlen, nem jutalmazott) között, de nem azok között, amelyek szintén korrelációt mutattak RT javulás. Ez az elemzés hasonló hatásokat tárt fel az első regressziós analízissel, nevezetesen a HR és a jutalmakkal kapcsolatos visszaemlékezési arány javulása között a ventrális striatumban (balra), a jobb hippocampusra és a bal oldali orrkéregre (Ábra 7S1 támogató információs táblázat), de nincs összefüggés az SN / VTA-n belül. Az SN / VTA voxel [4, −18, −16] statisztikailag érzékenyebb poszt-analízise, ​​amely jelentős összefüggést mutatott az új képekre, nem mutatott összefüggést a hemodinamikai válaszok és a megismert képek közötti jobb emlékeztető arány között (r = −0.07, P = 0.811).

ábra 6 

fMRI eredmények Kísérlet 2 – regressziós elemzés. Jelentős korreláció a felismerő memória javulása között a regény számára jutalmazva a nem jutalmazott képekhez (Δ korrigált találati arány) és a hemodinamikai válaszkülönbségek között a regény között ...
ábra 7 

fMRI eredmények Kísérlet 2 – regressziós elemzés. Jelentős korreláció a visszahívási arány javulása között az ismerősen jutalmazott és az ismeretlen nem jutalmazott képek (Δ visszahívási arány) és a hemodinamikai válaszkülönbségek között ...

VITA

Megállapításunk, hogy az MTL-en belüli voxelcsoportok (köztük a hippocampus és a rhinal cortex) az újdonság fő hatását mutatták, de nem a jutalom fő hatását (3A, B) támogatja azt az elképzelést, hogy a hippocampus és a rhinalis kéreg újdonságot jelezhet a jutalomértéktől függetlenül. Ez a megállapítás összhangban áll az állati és emberi vizsgálatok széles skálájával, ami arra utal, hogy mind a hippocampus, mind a rhinalis kéreg érzékeny az újdonságokra [Brown és Xiang,1998; Dolan és Fletcher 1997; Lovag, 1996; Lisman és Grace, 2005; Strange és mtsai. 1999; Yamaguchi et al. 2004]. A hippocampuson belüli másik régió azonban az újdonság és a jutalom feltételezett kölcsönhatását is megmutatta (Ábra 5) jelentősen megnövekedett hemodinamikai válaszok ismerős ismeretlen képekre, ha olyan kontextusban mutatták be, ahol újdonságot kaptak.

A hippocampus újdonságának és jutalmának ez a kölcsönhatása bizonyítja, hogy a feltárási bónusz keretrendszerének megfelelően második összefüggésbeli előrejelzésünk van (lásd [Sutton és Barto,1981] a feltárási-kiaknázási dilemmán belüli feltárási bónusz hivatalos leírása). Az az elképzelés alapján, hogy az újdonság feltárási bónuszként szolgálhat a jutalomért [Kakade és Dayan, 2002] megjósoltuk, hogy olyan környezetben, ahol újdonságot kapnak, fokozottabb kutatást kell végezni az ismerős ingereken is (még akkor is, ha azok nem kezeltek). Ezzel a lehetőséggel kompatibilisek az ismerős ingerek erősebb hippocampális aktivitást olyan kontextusban, ahol a jutalom rendelkezésre állását újdonságként jelezték egy olyan kontextushoz képest, ahol a jutalom ismerős. Ez a kontextusilag megnövekedett neurális aktiválás a hippocampuson belül a kódolás során azonban nem fordult le közvetlenül hosszú távú memóriába, vagyis az ismerős elemek jobb memóriájába, amikor az új jutalom-előrejelző elemekkel összefüggésben kerül bemutatásra. Ehelyett az elismerési teljesítményt egy tétel jutalom-előrejelzési állapota vezérli mind az új (kísérlet 1), mind az ismerős (kísérleti 2) ingerek esetében (lásd alább). Ez arra utal, hogy egy olyan kísérleti környezetben, amelyben a jutalom-előrejelzés és a kontextusos újdonság mind a tanulást befolyásolhatja, a jutalom-előrejelzés gyakorolhatja a dominancia befolyását.

Egy másik előrejelzés a feltárási bónusz keretrendszerre vonatkozóan nem igazolt. Nem találtunk olyan agyi régiókat, amelyek a jutalom fő hatását mutatják, és ugyanakkor jelentősen erősebb aktivitást jelentettek az új jutalmazott képekért. Első pillantásra úgy tűnik, hogy ez a negatív megállapítás ellentétes a korábbi tanulmányokkal [Krebs et al.2009; Wittmann és mtsai. 2008]. Mindkét esetben azonban a Krebs et al. [ 2009] és a Wittmann et al. [ 2008] tanulmány, az új ingerek javított jutalmi előrejelzését olyan körülmények között találtuk, ahol az ingerek újdonsági állapota implicit volt, és a résztvevők részt vettek a jutalékok jutalmazásában. Valójában Krebs et al. arról számolt be, hogy ez a javulás hiányzott, amikor a résztvevők inkább az ingerek újdonságának helyett vettek részt, nem pedig a jutalmak megítélésében (megjegyezzük azonban, hogy Krebs és munkatársai újdonsági állapota önmagában nem jósolta a jutalmat). Ezért, ellentétben az újdonság és a jutalom kontextusos kölcsönhatásával (Ábra 5), a feltárási bónusz e aspektusa erősen függő feladat, amely csak akkor érhető el, ha az alanyok részt vehetnek a kontingensek jutalmazása nélkül, az újdonság értékelése nélkül. A rágcsáló vizsgálatok alapján arra utaltak, hogy a prefrontális és a hippokampális bemenetek egymással versengenek a magvak felszínének (a ventrális striatum egy részének) ellenőrzésére [Goto és Grace, 2008]. Valószínű, hogy az újdonságra vagy jutalomra vonatkozó feladatokkal kapcsolatos figyelem befolyásolná az ilyen versenyt.

Az 1 kísérlet felismerési memóriája (Ábra 2) jól kompatibilisek a feltárási bónusz keretrendszerrel annak érdekében, hogy az új, de nem ismerős ingerekre vonatkozó, a hosszú távú memória teljesítményének jutalmazási magatartásnövelését mutassák be. Azonban olyan körülmények között kapott viselkedési eredmények, ahol a kódolás az fMRI szkennerben történt (2 kísérlet), abban különböztek meg, hogy az ismerős ingerek memóriája a jutalmat mutatta (az új ingerek esetében ez a javulás nem érte el a jelentőséget). Ennek az ellentmondásnak az egyik oka lehet, hogy az 1 kísérletben a következő napon a kódolási kontextus és a visszakeresési kontextus azonos volt (a tanultak és ugyanabban a szobában tesztelték), míg az 2 kísérlethez különbözőek voltak (az fMRI-ben kódolt témák és vizsgálati helyiségben tesztelték). Ismert, hogy a kódolás és a visszakeresés kontextusában bekövetkező változások mélyen befolyásolhatják a memória teljesítményét [Godden és Baddeley,1975]. Ezzel a lehetőséggel kompatibilis a memóriateljesítmény az 2 kísérletben, mint az 1 kísérletben (Ábra 2). Az ilyen kontextushatások az 1 és 2 kísérletekben megfigyelt viselkedési minták közötti eltérésekhez is vezethetnek.

A ventrális striatum (4A) és mediális prefrontális kéreg (4 C, D) a várható jutalomérték fő hatásait fejezte ki. Feladatunkban a jutalom-előrejelzés kifejezetten újdonság-diszkriminációtól függ, és így nyilvánvaló, hogy a várt jutalomértéket (ventrális striatum, septum / fornix) kifejező régiók hozzáférést biztosítanak a bemutatott kép memóriájához. Az ilyen deklaratív memóriainformációk valószínű eredete az MTL. Tény, hogy a hippocampus és a rhinal cortex az MTL részeként nemcsak az újdonság legfőbb hatását fejezte ki, hanem jól ismert, hogy az efferenteket a ventrális striatumba és a mediális prefrontális kéregbe küldi (jegyezzük meg, hogy a rhonális kéregből való vetítés a NAcc elsősorban az entorhinális kéregből származik [Friedman et al.2002; Selden és mtsai. 1998; Thierry et al. 2000]). A pontos mechanizmusok és számítási folyamatok azonban, amelyek szerepet játszhatnak az újdonság jutalom-válaszokká történő átalakításában, nem tisztázottak. Ez valószínűleg magában foglalja a mediális prefrontális kéreget (beleértve az orbitális részeket is), amely - összhangban a korábbi tanulmányokkal [O'Doherty és mtsai. 2004; Ranganath és Rainer, 2003] - mind az újdonság, mind a jutalomhoz kapcsolódó aktiválás (3C és a 4C, D).

A hippocampusban, az SN / VTA-ban, a ventralis striatumban és a mediális PFC-ben az újdonság és a jutalom válaszok megjelenítésével kapcsolatos eredményeink összefoglalása a következő: Figure8. Ennek a modellnek a támogatása érdekében korrelációt számoltunk ki érdeklődésre számot tartó régiók aktiválása között, a dekonvolált idősoron lévő egyes témák Spearman-korrelációs elemzésével, hogy R és a csoport korrelációs együtthatót nyújtsunk. P-érték.

ábra 8 

A hippocampus, a Nucleus accumbens (NAcc), a mediális prefrontális kéreg (mPFC) és a materia nigra / ventral tegmental (SN / VTA) közötti funkcionális kapcsolat sematikus ábrázolása. Ennek a modellnek a támogatása érdekében korrelációt számítottunk ki ...

Mivel a jutalom az újdonságtól függ, és az egyetlen régió, amely mindkét típusú jelet képviselte, az mPFC volt, ez a régió valószínűleg az újdonság alapú jutalomjelzés forrása lesz (R = 0.09; P <0.001). A hippocampus viszont valószínűleg az mPFC újdonságjelének forrása (R = 0.11; P <0.001). Ez hihető, tekintve, hogy a hippokampuszról az mPFC-re közvetlen vetületek vannak [Ferino és mtsai.1987; Rosene és Van Hoesen, 1977]. Az is valószínű, hogy az mPFC jutalomjelet ezután továbbítják az NAcc-nek (R = 0.09; P <0.001) és az SN / VTA (R = 0.03; P = 0.08). Meg kell jegyezni, hogy az SN / VTA jel csak az újszerűen reagáló mPFC-vel (R = 0.03; P = 0.08), de nem a jutalomérzékeny mPFC (R = 0.007; P > 0.6). Ez azt sugallja, hogy az SN / VTA mOFC-bemenetei erőteljesebben azokból az mPFC-régiókból származhatnak, amelyek az újdonság-feldolgozáshoz kapcsolódnak, nem pedig jutalom-feldolgozáshoz. Megfigyelésünk, hogy az mPFC reagál az újdonságokra és korrelál az SN / VTA jelekkel, szintén kompatibilis a javaslattal [Lisman és Grace, 2005] hogy a PFC egy újdonság jel forrása a dopaminerg áramkörben. Az NAcc szerepe az újdonság jelzésében még mindig nem tisztázott [Duzel et al. 2009]. Ez azt jelenti, hogy bár az NAcc-n belül nem figyeltünk meg újdonsági jeleket, erős összefüggés volt a NAcc és az újdonság-érzékeny mOFC régiók jelei között (R = 0.09; P <0.001), NAcc és újdonságra reagáló hippocampus régiók (R = 0.15; P <0.001), valamint a NAcc és SN / VTA (R = 0.19; P <0.001). Végül meg kell jegyezni, hogy a modellünkben szereplő nyilak a kvantitatívan becsült oksági viszonyok helyett az ismert vetületek alapján jelzik a feltételezett irányultságot.

Az elismerési memória jutalmakkal kapcsolatos javítása korrelált a ventrális striatummal, az SN / VTA és az MTL aktiválással (Ábra 6). A hippocampális tanulás és a plaszticitás egyik fontos aspektusa a DA-nak a késői fázisú LTP (hosszú távú potencírozás) kifejeződésének követelménye, de nem a korai fázisú LTP [Frey és Morris,1998; Frey és mtsai. 1990; Huang és Kandel 1995; hülye 2003; Morris 2006]. Ez alátámasztja azt a nézetet, hogy a DA hosszú távú memóriakonszolidációhoz szükséges, amelyet a rágcsálók legújabb viselkedési adatai is alátámasztanak [O'Carroll és mtsai. 2006]. Adataink kompatibilisek ezzel a nézettel, a korrelációt mutatva a hosszú távú memória javulást a jutalom után a kódolás és a feltételezett dopaminerg régiók és a hippocampus közötti aktiválás után. Különösen az SN / VTA, a ventrális striatum és a hippocampus új díjazott és nem jutalmazott elemei közötti korrelációt és a ventrális striatumban és a hippocampusban lévő ismerős jutalmazott és nem kezelt termékek közötti korrelációt mutatunk. Tekintettel arra, hogy a ventrális striatum a dopaminerg közeg (SN / VTA) elsődleges kimeneti szerkezete [Fields et al. 2007eredményeink arra utalnak, hogy a hippocampal-SN / VTA-n keresztül a hosszú távú memória jutalmú javításának megfigyelése nem korlátozódik az új ingerekre, hanem az ismerős ingerekre is vonatkozik. Valójában valószínű, hogy az ismerős ingerek osztályának ismertsége (a kódolás során) meglehetősen változó volt, és hogy azok az ingerek, amelyek kódolása a legtöbbet részesítették a jutalomból, a legkevésbé ismerős (viszonylag új). Ezért ésszerű feltételezni, hogy az új és ismerős stimulusosztályok korrelációját ugyanazok a mechanizmusok hajtották végre.

Megfigyeltük a jutalom fő hatását a szeptumban / fornixban is.4B) olyan régió, amely valószínűleg a mediális időbeli struktúrákra tervező kolinerg neuronokat rejti. Érdekes, hogy az állatkísérletek azt mutatják, hogy a DA neuronokhoz hasonlóan a kolinerg neuronok (a bazális előtérben) reagálnak az újdonságokra és szokásokra, amikor az ingerek megismerkednek [Wilson és Rolls,1990b]. Azonban olyan feladatokban, amelyekben az ismerős ingerek megjósolják a jutalmat, a bazális elülső idegsejtek aktivitása a jutalom-előrejelzést tükrözi, nem pedig újdonsági állapotot [Wilson és Rolls, 1990a]. Eredményeink (4B) kompatibilisek Wilson és Rolls megfigyelésével (1990a) bár nem tudjuk megmondani, hogy ezek az aktivációk milyen mértékben tartalmaznak kolinerg neuronok válaszát.

Összefoglalva, a legutóbbi megfigyeléseket replikáljuk, hogy a ventrális striatum, az SN / VTA, a hippocampus és a rhinal cortex aktivitása összefüggésben áll a hippocampus-SN / VTA hurokkal kompatibilis jutalmakkal. Fontos, hogy eredményeink új kulcsfontosságú betekintést nyújtanak a hurok összetevőinek funkcionális tulajdonságaiba. Egy olyan feladatban, amelyben egy tétel újdonsági állapota jutalmazza, a hippocampus előnyben részesítette az újdonság állapotát, míg a ventrális striatum aktivitás az újdonsági állapottól függetlenül tükrözi a jutalomértéket. A mediális PFC (beleértve az orbitális részeket is) valószínűleg az a hely volt, ahol újdonság és jutalomjelek kerültek beépítésre, mivel újdonságot és jutalmi hatást fejtett ki, és ismert, hogy kapcsolódik a hippocampushoz és a ventrális striatumhoz. Végül, a feltárási bónusz elméletével [Kakade és Dayan,2002] az új jutalom-előrejelző ingerek kontextusilag erősítő hatást gyakoroltak az ismerős (nem jutalmazó) tételekre, amelyek a hippocampuson belüli fokozott neurális válaszként fejezhetők ki.

Köszönetnyilvánítás

Köszönjük K. Herriotnak az adatgyűjtés támogatását.

További támogató információk megtalálhatók a cikk online verziójában.

REFERENCIÁK

  • Adcock RA, Thangavel A, Whitfield-Gabrieli S, Knutson B, Gabrieli JD. Jutalom-motivált tanulás: A mezolimbikus aktiválás megelőzi a memória kialakulását. Idegsejt. 2006; 50: 507-517. [PubMed]
  • Andersson JL, Hutton C, Ashburner J, Turner R, Friston K. Az EPI idősorok geometriai deformációinak modellezése. Neuroimage. 2001; 13: 903-919. [PubMed]
  • Ashburner J, Friston KJ. A nemlineáris térbeli normalizálás alapfunkciókkal. Hum Brain Mapp. 1999; 7: 254-266. [PubMed]
  • Berridge KC. A vita a dopamin jutalomban betöltött szerepéről: Az ösztönző szemléletmód esete. Pszichofarmakológia (Berl) 2007; 191: 391–431. [PubMed]
  • Brown MW, Xiang JZ. Felismerő memória: a megelőző ítélet neuronális szubsztrátjai. Prog Neurobiol. 1998; 55: 149-189. [PubMed]
  • Bunzeck N, Duzel E. A Stimulus Novelty abszolút kódolása a humán Substantia Nigra / VTA-ban. Idegsejt. 2006; 51: 369-379. [PubMed]
  • Bunzeck N, Schutze H, Stallforth S, Kaufmann J, Duzel S, Heinze HJ, Duzel E. Mesolimbikus újdonság feldolgozása idősebb felnőttekben. Cereb Cortex. 2007; 17: 2940-2948. [PubMed]
  • Bunzeck N, Doeller CF, Fuentemilla L, Dolan RJ, Duzel E. A jutalom motiváció felgyorsítja az idegrendszeri újdonságok megjelenését az emberekben 85 milliszekundumokra. Curr Biol. 2009; 19: 1294-1300. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
  • Bunzeck N, Dayan P, Dolan RJ, Duzel E. Egy közös mechanizmus a jutalom és az újdonság adaptív skálázására. Hum Brain Mapp. 2010; 31: 1380-1394. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
  • Deichmann R, Gottfried JA, Hutton C, Turner R. Optimalizált EPI az orbitofrontális kéreg fMRI vizsgálatára. Neuroimage. 2003, 19 (2 Pt 1): 430 – 441. [PubMed]
  • Devenport LD, Devenport JA, Holloway FA. Jutalom-indukált sztereotípia: moduláció a hippocampus által. Tudomány. 1981; 212: 1288-1289. [PubMed]
  • Dolan RJ, Fletcher PC. A prefrontális és a hippokampális funkció szétválasztása az epizodikus memóriakódolásban. Természet. 1997; 388: 582-585. [PubMed]
  • Duzel E, Bunzeck N, Guitart-Masip M, Wittmann B, Schott BH, Tobler PN. A humán dopaminerg közbenső funkcionális képalkotása. Trendek Neurosci. 2009; 32: 321-328. [PubMed]
  • Eckert T, Sailer M, Kaufmann J, Schrader C, Peschel T, Bodammer N, Heinze HJ, Schoenfeld MA. Az idiopátiás Parkinson-kór, a többszörös rendszer atrófia, a progresszív szupranukleáris bénulás és az egészséges kontrollok differenciálása mágneses transzfer képalkotással. Neuroimage. 2004; 21: 229–235. [PubMed]
  • Ferino F, Thierry AM, Glowinski J. Anatómiai és elektrofiziológiai bizonyítékok Ammon szarvától a medialis prefrontális kéregig tartó közvetlen vetülethez patkányban. Exp Brain Res. 1987; 65: 421–426. [PubMed]
  • Mezők HL, Hjelmstad GO, Margolis EB, Nicola SM. Ventrális Tegmentális Terület Neuronok a tanult étvágyas viselkedésben és a pozitív megerősítésben. Annu Rev Neurosci. 2007; 30: 289-316. [PubMed]
  • Frey U, Morris RG. Szinaptikus címkézés: a hippocampus hosszú távú potencírozásának késői fenntartásához szükséges hatások. Trendek Neurosci. 1998; 21: 181-188. [PubMed]
  • Frey U, Schroeder H, Matthies H. A dopaminerg antagonisták megakadályozzák a posttetanikus LTP hosszú távú fenntartását patkány hippokampális szeletek CA1 régiójában. Brain Res. 1990; 522: 69-75. [PubMed]
  • Friedman DP, Aggleton JP, Saunders RC. A hippocampal, az amygdala és a perirhinalis vetületeinek összehasonlítása a magmaggal: a kombinált anterográd és retrográd nyomonkövetési tanulmány a makákó agyban. J Comp Neurol. 2002; 450: 345-365. [PubMed]
  • Friston KJ, Fletcher P, Josephs O, Holmes A, Rugg MD, Turner R. Eseményfüggő fMRI: differenciál válaszok jellemzése. Neuroimage. 1998; 7: 30-40. [PubMed]
  • Gasbarri A, Packard MG, Campana E, Pacitti C. Antrográd és retrográd nyomon követése a ventrális tegmentális területről a patkány hippokampális képződéséig. Brain Res Bull. 1994; 33: 445-452. [PubMed]
  • Gasbarri A, Sulli A, Packard MG. A dopaminerg mesencephalic vetületei a patkány hippocampus képződésére vonatkoznak. Prog Neuropsychopharmacol Biol Psychiatry. 1997; 21: 1-22. [PubMed]
  • Godden DR, Baddeley AD. Kontextusfüggő memória két természetes környezetben: szárazföldön és víz alatt. British Journal of Psychology. 1975; 66: 325-331.
  • Goto Y, Grace AA. Limbikus és kortikális információfeldolgozás az atommagban. Trendek Neurosci. 2008; 31: 552-558. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
  • Helms G, Draganski B, Frackowiak R, Ashburner J, Weiskopf N. A mély agy szürke anyag struktúrák jobb szegmentálása mágneses átviteli (MT) paramétertérképekkel. Neuroimage. 2009; 47: 194-198. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
  • Holscher C, Jacob W, Mallot HA. A jutalom modulálja a patkány hippocampusában a neuronális aktivitást. Behav Brain Res. 2003; 142: 181-191. [PubMed]
  • Huang YY, Kandel ER. A D1 / D5 receptor agonisták a hippocampus CA1 régiójában fehérjeszintézis-függő késői potenciált indukálnak. Proc Natl Acad Sci US A. 1995, 92: 2446 – 2450. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
  • Hutton C, Bork, Josephs O, Deichmann R, Ashburner J, Turner R. Kép ​​torzítás korrekció az fMRI-ben: kvantitatív értékelés. Neuroimage. 2002; 16: 217-240. [PubMed]
  • Hutton C, Deichmann R, Turner R, Andersson JL. 2004. Kombinált korrekció a geometriai torzításhoz és a fejmozgással való interakcióhoz az fMRI-ben; Az ISMRM 12, Kyoto, Japán eljárásai.
  • Ikemoto S. Dopamin jutalmi áramkör: Két vetítőrendszer a ventrális középső agyból a nukleáris accumbens-szaglócső komplexbe. Brain Res Rev. 2007; 56: 27 – 78. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
  • Jay TM. Dopamin: a szinaptikus plaszticitás és a memóriamechanizmusok potenciális szubsztrátja. Prog Neurobiol. 2003; 69: 375-390. [PubMed]
  • Johnson JD, Muftuler LT, Rugg MD. A többszörös ismétlések a folyamatos felismerés memóriája során a hippokampális aktivitás funkcionálisan és anatómiailag eltérő mintáit tárják fel. Hippocampus. 2008; 18: 975-980. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
  • Kakade S, Dayan P. Dopamine: Általánosítás és bónuszok. Neural Netw. 2002; 15: 549-559. [PubMed]
  • Knight R. Az emberi hippocampális régió hozzájárulása az újdonságok észleléséhez. Természet. 1996; 383: 256-259. [PubMed]
  • Knutson B, Cooper JC. A jutalom előrejelzés funkcionális mágneses rezonancia képalkotása. Curr Opinion Neurol. 2005; 18: 411-417. [PubMed]
  • Krebs RM, Schott BH, Schutze H, Duzel E. Az újdonság feltárási bónusz és figyelem modulációja. Neuropsychologia. 2009; 47: 2272-2281. [PubMed]
  • Li S, Cullen WK, Anwyl R, Rowan MJ. Dopamin-függő LTP indukció elősegítése a hippocampalis CA1-ban térbeli újdonságnak való kitettséggel. Nat Neurosci. 2003; 6: 526-531. [PubMed]
  • Lisman JE, Grace AA. A Hippocampal-VTA hurok: az információ belépésének szabályozása a hosszú távú memóriába. Idegsejt. 2005; 46: 703-713. [PubMed]
  • Ljungberg T, Apicella P, Schultz W. A majom dopamin neuronok válaszai a viselkedési reakciók tanulása során. J Neurophysiol. 1992; 67: 145-163. [PubMed]
  • Mesulam MM. Az érzésektől a megismerésig. Agy. 1998, 121 (Pt 6): 1013 – 1052. [PubMed]
  • Morris RG. A hippokampális funkció neurobiológiai elméletének elemei: A szinaptikus plaszticitás, a szinaptikus címkézés és a sémák szerepe. Eur J Neurosci. 2006; 23: 2829-2846. [PubMed]
  • Niv Y, Daw ND, Joel D, Dayan P. Tonic dopamin: opciós költségek és a válaszreakció vezérlése. Pszichofarmakológia (Berl) 2007: 191: 507 – 520. [PubMed]
  • O'Carroll CM, Martin SJ, Sandin J, Frenguelli B, Morris RG. Az egypróbás hippocampus-függő memória perzisztenciájának dopaminerg modulációja. Ismerje meg Mem. 2006; 13: 760–769. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
  • O'Doherty JP, Deichmann R, Critchley HD, Dolan RJ. Neurális válaszok az elsődleges ízjutalom előrejelzésekor. Idegsejt. 2002; 33: 815-826. [PubMed]
  • O'Doherty J, Dayan P, Schultz J, Deichmann R, Friston K, Dolan RJ. A ventrális és dorzális striatum diszpergálódó szerepe a instrumentális kondicionálásban. Tudomány. 2004; 304: 452-454. [PubMed]
  • Ploghaus A, Tracey I, Clare S, Gati JS, Rawlins JN, Matthews PM. A fájdalom megismerése: A predikciós hiba idegszubsztrátja az averzív eseményekre. Proc Natl Acad Sci US A. 2000, 97: 9281 – 9286. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
  • D, Bonardi C, G. terem. A patkányok látens gátlásának fokozása a hippocampus elektrolitikus sérüléseivel. Behav Neurosci. 1995; 109: 366-370. [PubMed]
  • Ranganath C, Rainer G. Neurális mechanizmusok új események felderítésére és emlékezésére. Nat Rev Neurosci. 2003; 4: 193-202. [PubMed]
  • Rolls ET, Xiang JZ. Jutalom-térbeli megjelenítés és tanulás a főemlős hippokampuszban. J Neurosci. 2005; 25: 6167-6174. [PubMed]
  • Rosene DL, Van Hoesen GW. A hippocampális efferensek az agykéreg és az amygdala széleskörű területeit érik el a rhesus majomban. Tudomány. 1977; 198: 315-317. [PubMed]
  • Selden NR, Gitelman DR, Salamon-Murayama N, Parrish TB, Mesulam MM. A humán agy agyi féltekén belül a kolinerg útvonalak görbéi. Agy. 1998, 121 (Pt 12): 2249 – 2257. [PubMed]
  • Smith Y, Kieval JZ. A dopamin rendszer anatómiája a bazális ganglionokban. Trendek Neurosci. 2000, 23 (10 Suppl): S28 – S33. [PubMed]
  • Sokolov EN. Magasabb idegrendszeri funkciók; az orientáló reflex. Annu Rev Physiol. 1963; 25: 545-580. [PubMed]
  • Salamon PR, Vander Schaaf ER, Thompson RF, Weisz DJ. Hippocampus és a nyúl klasszikusan kondicionált niktáló membrán válaszának nyomkövetése. Behav Neurosci. 1986; 100: 729–744. [PubMed]
  • Furcsa BA, Fletcher PC, Henson RN, Friston KJ, Dolan RJ. Az emberi hippocampus funkcióinak elkülönítése. Proc Natl Acad Sci US A. 1999, 96: 4034 – 4039. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
  • Sutton RS, Barto AG. Az adaptív hálózatok modern elmélete felé: várakozás és előrejelzés. Psychol Rev. 1981; 88: 135 – 170. [PubMed]
  • Tabuchi ET, Mulder AB, Wiener SI. A szabadon mozgó patkányokban a hippocampális és az akumbens neuronok kisülésének szinkronizálásának helyzete és viselkedési modulációja. Hippocampus. 2000; 10: 717-728. [PubMed]
  • Thierry AM, Gioanni Y, Degenetais E, Glowinski J. Hippocampo-prefrontális kéregút: Anatómiai és elektrofiziológiai jellemzők. Hippocampus. 2000; 10: 411-419. [PubMed]
  • Tulving E. Memória és tudat. Kanadai pszichológia. 1985; 26: 1-12.
  • Weiner I. A skizofrénia „kétfejű” látens gátlási modellje: Pozitív és negatív tünetek modellezése és kezelése. Pszichofarmakológia (Berl) 2003, 169 (3 – 4): 257 – 297. [PubMed]
  • Weiskopf N, Helms G. Az emberi agy többparaméteres leképezése 1mm felbontásban kevesebb, mint 20 perc. ISMRM 16, Toronto, Kanada: 2008.
  • Weiskopf N, Hutton C, Josephs O, Deichmann R. Optimális EPI paraméterek a fogékonyság által indukált BOLD érzékenységveszteségek csökkentésére: Teljes agyi elemzés az 3 T és 1.5 T. Neuroimage-nál. 2006; 33: 493-504. [PubMed]
  • Wilson FA, Rolls ET. A tanulás és a memória tükröződik a megerősítéssel kapcsolatos neuronok válaszaiban a főemlős bazális előtérben. J Neurosci. 1990a; 10: 1254-1267. [PubMed]
  • Wilson FA, Rolls ET. Neuronális válaszok, amelyek a vizuális ingerek újdonságához és érdeklődéséhez kapcsolódnak az érdemi innominata-ban, a Broca átlós sávjában és a prímás bazális előtér periventrikuláris régiójában. Exp Brain Res. 1990b; 80: 104-120. [PubMed]
  • Wirth S, Avsar E, Chiu CC, Sharma V, Smith AC, Brown E, Suzuki WA. Kísérleti eredmény és asszociatív tanulási jelek a majom hippocampusban. Idegsejt. 2009; 61: 930-940. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
  • Wittmann BC, Schott BH, Guderian S, Frey JU, Heinze HJ, Duzel E. A dopaminerg közbenső jutalmakkal kapcsolatos FMRI aktiválása fokozott hippocampus-függő hosszú távú memóriaképződéssel jár. Idegsejt. 2005; 45: 459-467. [PubMed]
  • Wittmann BC, Bunzeck N, Dolan RJ, Duzel E. Az újdonságok előrejelzése a jutalomrendszert és a hippocampust veszi igénybe, miközben elősegíti az emlékezetet. Neuroimage. 2007; 38: 194-202. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
  • Wittmann BC, Daw ND, Seymour B, Dolan RJ. A striatális aktivitás az újdonság alapú választás alapját képezi az emberekben. Idegsejt. 2008; 58: 967-973. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
  • Yamaguchi S, Hale LA, D'Esposito M, Knight RT. Gyors prefrontális-hippocampalis szoktatás újszerű eseményekhez. J Neurosci. 2004; 24: 5356–5363. [PubMed]