Heil rannsókn: Aðvonandi umbunarkerfi nýliða nýliðar og hippocampus en stuðla að endurminningu
- Neuroimage. 2007 Okt. 15; 38 (1-9): 194 – 202.
- doi: 10.1016 / j.neuroimage.2007.06.038
PMCID: PMC2706325
Bianca C. Wittmann, Nico Bunzeck,b Raymond J. Dolan,a og Emrah Düzelb,c,⁎
Þessi grein hefur verið vitnað af Aðrar greinar í PMC.
Abstract
Dópamínvirka miðhjálpin, sem samanstendur af substantia nigra og ventral tegmental area (SN / VTA), gegnir meginhlutverki í vinnslu verðlauna. Þetta svæði er einnig virkjað með skyndilegu áreiti, sem vekur möguleika á að nýjung og umbun hafi sameiginlega virkni eiginleika. Eins og er er óljóst hvort virkir þættir í vinnslu umbunar í SN / VTA, nefnilega virkjun með óvæntum umbun og vísbendingum sem spá um umbun, einkennir einnig nýjavinnslu. Til að taka á þessari spurningu gerðum við fMRI tilraun þar sem einstaklingar skoðuðu táknrænar vísbendingar sem spáðu annað hvort skáldsögu eða kunnuglegum myndum af senum með 75% gildi. Við sýnum að SN / VTA var virkjað með vísbendingum sem spá fyrir um skáldsöguímyndir og einnig af óvæntum skáldsöguímyndum sem fylgdu kunnáttuspá, sem er „óvænt nýmæli“. Hippocampus, svæði sem snýr að því að greina og umrita skyndileg áreiti, sýndi fyrirbyggjandi nýjungarsvörun en var frábrugðin svörunarupplýsingu SN / VTA þegar hann svaraði niðurstöðunni við væntanlegar og „óvæntar“ nýjungar. Í hegðunarviðbyggingu tilraunarinnar jókst minningu miðað við kunnugleika þegar borin voru saman seinkuð viðurkenningarminni vegna væntra skyndilegra áreita með óvæntum skyndilegum áreitum. Þessi gögn sýna algengleika í viðbrögðum SN / VTA við að sjá fyrir umbun og sjá fyrir nýjum áreiti. Við leggjum til að þessi forspárgögn kóði hvatningarleiðandi nýsköpunarmerki sem, ásamt fyrirbyggjandi virkjun hippocampus, leiði til aukinnar kóðunar nýrra atburða. Í almennari skilmálum benda gögnin til þess að dópamínvirk vinnsla á nýjung gæti verið mikilvæg til að knýja fram rannsóknir á nýju umhverfi.
Hvernig gengur lífið dag frá degi? Er það í jafnvægi og allt eins og það á að vera? Er jafnvægi hvort sem litið er á veraldlega stöðu eða andlega? Lífið er eins og það er. Það er ekki alltaf sólskyn. Það koma reglulega lægðir með rok og rigningu. Við vitum að í heildar samhenginu er lægð hluti af vistkerfi að leita að jafnvægi. Stundum erum við stödd í miðju lægðarinnar. Þar er logn og gott veður, sama hvað gengur á þar sem stormurinn er mestur. Sama lögmál gildir varðandi þitt eigið líf. Ef þú ert í þinn miðju, þínum sannleik þá heldur þú alltaf jafnvægi átakalaust. Sama hvað gustar mikið frá þér þegar þú lætur til þín taka. Huldufólk hefur gefið okkur hugleiðslu sem hjálpar okkur að finna þessa miðju, finna kjarna okkar og sannleikann sem í honum býr. Þegar þú veist hver þú ert og hvers vegna þú ert hér, mun líf þitt vera í flæðandi jafnvægi. Hugleiðslan virkjar þekkinguna sem er í vitund jarðar og færir hana með lífsorkunni inn í líkama okkar. Þar skoðar hún hugsana og hegðunar munstrið og athugar hvort það myndar átakalausu flæðandi jafnvægi. Hinn möguleikinn er falskt jafnvægi sem hafa þarf fyrir að viðhalda með tilheyrandi striti, áhyggjum og ótta. Síðan leiðbeinir þessi þekking okkur að því jafnvægi sem er okkur eðlilegt. Við blómstrum átakalaust, líkt og planta sem vex átakalaut frá fræi í fullþroska plöntu sem ber ávöxt.
Stakar taugafræðilegar upptökur í dýrum og nýlegar rannsóknir á virkni segulómun (fMRI) hjá mönnum veita samleitnar vísbendingar um að SN / VTA miðheilasvæðið sé ekki aðeins virkt með umbunSchultz, 1998) en einnig með nýjum áreitni jafnvel ef ekki er styrking (Schultz o.fl., 1997; Schott o.fl., 2004; Bunzeck og Duzel, 2006). SN / VTA virkjun með nýjung vekur möguleika á því að nýjung gæti haft eðlislæga gefandi eiginleika. Ef svo er, ættu einkenni verðlaunavinnslu, svo sem tímabundin breyting svara við skilyrðingu, einnig að gilda fyrir nýjungavinnslu. Í tilhlökkunaráætlun fyrir umbun eru dópamínvirkir taugafrumur umbunarspá þegar viðbrögðin milli forspárörvunar og síðari umfjöllunar umbun hafa verið lært. Nánar tiltekið svara þessar taugafrumur fyrsta áreiðanlega spá um umbun en ekki lengur við móttöku umbunar (Ljungberg o.fl., 1992; Schultz o.fl., 1992, 1997; Schultz, 1998). Hvort nýjunarvinnsla í SN / VTA sýnir einnig þessa umbótatengda eiginleika er óljóst.
Hippocampus skiptir sköpum við myndun langdrægra minninga fyrir nýjar uppákomur (Vargha-Khadem o.fl., 1997; Duzel o.fl., 2001) og talið veita megininntakið fyrir nýjungarmerki í SN / VTA (Lisman og Grace, 2005). Dópamín sem sleppt er af SN / VTA taugafrumum er aftur á móti mikilvægt fyrir stöðugleika og viðhald langvarandi styrkingar (LTP) og langtíma þunglyndis (LTD) á hippocampal svæðinu CA1 (Frey o.fl., 1990, 1991; Huang og Kandel, 1995; Sajikumar og Frey, 2004; Lemon og Manahan-Vaughan, 2006; til skoðunar sjá Jay, 2003). fMRI gögn hafa sýnt að sameiginleg virkjun SN / VTA og hippocampal er tengd árangursríkri langtímamyndun (Schott et al., 2006) og umbunartengd framför við nýjungar áreynslukóðunar (Wittmann o.fl., 2005; Adcock o.fl., 2006). Í ljósi slíkra samleitna vísbendinga leggja nýleg líkön af hippocampus háðri myndun minni áherslu á virkni tengsl milli nýjagreiningar í hippocampus og auka hippocampal plasticity með nýmyndun af völdum dópamínvirkrar mótunar sem stafar af SN / VTA (Lisman og Grace, 2005). Þess vegna er spurningin hvort SN / VTA er virkjuð með því að sjá fyrir nýjung, umfram hugmyndafræðilegan skilning á tengslum nýjungar og umbunar við að faðma fyrirkomulag hippocampal plasticity. Ennfremur hefur nýlega verið gefið í skyn að skilning á tengslum nýjungar og umbótavinnslu í SN / VTA gæti leitt í ljós tengsl milli hvata, nýnæmisleitandi atferlis og könnunar (Bunzeck og Duzel, 2006; Knutson og Cooper, 2005).
Við könnuðum svör við fyrirspurnum við nýjum og kunnuglegum áreitum í fMRI hugmyndafræði sem byggð var á aðferðum til að sjá fyrir umbun (Fig. 1). Litaðir reitir þjónuðu sem vísbendingum sem spáðu fyrir um síðari kynningu á skáldsögu eða áður þekktum myndum af senum. Þátttakendum var leiðbeint um að sinna hverri vísu og gefa síðan til kynna eins fljótt og örugglega og mögulegt var hvort myndin sem eftir var kunnugleg eða ný. Þar sem fMRI tilraunin krafðist mikils fjölda rannsókna gerðum við einnig hreina hegðunarútgáfu þar sem prufutölur voru ákjósanlegri til að meta hvernig frammistaða þáttaraminnisins var haft áhrif á aðdraganda nýjungar með því að nota minnis / vita hugmyndafræði (Tulving, 1985).
Tilraunaverkefni
Einstaklingar
Fimmtán heilbrigðir fullorðnir (meðalaldur [± SD] 24.5 ± 4.0 ár, allir rétthentir, 7 karlar) tóku þátt í tilrauninni. Allir þátttakendur gáfu skriflegt upplýst samþykki fyrir þátttöku og rannsóknin var í samræmi við leiðbeiningar siðanefndar Háskólans í Magdeburg, læknadeild.
Tilrauna hugmyndafræði
Við notuðum 245 landslagsmyndir í gráskala með eðlilegan birtu. Þátttakendur fengu skriflegar leiðbeiningar þar á meðal útprentanir af fimm myndum sem höfðu verið valdar til þekkingar. Áður en farið var í skannann var hver þessara mynda kynnt átta sinnum á tölvuskjá í slembiröðun (lengd: 1500 ms, ISI: 1200 ms) meðan þátttakendum var bent á að fylgjast gaumgæfilega með. Í skannanum var bæði líffræðilegum og virkum myndum safnað. Þátttakendur tóku þátt í 12 lotum af 5.7 mín., Sem hver innihéldu 40 rannsóknir af 4.5–12 sekúndna lengd. Í hverri rannsókn sáu þátttakendur gult eða blátt ferning (1500 ms) sem gaf til kynna með 75% nákvæmni hvort eftirfarandi mynd væri kunnugleg eða skáldsaga (sjá Fig. 1A fyrir verkefni og leiðbeiningar). Eftir breytilega seinkun (0–4.5 sekúndur) var sýnd mynd úr spáð flokki í 75% tilrauna og mynd úr óútreiknuðum flokki, skáldsaga í kjölfar kunnugleika og kunnugleg í kjölfar nýbreytni, var sýnd í 25 % tilrauna (1500 ms). Báðir flokkarnir voru sýndir jafn oft. Þátttakendur gáfu til kynna með hraðri þrýstingi á hnappinn (hægri eða vinstri vísi eða langfingur) hvort myndin væri úr kunnugum flokki eða ekki. Föstunarfasa með breytilegum lengd fylgdi (1.5–4.5 s). Bendilitirnir sem tengjast hverjum myndaflokki voru mótvægir milli þátttakenda, sem og svörandi höndin og úthlutun fingranna í flokkana.
fMRI aðferðir
Við fengum 226 bergmálsmyndir (EPI) á hverja lotu á 3 T skanni (Siemens Magnetom Trio, Erlangen, Þýskalandi) með TR 1.5 s og TE 30 met. Myndirnar samanstóðu af 24 sneiðum meðfram lengdarás miðheila (64 × 64 fylki; sjónsvið: 19.2 cm; stærð voxels: 3 × 3 × 3 mm) safnað í fléttaða röð. Þetta hlutarúmmál náði yfir hippocampus, amygdala, heilastofn (þ.m.t. diencephalon, mesencephalon, pons og medulla oblongata) og hluta af heilaberki. Skannahávaði minnkaði með eyrnatappa og höfuðhreyfingar einstaklinga voru lágmarkaðar með froðuhlífum. Örvunarröð og tímasetning voru bjartsýni til skilvirkni varðandi áreiðanlegan aðskilnað á blóð- og útkomutengdum svörum (Hinrichs o.fl., 2000). EPI röð fyrir andhverfu (IREPI) var fengin fyrir hvern einstakling til að bæta stöðlunina. Skönnunarstærðir voru þær sömu og fyrir EPI röðina en með heila umfjöllun.
Forvinnsla og gagnagreining var framkvæmd með Statistical Parametric Mapping hugbúnaði sem var útfærður í Matlab (SPM2; Wellcome Trust Center for Neuroimaging, Institute of Neurology, London, UK). EPI myndir voru leiðréttar fyrir sneið tímasetningu og hreyfingu og síðan staðlaðar eðlilegar í Neurological Institute sniðmátinu í Montreal með því að vinda líffærafræðilega IREPI viðfangsefnisins á SPM sniðmátið og beita þessum breytum á hagnýtar myndir og umbreyta þeim í 2 × 2 × 2 mm stærðar raddir. Þeir voru síðan sléttaðir með 4 mm Gauss-kjarna.
Til tölfræðilegrar greiningar voru gögnin kvarðuð voxel-by-voxel yfir alþjóðlegt meðaltal þeirra og hápassi síað. Rannsóknartengd virkni fyrir hvern einstakling var metin með því að flokka vektor af upphaf rannsóknar með kanónískt blóðskilunarviðbragð og tímabundnar afleiðingar þessFriston et al., 1998). Almennt línulegt líkan (GLM) var tilgreint fyrir hvern þátttakanda til að reikna út áhrif áhugamála með því að nota tvö upphaf í hverri rannsókn, eitt fyrir upphaf vísbendinga og eitt fyrir upphaf útkomu (samsafnanir voru: nýmæli, vísvitandi vísbending, vænt / óvænt útkoma, búist / óvænt kunnugleg niðurstaða) og sex samsöngvarar sem hafa engan áhuga á að handtaka gripi sem tengjast hreyfingu. Eftirfarandi andstæður voru greindar: skáldsaga vs kunnugleg vísbending, skáldsaga samanborið við kunnuglegan árangur, óvæntar eða væntanlegar niðurstöður, óvæntar samanborið við væntanlegar niðurstöður skáldsögu og óvæntar samanborið við kunnuglegan árangur. Eftir að hafa búið til tölfræðilegar parametrísk kort fyrir hvern þátttakanda með því að beita línulegum andstæðum við færibreytumatið var gerð annars stigs slembivirkjagreining til að meta áhrif hópsins. Í ljósi fortilkomu tilgátu okkar um að virkja umbunin og hippocampal kerfin voru áhrifin prófuð með tilliti til mikilvægis í einni sýninu t-próf við þröskuld p <0.005, óleiðrétt og lágmarksþyrping klasa k = 5 raddefni, nema annað sé tekið fram. Kúlulaga leiðrétting á litlu rúmmáli var síðan gerð með miðju á toppröddunum og notaði þvermál sem samsvarar stærð mannvirkjanna [7.5 mm til að virkja í fremri flóðhestinum (sjá Lupien et al., 2007) og 4.5 mm til að virkja í substantia nigra (sjá Geng o.fl., 2006)]. Betagildi hámarksvoks í substantia nigra og hippocampus voru dregin út og leiðrétt með gildi HRF fyrir almennt virkjunarstig í rannsókninni til að skila hlutfalli breytinga á merki. Öll atferlismeðaltöl eru gefin upp sem meðalgildi ± staðalskekkja meðaltals (SEM).
Til að staðsetja virkni miðheilans voru virkjunarkort sett ofan á meðal mynd af 33 staðbundnum staðlaðri segulmögnun (MT) myndum sem fengnar voru áður (Bunzeck og Duzel, 2006). Á MT myndum er auðvelt að greina substantia nigra frá nærliggjandi mannvirkjum (Eckert o.fl., 2004). Til að aðstoða við að staðsetja virkjanir voru hámarksexta hvers andstæða flutt yfir í Talairach rýmið (Talairach og Tournoux, 1988) að nota Matlab aðgerðina mni2tal.m (Matthew Brett, 1999) og passað við líffærafræðileg svæði með því að nota hugbúnaðinn Talairach Daemon Client (Lancaster o.fl., 2000; Útgáfa 1.1, Research Imaging Center, University of Texas Health Science Center í San Antonio). Öll stereótaxísk hnit eru því gefin í Talairach rými.
Aðskilið minnismat
Í sérstakri eftirfylgnarrannsókn á hegðun sem hvatt var til af fMRI niðurstöðum, luku 12 þátttakendur (2 karl) sömu þekkingu og nýjungar tilhlökkunaraðferðir og voru framkvæmdar fyrir fMRI tilraunina. Hegðunartilraunin var aðskilin frá fMRI tilrauninni vegna þess að lengd og fjöldi áreitis í fMRI var bjartsýni til að bæta gæði merkja en of víðtæk til að árangur minnis haldist yfir líkurnar. Þess vegna, til að auðvelda minningu í atferlis tilrauninni, var fjöldi rannsókna sem innihéldu væntanlegar skáldsagnamyndir fækkað í 120, fjölda óvæntra skáldsaga mynda í 40. Einn dag eftir rannsóknartímabilið kláruðu þátttakendur minnispróf sem innihélt allar 160 skáldsögur myndir frá rannsóknarstiginu (nú „gamlar“ myndir) og 80 nýjar truflunarmyndir sem þátttakendur höfðu ekki séð áður (Fig. 1B). Í þessum hluta rannsóknarinnar tóku þátttakendur tvær ákvarðanir í röð fyrir hverja mynd, sem báðar voru dregnar fram með texta sem var kynntur fyrir neðan myndina. Fyrsta ákvörðunin var að taka „gamlan / nýjan“ dóm, seinni ákvörðunin var „muna / vita / giska“ (eftir „gömlu“ viðbrögð) eða „viss / giska“ (eftir „nýtt“ svar) dómur. Tímasetningin var sjálfstætt, með tímamörkum fyrir ákvarðanir um 3 sekúndur og 2.5 sekúndur og síðan 1 sekúndna áfanga áður en næsta mynd var kynnt.
Niðurstöður
Hegðunarvandamál
Í rannsóknarfasa sýndi 2 × 2 × 2 ANOVA um viðbragðstíma þátttakenda í réttum rannsóknum með þátta myndaflokkinn (skáldsaga / kunnuglegur), væntingar (væntanlegur / óvæntur) og hópur (skannaður hópur / minni hópur) sýndu helstu áhrif myndaflokkur og eftirvænting og samspil milli hóps og myndflokksáhrifa (sjá Tafla 1 fyrir viðbragðstíma; flokkaráhrif: F[1,25] = 31.57, p <0.001; væntingaráhrif: F[1,25] = 8.47, p <0.01; samskipti áhrif: F[1,25] = 5.49, p <0.05). Post hoc parað t-prófanir staðfestu að viðbragðstímar bæði fyrir búist við kunnuglegar myndir og væntanlegar skáldsögu myndir voru verulega styttri en fyrir samsvarandi óvæntar myndir (p <0.01 og p <0.05, í sömu röð). Viðbragðstími bæði væntanlegra og óvæntra kunnuglegra mynda var marktækt styttri en fyrir samsvarandi skáldsagnamyndir (p <0.001 og p = 0.001, í sömu röð). Samskiptaáhrifin leiddu ekki af marktækum flokkunaráhrifum í einum þátttakendahópi, eins og t-Rannsóknir sem bera saman viðbragðstíma við skáldsögur og kunnar myndir voru mikilvægar fyrir báða hópa (p <0.05 fyrir skannaða hópinn og p <0.001 fyrir minnihópinn). Þessar niðurstöður staðfesta að þátttakendur veittu vísbendingum gaum og notuðu þær til að öðlast hegðunarforskot fyrir mismunun skáldsagna og kunnuglegra mynda. Rétt svarhlutfall var ekki mismunandi milli flokka eða milli hópa (meðaltal fyrir væntanlegar nýjar myndir: 95.1% ± 3.7%, fyrir óvæntar nýjar myndir: 94.1 ± 3.6%, fyrir væntanlegar þekktar myndir: 93.8% ± 3.9% og fyrir óvæntar kunnuglegar myndir : 93.4% ± 3.5%).
Við greindum síðan niðurstöður úr minniprófinu sem var unnið 1 degi eftir rannsóknarstigið í hegðunareftirlitinu. Tvíhliða ANOVA með þáttum minni (leiðrétt muna / þekkja tíðni) og nýjung tilhlökkun (búist við / óvænt) sýndu samspilsáhrif (F[1,11] = 5.66, p <0.05). Post hoc parað t-próf leiddi í ljós marktækt meiri mun á leiðréttum muna / þekkja hlutfalli fyrir væntanlega (8.9 ± 5%) en óvæntar (0.9 ± 4%) nýjar myndir (p <0.05; fyrir svarhlutfall sjá Tafla 2). Nánari póst hoc paraðir t-próf staðfestu að hvorki leiðrétt munahlutfall vs leiðrétt þekkingarhlutfall né búist miðað við óvænt eitt og sér var marktækt frábrugðið. Hlutfall giska svörunar var ekki mismunandi milli flokka (11.1 ± 2.3% fyrir áætlað og 12.3 ± 2.4% fyrir óvæntar myndir).
Við greindum einnig framlög til minningar og kunnugleika undir sjálfstæðisforsendu á grundvelli víða viðurkennds líkans (Yonelinas o.fl., 1996), en samkvæmt þeim er minning á hippocampus-háð þröskuldsferli en kunnugleiki táknar ferli til að greina merki sem hægt er að styðja ef ekki er ósnortinn hippocampus. Minningin var áætluð með því að draga hraða muna af fölskum viðvörunum (RFA) frá munahraða. Þekkingin var áætluð með því að reikna fyrst út þekkingarviðbrögð (FR, sjá jöfnu hér að neðan) og fá síðan samsvarandi d-frum gildi.
Til þess að geta borið saman mat á endurminningum (RE), sem eru svörunarhlutföll í prósentum, og þekkingaráætlun (FE), sem eru dgildi, báðum mælikvarðunum var breytt í z-stig fyrir tölfræðilegar greiningar. Tvíhliða ANOVA með þáttum minni (áætlun um endurminning / kunnugleika) og tilhlökkun nýjungar (búist við / óvænt) staðfestu milliverkunaráhrifin sem fengust í ANOVA á svörunartíðni (F[1,11] = 5.78, p <0.05).
fMRI niðurstöður
Leiðbeiningar sem leiddu til aðdraganda skáldsögu mynda, í mótsögn við aðdraganda kunnugra mynda, leiddu til verulega meiri virkni á heila svæðum sem mynda dópamínvirka kerfið (vinstra striatum; hægri miðhjálp, líklega SN; Figs. 2A, B; Tafla 3), svæði sem áður voru tengd við umbun til eftirlauna (Knutson o.fl., 2001a, b; O'Doherty o.fl., 2002; til skoðunar sjá Knutson og Cooper, 2005). Fyrir útkomutilraun virkuðu óvæntir samanborið við væntanlegar nýjar niðurstöður einnig réttu SN / VTA (Figs. 4A, B; Tafla 4). Þetta örvunarmynstur líkist virkjunarmynstri sem sést í dópamínvirku miðhjálp með verðlaunaþrepum þar sem dópamínvirkar taugafrumur tilkynna spávillu í umbun (Schultz o.fl., 1997). Aftur á móti sýndi virkni til að bregðast við kunnáttuþáttum og óvæntum en væntanlegum kunnuglegum myndum ekki þetta mynstur. Þannig sýna þessar niðurstöður hliðstæður á milli vinnslu nýjungar og umbunar í SN / VTA.
Í hippocampus voru bæði nýjungar tilhlökkun og nýjar niðurstöður tengdar aukinni tvíhliða virkni samanborið við tilhlökkun og niðurstöðu kunnuglegrar áreitis (Fíkjur. 2C, D og 3; Tafla 3). Hægri hippocampus var einnig virkari fyrir óvæntar skáldsögu myndir en fyrir væntanlegar skáldsögu myndir (Figs. 4C, D; Tafla 4). Ennfremur sýndi vinstri hippocampus (Talairach hnit: - 36, - 14, - 14) meiri virkni fyrir framsetningu allra óvæntra mynda í mótsögn við allar myndir sem búast mátti við, í samræmi við hippocampal vinnslu samhengis nýjungar (Ranganath og Rainer, 2003; Bunzeck og Duzel, 2006).
Í vísbendingarfasa var marktæk jákvæð fylgni milli hægri SN / VTA virkjunar og hægri hippocampal virkni eins og prófað var með því að nota meðaltals prósent merkjabreytingar til að bregðast við nýjungar vísbendingum í hámarki raddböndum "nýjungar vs. Pearson's r = 0.48, p <0.05 einhalaður; Fig. 5). Þannig benda gögn okkar til virkrar samspils sem og virkrar misgreiningar milli SN / VTA og hippocampus við nýjungavinnslu.
Discussion
Hegðunarlega tengdist réttmæti vísbendinga umtalsverð áhrif á viðbragðstíma einstaklinga við mismunun á skáldsögu og kunnuglegu áreiti og sýndi að vísbendingar sem spá fyrir um skáldsögu eða kunnuglega atburði voru unnar af einstaklingum. fMRI greining leiddi í ljós að vísbendingar sem spá fyrir um nýjar myndir vöktu marktækt meiri SN / VTA virkjun en vísbendingar sem spá fyrir kunnuglegu áreiti (Figs. 2A, B; Tafla 3). Þetta SN / VTA örvunarmynstur til að bregðast við nýjung líkist því mynstri sem er að finna í launafyrirmyndum þar sem svar er séð til fyrsta spár um umbun (Knutson o.fl., 2001a; Wittmann o.fl., 2005). Annar eiginleiki verðlaunavinnslu í SN / VTA, nefnilega aukin virkni vegna óvæntra samanborið við vænt umbun (Schultz, 1998), var einnig samhliða viðbrögðum SN / VTA við nýjung. SN / VTA örvun var sterkari sem svar við óvæntri kynningu samanborið við væntanlega kynningu á nýjum atriðum (Figs. 4A, B; Tafla 4). Athugið að það er ólíklegt að fyrirbyggjandi SN / VTA örvun endurspeglaði mengun á blóðskiljunarmerkinu sem var framkölluð af síðari skyndilegu áreiti þar sem engin SN / VTA örvun var með spáð nýjum áreiti eða kunnáttu sem benti til, sem sýnir árangur hrikalegra siðareglna.
Niðurstöður okkar benda til þess að líkt sé milli nýjungar og umbunar umfram sameiginleg áhrif þeirra á SN / VTA-hippókampalrásirnar og vekja möguleika á því að nýjungin sjálf er unnin í líkingu við umbun. Þetta samrýmist fjölda athugana úr dýrarannsóknum, þar með talin gögn sem sýna minni inngjöf amfetamíns við könnun á nýjum hlutum (Klebaur et al., 2001), þróun staðarvals fyrir umhverfi sem inniheldur ný áreiti (Bevins og Bardo, 1999) og skilyrða nýjung (Reed o.fl., 1996). Hins vegar hefur þetta samband á milli nýjungar og umbunar ekki áhrif á ályktanir sem eru fengnar úr hefðbundnum styrkjunarreglum, sem vinna á áhrifaríkan hátt með kunnuglegu áreiti. Þetta talar við þá staðreynd að í mörgum tilfellum er það greinilega hagkvæmt fyrir umboðsmann að mynda umbunarsamtök við kunnuglega hluti. Engu að síður, gögn okkar veita stuðning við þá hugmynd að eðlislæg umbunareiginleikar skyndilegs áreitis geti verið grundvöllur könnunarhegðunar sem venjulega sést í nýjum samhengi og atriðum (Ennaceur og Delacour, 1988; Stansfield og Kirstein, 2006). Annar eiginleiki SN / VTA taugakóðunar umbun útkomu er aðlagandi erfðaskrá (Tobler o.fl., 2005), sem einkennist af mismunandi stigi að bregðast við sama væntum umbunargildum eftir því hvaða valkosti er í boði í hverju samhengi. Verðlaun í meðallagi gildi leiða til hærri dópamínvirkrar svörunar ef þau eru sett fram í samhengi við umbun með lágu gildi en í samhengi við umbun með há gildi. Þessari eign SN / VTA umbun vinnslu hefur ekki enn verið endurtekið fyrir nýjung hjá mönnum. Reyndar eru vísbendingar um að, ólíkt umbun, gæti nýjung ekki verið kóðað aðlagandi í SN / VTA manna (Bunzeck og Duzel, 2006), sem bendir til virkrar munar á nýjung og umbun sem bera frekari rannsókn.
Áreitstengd verkunarmynstur við nýjungarvinnslu í hippocampus var frábrugðið mynstrinu sem sést í SN / VTA. Ólíkt SN / VTA sýndi hippocampus meiri virkni vegna væntanlegrar nýjunarörvunar sjálfra (Fig. 3). Ennfremur var hippocampus einnig virkari með samhengi nýjungar (Lisman og Grace, 2005) óháð áreiti nýjungar, augljós í svari sínu við óútreiknuðri kynningu á kunnuglegum myndum. Þetta staðfestir fyrri gögn (Bunzeck og Duzel, 2006), þar með taldar niðurstöður sem benda til næmni þessarar uppbyggingar fyrir misræmi innan lærðra raða (Kumaran og Maguire, 2006). Virkjun hippocampus með nýjum áreiti í sjálfu sér er vel samhæfð svokallaðri VTA-hippocampal lykkju líkaninu, samkvæmt því sem hippocampal nýjungar merki við SN / VTA eru vegna intrahippocampal samanburðar á áreitiupplýsingum við geymdar samtök (Lisman og Grace, 2005). Hippocampal örvun til að bregðast við vísbendingum um nýmæli sem spá fyrir um (Figs. 2C, D; Tafla 3) er aftur á móti ekki hægt að útskýra með þessu líkani. Við leggjum til að dópamínvirkt forspármerki örvi virkjun hippocampal með dópamínvirku inntaki í CA1 (Jay, 2003), túlkun sem samrýmist verulegri fylgni milli bendingartengdrar virkni í SN / VTA og hippocampus sem fannst í þessari rannsókn.
Fyrri niðurstöður benda til þess að nokkur heilasvæði utan mesolimbíska kerfisins sýni mismunandi svör við fyrirspurnum í umbunaraðstæðum. Nýlegt dæmi er sýning á slíkum svörum í aðal sjónbarki V1 (Shuler og Bear, 2006). Tilkynnt er um þessi svör til að knýja áfram af dópamínvirka mótun. Svipaður fyrirkomulag gæti átt við um vinnslu nýjungar. Óháð því hvort dópamínvirka miðhjálpin rekur hippocampus eða öfugt, samvirkni hippocampus og SN / VTA gæti tengst aukinni dópamínvirkni inn í hippocampus meðan á aðdraganda. Þetta gæti aftur á móti framkallað ástand sem eykur nám fyrir komandi skáldsöguörvun, líkan sem er reikniaðgerlegt (Blumenfeld et al., 2006).
Til viðbótar við SN / VTA-hippocampal vinnslu nýjungar tilhlökkunar voru einnig önnur heilasvæði sem sýndu virkni til að bregðast við nýjungartölum, einkum svæði í framan heilaberki sem áður voru tengd nýjungavinnslu (Daffner o.fl., 2000; Tafla 3) og svæðum í parahippocampal heilaberki (Duzel o.fl., 2003; Ranganath og Rainer, 2003). Þar sem tilgátur okkar beindust að SN / VTA og hippocampal vinnslu liggur nánari rannsókn á þessum niðurstöðum utan gildissviðs þessarar rannsóknar. Framtíðarrannsóknir á nýjunganetinu framan við sögu og samskipti þess við SN / VTA og hippocampus myndu bæta verulega við vaxandi skilning á nýjungavinnslu.
Í samræmi við þá hugmynd að forvirkjun hippocampus við tilhlökkun auðveldi nám, þá sýna hegðunargögn okkar að væntanlegar skáldsögu myndir sköpuðu meiri mun / vita svörunarmun en óvæntar nýjar myndir þegar minni var prófað 1 degi seinna. Minningarsvörun krefst þess að samhengi sé rifjað upp úr rannsóknarþættinum og endurspeglar því episodískt minni í mótsögn við þekkingarþáttinn, sem ekki er þáttur, í þekkingarminni (Tulving, 1985; Duzel o.fl., 2001; Yonelinas o.fl., 2002). Hippocampus hefur verið tengd árangursríkri myndun á episodic minni í fyrri rannsóknum (td Brewer o.fl., 1998; Wittmann o.fl., 2005; Daselaar o.fl., 2006) og sár í hippocampus hafa fyrst og fremst komið í veg fyrir að muna hluti af viðurkenningu (Duzel o.fl., 2001; Aggleton og Brown, 2006). Við tilkynntum nýlega að minni fyrir áreynsluáreiti væri einnig tengt hærra muna / þekkingarhlutfalli samanborið við áreiti sem spáði því að ekki væri umbun (Wittmann o.fl., 2005), og þessi minnisbati tengdist aukinni SN / VTA og virkjun hippocampal til að bregðast við umbunarspá fyrir áreiti þegar umritunin var gerð. Núverandi niðurstöður okkar víkka þessar niðurstöður til að fella inn SN / VTA-framkallaða aukningu á hippocampal plasticity sem er staðfest með fyrsta spá um nýjung. Athyglisvert er að nýleg raf-lífeðlisfræðileg gögn úr upptökum í hársverði varpa ljósi á samband milli heilastarfsemi skömmu fyrir upphaf nýs áreitis og episodic minni fyrir það áreiti (Otten o.fl., 2006). Gögn okkar benda til þess að tilhlökkun til nýjungar gæti verið einn gangur sem virkni prestimulus gæti mótað örvunarkóðun. Niðurstöður okkar auka einnig nýleg gögn um fMRI þar sem verðbólguvæntingar og tilhlökkun til tilfinningalegrar áreynslu reyndust bæta minni (Adcock o.fl., 2006; Mackiewicz o.fl., 2006).
Hagnýtur og líffræðilegur skörun milli umbunar og nývinnslu í SN / VTA gæti vel verið til þess að styrkja könnunarhegðun og gera dýrum kleift að finna nýjar fæðuuppsprettur og umrita staðsetningu þeirra og auka þannig lifun. Athyglisverð leið til framtíðarrannsókna verður að ákvarða tengslin milli tilhlökkunar nýjungar og nýjungar sem leita að persónuleikaeinkennum. Hjá mönnum tengist aukin nýjungaleit fjárhættuspil og fíkn (Spinella, 2003; Hiroi og Agatsuma, 2005) að auka möguleika á uppbót milli jákvæðra áhrifa af því að sjá fram á nýjung í minni og skaðlegra áhrifa í tengslum við fíkn. Betri skilningur á samhenginu milli nýliðunar, minni myndunar og nýjungaleitar gæti einnig upplýst rannsóknir á þeim sérstaka minnishalla sem finnast í truflun á dópamínvirkum eins og Parkinsonsveiki og geðklofa.
Í einfrumudýrarannsóknum á verðlaunavinnslu hefur athugunin um að SN / VTA bregst við umbunarspá sem og óvæntum umbun hvatt til „tímabundinn munur“ (TD) líkan af vinnslu umbunar (Schultz, 1998, 2002). Rétt er að taka fram að í rannsókn okkar voru fMRI virkjanir til að sjá fyrir nýjungar og óvæntar nýjungar staðsettar í aðeins mismunandi hlutum innan SN / VTA. Þetta vekur möguleika á að það gæti verið svæðisbundinn svörunarmunur á milli spá umbóta og óvæntra umbunar viðbragða hjá dýrum og að ein taugafræðirannsóknir á nýjungarvæntingu og óvæntri nýjung gætu einnig sýnt að samsvarandi taugafrumvörp eru staðsett innan mismunandi hluta SN / VTA. Varúð hér er sú staðreynd að við getum ekki útilokað þann möguleika að í rannsókninni hafi sömu taugafrumum sem svöruðu nýjungarspá svarað einnig óvæntum nýjungum.
Í stuttu máli, fMRI gögn okkar benda til þess að hippocampal myndun og SN / VTA þjóni að hluta til mismunandi aðgerðir í spá og úrvinnslu nýjungar. SN / VTA vinnur fyrirsjáanleika og hippocampus fyrirhugaða og raunverulega nærveru nýjungar í tilteknu samhengi. Saman með hegðunargögn okkar benda niðurstöður okkar til þess að samvirkni SN / VTA og hippocampus til fyrsta spá um nýjung í prestimulus áfanganum leiði til aukinnar minnismyndunar fyrir komandi skáldsöguörvun. Þessar niðurstöður gefa vísbendingar um náið samband milli vinnslu á umbun og hvati nýjungar og lengja nýleg líkön af dópamínvirku – hippókampal samspili. Þeir leggja áherslu á mikilvægi prestimulus tímabilsins fyrir þáttakóða kóðun. Áhrif nýjungar á kóðun gætu því ráðist af því að örva fyrirsjáanlegt ástand í miðlæga tímabundna minniskerfinu, miðlað af mótandi áhrifum frá dópamínvirku miðflæðissvæðum. Hins vegar fMRI gögn veita ekki bein merki um þátttöku í sérstökum taugaboðakerfi. Þrátt fyrir það er fMRI mikilvægt tæki til að kanna atburðatengda virkni í SN / VTA hjá mönnum. Sameining sameinda erfðafræðilegra aðferða í taugamyndun (Schott et al., 2006) og lyfjafræðileg fMRI gæti hjálpað til við að skýra enn frekar hlutverk taugastyrkjandi sendikerfa við nýjungar úr mönnum og tengsl SN / VTA svara og dópamínvirkra taugaboðefna.
Acknowledgments
Þessi vinna var studd af styrkjum frá Deutsche Forschungsgemeinschaft (KFO [Cognitive Control of Memory, TP3]). Við þökkum Michael Scholz fyrir aðstoð við fMRI hönnun, Kolja Schiltz fyrir aðstoð við greiningar fMRI og Kerstin Möhring, Ilona Wiedenhöft og Claus Tempelmann fyrir aðstoð við skönnun fMRI.
Meðmæli
;
