Samhengi milli nýjungar og umbótavinnslu innan mesólimbískra kerfa (2012)

  • Hum Brain Mapp. 2012 júní; 33 (6): 1309 – 1324.
  • Birt á netinu 2011 Apríl 21. doi:  10.1002 / hbm.21288

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

Þessi grein hefur verið vitnað af Aðrar greinar í PMC.

Fara til:

Abstract

Langtíma minni (Medial Temporal Lobe (MTL)) sem er háð langtímaminni fyrir nýjar atburði er mótað af hringrásum sem bregst einnig við umbun og felur í sér ventral striatum, dópamínvirka miðhjálp og miðlæga heilabarkæða heilaberki (mOFC). Þetta sameiginlega taugakerfi kann að endurspegla virkan tengsl milli nýjungar og umbunar þar sem nýjung hvetur til könnunar í leit að umbun; tengill kallaði einnig nýjung „rannsóknarbónus.“ Við notuðum fMRI í vettvangi sem umbreytir hugmyndafræði til að kanna samspil nýjungar og umbunar með áherslu á tauga merki í líkingu við rannsóknarbónus. Eins og búist var við, var langtímaminni fyrir laun (eftir 24 klukkustundir) umbunartengt tengt mjög við virkni MTL, ventral striatum og substantia nigra / ventral tegmental area (SN / VTA). Ennfremur sýndi hippocampus aðaláhrif nýjungar, striatum sýndi helstu áhrif umbunar og mOFC gaf merki um bæði nýjung og umbun. Samspil nýjungar og umbunar í líkingu við rannsóknarbónus fannst í hippocampus. Þessar upplýsingar benda til þess að nýtingarmerki MTL séu túlkuð með tilliti til umbunarspár eiginleika þeirra í mOFC, sem beinlínis beinlínis bregst viðbrögðum. Striatum ásamt SN / VTA stjórnar síðan MTL-háðri langtímamyndun og samhengisbundnum rannsóknarbónusmerkjum í hippocampus.

Leitarorð: nýjung, umbun, mesólimbískt kerfi, minni, hippocampus, substantia nigra / ventral tegmental svæði, ventral striatum, mOFC, rannsóknarbónus

INNGANGUR

Nýjung er hvetjandi lærdómsmerki sem vekur athygli, stuðlar að kóðun minni og breytir markvissri hegðun [Knight,1996; Lisman og Grace, 2005; Mesúlam, 1998; Sokolov, 1963]. Nýlegar vísbendingar úr rannsóknum á mönnum og ómanneskjulegum prímata vekja möguleika á því að hvatningarþættir nýjungar tengjast að hluta til sameiginlegum eiginleikum þess með verðlaun [Bunzeck og Duzel, 2006; Kakade og Dayan, 2002; Mesúlam, 1998]. Þessi ábending kemur fram af athugunum á því að í dýrarannsóknum er virkja nigra / ventral tegmental svæði (SN / VTA) á miðhimnu virkjað með áreiti sem spá um umbun sem og áreiti sem eru ný [Ljungberg, o.fl. 1992]; til skoðunar sjá [Lisman og Grace, 2005]. Á sama hátt er SN / VTA manna virkjað bæði með umbun [Knutson og Cooper, 2005] og nýjung [Bunzeck og Duzel, 2006; Bunzeck, o.fl. 2007; Wittmann, o.fl. 2005] sem og með vísbendingum sem spáðu fyrir um atburði þeirra [Knutson og Cooper, 2005; O'Doherty o.fl. 2002; Wittmann, o.fl. 2005, 2007]. Taugaboðefnið dópamín sem er framleitt í SN / VTA stýrir djúpstæðri hvatningu atferlis [Berridge, 2007; Niv, o.fl. 2007].

Ennfremur eru vísbendingar um að hippocampus, miðlungs tímabundið lob (MTL), sem skiptir sköpum fyrir myndun langvarandi episódískra minninga fyrir skáldsöguatburði, sé einnig haft með í ýmiss konar verðlaunanámi [Devenport, o.fl.1981; Holscher, o.fl. 2003; Ploghaus o.fl. 2000; Purves, o.fl. 1995; Rolls og Xiang, 2005; Salómon, o.fl. 1986; Tabuchi, o.fl. 2000; Weiner, 2003; Wirth, o.fl. 2009]. Til dæmis sýnir nagdýrarhippocampus aukna virkni í beitu en ekki óbeðnum völundarhúsum [Holscher, o.fl. 2003]; í ómennskum prímötum tekur það þátt í að læra staðlaunasamtök [Rolls og Xiang, 2005]; virkni hippocampal fylgir reglum um nám í spánskilum fyrir aversive áreiti hjá mönnum [Ploghaus, o.fl. 2000]; og umbun eykur samstillingu milli hippocampus og nucleus accumbens taugafrumna [Tabuchi, o.fl. 2000].

Sameining í áhrifum umbunar og nýjungar er hægt að sættast fræðilega með ábendingu um að nýjungin hvetji til að kanna umhverfi til að uppskera umbun [Kakade og Dayan,2002]. Samkvæmt þessari ábendingu er lykill hvatandi eiginleika nýjungar möguleiki þess að spá um umbun en kunnuglegt áreiti, ef það er endurtekið ef ekki er umbunað, tapar þessi möguleiki smám saman. Tilgátan um rannsóknarbónus gerir ráð fyrir tvenns konar spám: sú fyrsta snýr að styrkleika sem staða þess að vera skáldsaga eða kunnugleg getur spáð fyrir umbun og önnur snýr að samhengisbundnum afleiðingum þessarar viðbúnaðar á önnur áreiti. Samkvæmt fyrstu spá ætti það að vera öflugri spá fyrir umbun að vera skyndileg áreiti en að vera kunnuglegur áreiti [td Wittmann, o.fl. 2008]. Það er að segja þegar skáldsöguáreiti spá fyrir um verðlaun ættu lífslíkur að vera hærri en þegar kunnugleg áreiti spá um umbun. Önnur (óbeinari) spáin er sú að hvetjandi áhrif nýjungar á könnunarhegðun ættu að hafa samhengisáhrif á hvatningaráhrif annarra áreita sem eru til staðar í sama samhengi. Samhæft við þessa uppástungu, Bunzeck og Duzel [ 2006] sýndi að í samhengi þar sem ný áreiti er til staðar sýna kunnugleg áreiti minni endurtekningu í MTL mannvirkjum. Þetta bendir til þess að jafnvel ef engin skýr umbun er fyrir hendi, í samhengi þar sem ný áreiti er til staðar, er sterkari hvatning til að kanna hið þekkta áreiti í því samhengi [Bunzeck og Duzel, 2006]. Hingað til hafa þessar spár um samband nýbreytni og umbunar ekki verið prófaðar með beinum hætti. Í tilraunakenndum skilmálum krefst þetta að notfæra sér umbunarspá fyrir nýjung þannig að umbun í ákveðnu samhengi er spáð annað hvort með því að vera skáldsaga eða með því að vera kunnugleg. Hér notuðum við þessa tilraunaaðferð til að kanna hagnýt samspil nýjungar og umbunar í fMRI rannsókn.

Að skilja hagnýt samspil nýjungar og umbunar hefur djúpstæð áhrif á skilning á því hvernig langtíma mýkt er fyrir nýjum áreiti. Stór líkami af lífeðlisfræðilegum gögnum sýnir að dópamín, sem er upprunnið frá SN / VTA, stjórnar ekki aðeins hvataþætti hegðunar heldur er það mikilvægt fyrir að auka og koma á stöðugleika hippocampal plasticity [Frey og Morris,1998; Li, o.fl. 2003] og hippocampus háð minni samþjöppun [O'Carroll, o.fl. 2006]. Samkvæmt hinni svokölluðu hippocampus-VTA lykkju líkan [Lisman og Grace, 2005] nýjungamerki eru búin til í hippocampus og eru flutt til SN / VTA um nucleus accumbens og ventral pallidum [Lisman og Grace, 2005]. Þrátt fyrir að líkanið leggi áherslu á nýjung sjálft sem lykilvitræna merki um að móta dópamín frá SN / VTA, vekur það einnig beinlínis upp þá spurningu hvernig hvatningarþættir stjórna áhrifum nýjungar á virkni hippocampus og SN / VTA. Markmið þessarar rannsóknar er að nálgast þessa spurningu frá sjónarhóli sameiginlegra eiginleika milli nýjungar og umbunar og virkni samspils þeirra.

Ef nýjung virkar sem merki sem hvetur til rannsóknar til að uppskera umbun [Bunzeck og Duzel,2006; Kakade og Dayan, 2002; Wittmann, o.fl. 2008] hlutar hippocampus-SN / VTA lykkjunnar ættu aðeins að sýna ákjósanleg viðbrögð við nýjungum í samhengi þar sem það að vera skáldsaga spáir umbun en ekki í samhengi þar sem þekking spáir umbun. Á sama tíma ætti að efla rannsóknir þegar hún er verðlaunaður ætti að auka viðbrögð hippocampal við kunnuglegu áreiti sem kynnt eru í sama samhengi, jafnvel þó að þetta myndi ekki spá um umbun. Aftur á móti, í samhengi þar sem þekking en ekki skáldsaga spáir umbun, ætti að vera minni samhengishæfni til að kanna og þar af leiðandi ætti hippocampal virkni að vera lítil bæði fyrir skáldsöguna og þekkta áreitið í því samhengi. Þess vegna leiðir tilgátan um að nýjung hefur eðlislæga eiginleika til að hvetja til könnunarhegðunar í leit að umbun leiðir til þess að spáð er um samspil á milli nýjunar- og umbunarstöðu áreitis. Samkvæmt því myndi hippocampus bregðast sterklega við bæði skáldsögu og kunnuglegu áreiti þegar það er skáldsaga spáir umbun og veikt bæði skáldsögu og kunnuglegu áreiti þegar það er kunnugt spáir umbun.

Hinn möguleiki er að nýjung og umbunarstaða upplýsinga er óháð. Samkvæmt þessum möguleika ætti ekki að vera nein virk samskipti milli nýjungar og umbunar. Með öðrum orðum, hlutar hippocampus-SN / VTA lykkjunnar myndu aðeins tjá megináhrif nýjungar eða umbun en engin samskipti á milli beggja.

Samanlagt, að meðhöndla viðbúnað milli nýjungar og umbunar, getur hjálpað til við að skilja lykilleiðina sem knýja á viðbrögð nýjunga innan mesólimbíska kerfisins. Í því skyni þróuðum við hugmyndafræði þar sem að fá peninga umbun var háð nýsköpunarstöðu mynda af senum [Bunzeck, o.fl.2009]. Þannig var aðeins hægt að taka réttar ákvarðanir um val á laun (sjá aðferðir) eftir að hafa mismunað skáldsögu og kunnuglegu áreiti á réttan hátt. Mikilvægt er að við metum þekkingarminnið einum degi eftir kóðun og gátum því greint til að hve miklu leyti hluti hippocampal-SN / VTA lykkjunnar myndi samsvara umbunartengdri aukningu langtímaminni fyrir ný og kunnugleg áreiti.

EFNI OG AÐFERÐIR

Tvær tilraunir voru gerðar. Þó að fyrsta tilraunin (Tilraun 1) hafi verið atferlisfræðileg tilraun, var önnur tilraunin (Tilraun 2) með atferlisráðstöfunum og fMRI.

Einstaklingar

Í tilraun 1 tóku 17 fullorðnir þátt (13 konur og fjórir karlar; aldursbil 19–33 ára; meðaltal 23.1, SD = 4.73 ár) og 14 fullorðnir tóku þátt í tilraun 2 (fimm karlar og níu konur; aldursbil: 19–34 ár ; meðaltal = 22.4 ár; SD = 3.8 ár). Allir einstaklingar voru heilbrigðir, rétthentir og með eðlilega eða leiðrétta til eðlilega skerpu. Enginn þátttakenda greindi frá sögu um taugasjúkdóma, geðræna eða læknisfræðilega kvilla eða um læknisfræðileg vandamál sem nú eru uppi. Allar tilraunir voru keyrðar með skriflegu upplýstu samþykki hvers einstaklings og samkvæmt staðbundinni siðferði (University College London, Bretlandi).

Tilraunahönnun og verkefni

Í báðum tilraunum voru þrjú sett af (1) þekkingarstig fylgt eftir með (2) viðurkenningarminni sem byggir á ákjósanlegu mati. Hér voru nýjar myndir notaðar fyrir hvert sett sem leiddi til þess að 120 skáldsaga og 120 kunnuglegar myndir voru notaðar að öllu leyti. Tilraunaaðferðirnar voru eins fyrir báðar tilraunirnar nema að tilraun 1 var framkvæmd á tölvuskjá og tilraun 2 var gerð inni í MRI skanni. (3) Á degi tveimur voru viðurkenningar minningar fyrir allar myndir sem kynntar voru prófaðar með aðferðinni „muna / vita“ (sjá hér að neðan).

(1) Þekking: Þátttakendur voru upphaflega kynntir með sett af 40 myndum (20 innanhúss og 20 útimyndir). Hér var hver mynd tvisvar sýnd í handahófi fyrir 1.5 s með millivef millibils (ISI) 3 s og einstaklingar gáfu til kynna stöðu innanhúss / úti með hægri hönd og vísifingur. (2) Próf viðurkenningarminni: Í framhaldinu framkvæmdu einstaklingar 9 mínútu viðurkenningarminnis undirstaða ákvarðunarverkefnis (fundur). Þessum hluta (lotu) var frekar skipt í tvær blokkir sem innihéldu hverja 20 myndir frá kynningarstiginu (vísað til sem „kunnuglegra mynda“) og 20 áður ekki settar fram myndir (kallaðar „nýjar myndir“; viðfangsefni gætu gert hlé á 20 s milli blokkir). Í hverri einustu reit þjónaði annað hvort nýjum myndum sem CS + og kunnuglegum myndum sem CS- eða öfugt (Mynd..1). Þátttakendum var falið að fella „val“ yfir hverja mynd með tvívalshnappi sem gefur til kynna „ég vil frekar“ eða „ég vil ekki“ eftir því hvaða viðbúnað er á milli nýjungastöðu og styrkingargildis. Mikilvægt er að hugtakið „valinn“ og „ekki valinn“ vísar til umbunarins sem spáir fyrir um stöðu myndarinnar (fer eftir samhengisáráttu) frekar en fagurfræðilegu eiginleikum myndarinnar.

Mynd 1 

Tilraunaverkefni.

Viðbragðið var slembiraðað og tilgreint á skjánum fyrir hvert hlaup af hvoru tveggja „Nýjung verður verðlaun ef þess er óskað“ (í því tilfelli nýjar myndir þjónuðu sem CS + og kunnuglegar myndir sem CS−) eða „Þekking verður verðlaunuð ef þess er óskað“ (hér kunnuglegar myndir þjónuðu sem CS + og nýjar myndir sem CS−). Aðeins rétt „ég vil“ svör í kjölfar CS + leiddi til sigurs £ 0.50 en (röng) „Ég vil“ svör í kjölfar CS- leiddi til tap á £ -0.10. Bæði rétt „ég vil ekki“ svör í kjölfar CS- og (röng) „Ég vil ekki“ svör í kjölfar CS + leiddi hvorki til sigurs né taps. Myndir voru settar fram í handahófi fyrir 1 s á gráum bakgrunni og síðan hvítum festingarkrossi fyrir 2 s (ISI = 3 s). Til að tryggja að viðbrögð við taugakerfinu væru takmörkuð við þær myndir sem kynntar voru (þ.e. umbun tilhlökkunar frekar en niðurstaða) voru engin endurgjöf gefin á rannsókn eftir prufugrundvelli. Í staðinn voru einstaklingar upplýstir um heildarárangur eftir hverja lotu (sem innihélt 2 kubba með hverju viðbragði). Fyrir tilraunina var þátttakendum sagt að svara eins fljótt og rétt og mögulegt var og að aðeins 20% af öllum tekjum yrðu greiddar.

Allar myndir voru grástærðar og staðlaðar að meðalgráu gildi 127 og staðalfrávik 75. Ekkert af senunum lýsti mönnum eða hlutum manna þar á meðal andliti í forgrunni.

Þjálfunarstundir

Hver einstaklingur framkvæmdi tvær æfingar fyrir tilraunina. Svipað og í raunverulegri tilraun hófust báðir þjálfunarstigarnir með þekkingarfasa þar sem aðeins voru settar fram 10 myndir tvisvar í handahófskenndri röð (lengd = 1.5 s; ISI = 3 s) og viðfangsefni gáfu til kynna inni / úti stöðu þeirra. Eins og raunin var í aðaltilrauninni, fylgdi kunnugleikinn minni ákvarðunarverkefni um minni hluti þar á meðal kunnuglegar og nýjar myndir. Í þjálfunarskyni var á æfingu 1 gefið ábending á prufu-fyrir-prufugrunni eftir hvert svar. Á æfingu 2 voru endurgjöf umbuna ekki sýnd strax eftir hvert áreiti / svörun. Eftir hverja æfingu var tilkynnt viðkomandi einstaklingi fjárhagsleg umbun (hámark £ 1). Í tilraun 2 fengu viðfangsefnin einnig stutta þjálfunartíma sem innihélt 10 kunnuglegar og 10 nýjar myndir á hverja viðbragðsblokk.

Einum degi síðar gerðu einstaklingar tilfallandi viðurkenningarminnipróf eftir aðgerðina „muna / vita“ [Tulving,1985]. Hér í handahófi voru allar 240 myndir sem áður hafa sést (60 í hverju ástandi) kynntar ásamt 60 nýjum truflunarmyndum á miðju tölvuskjás. Verkefni: Viðfangsefnið tók fyrst „gamla / nýja“ ákvörðun fyrir hverja mynd sem fyrir sig var kynnt með hægri vísis eða löngutöng. Í kjölfar „nýrrar“ ákvörðunar voru einstaklingar hvattir til að gefa til kynna hvort þeir væru öruggir („vissulega nýir“) eða óöruggir („giska“) og notuðu aftur hægri vísis og löngutöng. Eftir „gamla“ ákvörðun voru einstaklingar beðnir um að gefa til kynna hvort þeir væru búnir að muna eitthvað sérstaklega við að sjá leikmyndina í náminu („muna svar“), fundu bara fyrir kynni við myndina án þess að hafa nokkra endurminnandi reynslu („kunnuglegt“ svar) eða voru bara að giska á að myndin væri gömul („giska“ svar). Viðfangsefnið hafði 4 s til að gera hvort tveggja dómar og það var brot á 15 s eftir hverja 75 mynd.

fMRI Aðferðir

Við gerðum fMRI á 3-Tesla Siemens Allegra segulómun (Siemens, Erlangen, Þýskalandi) með echo planar myndatöku (EPI) með fjórhyrndum senditækjaspólu með hönnun byggð á „fuglabúinu“ meginreglunni. Á aðgerðarlotunni fengust 48 T2 * -vægar myndir (EPI-röð; nær allan höfuðið) á rúmmál með súrefnisstyrkni sem er háð blóð (BOLD) andstæða (fylkisstærð: 64 × 64; 48 skáar axial sneiðar fyrir hvert rúmmál miðað við −30 ° á antero-posterior ás; landupplausn: 3 × 3 × 3 mm; TR = 3120 ms; TE = 30 ms; z-shimming for-púls halli stund PP = 0 mT / m * ms; jákvæður fasi -kóða pólun). FMRI öflun samskiptareglanna var fínstillt til að draga úr næmi sem framkallað BOLD næmi tap á óæðri framhliðarsvæðum og tímabundnum lopasvæðum [Deichmann, o.fl.2003; Weiskopf o.fl. 2006]. Fyrir hvert viðfangsefni voru hagnýt gögn aflað í þremur skönnunarlotum sem innihéldu 180 bindi á hverja lotu. Sex viðbótarbindi á hverja lotu voru fengin í upphafi hverrar seríu til að gera kleift að halda uppi stöðugleika og var þeim síðan hent í frekari greiningu. Líffærafræðilegum myndum af heila hvers einstaklings var safnað með því að nota margbjörn 3D FLASH til að kortleggja róteindarþéttleika, T1 og segulmagnaðir flutning (MT) við 1 mm upplausn [Helms, et al. 2009; Weiskopf og Helms, 2008] og með T1 veginni andhverfu endurvinnslu útbúnum EPI (IR-EPI) röð (fylkisstærð: 64 × 64; 64 sneiðar; landupplausn: 3 × 3 × 3 mm). Að auki voru einstök reitarkort skráð með tvöfalt echo FLASH röð (fylki stærð = 64 × 64; 64 sneiðar; landupplausn = 3 × 3 × 3 mm; bil = 1 mm; stutt TE = 10 ms; löng TE = 12.46 ms ; TR = 1020 ms) til að leiðrétta röskun á áunninni EPI myndum [Weiskopf, o.fl. 2006]. Notkun „FieldMap verkfærakistunnar“ [Hutton, o.fl. 2002, 2004] reitakort voru áætluð út frá áfangamismun á myndunum sem fengust við stutta og langa TE.

FMRI gögnin voru unnin fyrirfram og tölfræðilega greind með SPM5 hugbúnaðarpakkanum (Wellcome Trust Center for Neuroimaging, University College London, UK) og MATLAB 7 (The MathWorks, Inc., Natick, MA). Allar hagnýtar myndir voru leiðréttar fyrir hreyfingu gripa með því að endurstilla að fyrsta bindi; leiðrétt fyrir röskun byggð á akurkortinu [Hutton, o.fl.2002]; leiðrétt fyrir samspil hreyfinga og bjögunar með „Unwarp verkfærakistunni“ [Andersson, o.fl. 2001; Hutton, o.fl. 2004]; staðbundið staðlað í venjulegt T1-vegið SPM-sniðmát [Ashburner og Friston, 1999] (gætt var að einkum miðflæðisvæðum í takt við venjulegu sniðmátið); sýni tekin aftur til 2 × 2 × 2 mm; og sléttað með samsætu 4 mm fullri breidd, hálfs hámarks Gaussian kjarna. Slík fínstærð landupplausn ásamt tiltölulega lítilli sléttukjarni er grunnurinn að því að geta greint litla virkjunarklasa, til dæmis innan miðhjálps og MTL svæða þar sem mismunadreifingarmynstur (þ.e. nýjungarsvör og samspil nýjungar og umbunar) ) gæti verið staðsett í nálægð [Bunzeck, o.fl. 2010]. Gögn fMRI tímaröðanna voru hápassuð síuð (cutoff = 128 s) og hvítt með því að nota AR (1) líkan. Fyrir hvert viðfangsefni var tölfræðilegt líkan af atburði reiknað með því að búa til „prikaðgerð“ fyrir hvert upphaf atburðar (tímalengd = 0 s), sem var fellt með kanónískt blóðskilunarviðbragðsaðgerð ásamt tíma og dreifiaðleiðum [Friston, o.fl. 1998]. Fyrirmyndaraðstæður innihéldu skáldsagnagjöld, skáldsagnagjörð, kunnugleg umbun, kunnugleg-ekki-verðlaunuð og röng svör. Til að fanga gripa sem tengjast hreyfingu sem tengist hreyfingu voru sex samsvaranir teknir með (þriggja stífa líkamsþýðingar og þrír snúningar vegna endurröðunar) sem regressors sem höfðu engan áhuga. Reglulega voru sérstök ástandsáhrif prófuð með því að nota línulegar andstæður fyrir hvert einstakling og hvert ástand (fyrsta stigs greining). Andstæða myndirnar voru færðar í annað stigs slembivirknigreining. Hér voru blóðskilunaráhrif hvers ástands metin með 2 × 2 afbrigðagreiningum (ANOVA) með þáttunum „umbun“ (gefandi, ekki gefandi) og „nýjung“ (skáldsaga, kunnugleg). Þetta líkan gerði okkur kleift að prófa hvort aðaláhrif nýjunga væru, helstu áhrif umbunar og samspil beggja. Allar andstæður voru þröskuldaðar kl P = 0.001 (óleiðrétt) nema aðhvarfsgreiningar (P = 0.005, óleiðrétt). Báðir tiltölulega frjálslyndir þröskuldar voru valdir út frá nákvæmum forneskjulegum líffræðilegum tilgátum okkar innan mesolimbíska kerfisins.

Líffærafræðileg staðsetning marktækra virkjana var metin með tilvísun í staðlaðan stereotaxic atlas með því að leggja SPM kortin á annað tveggja hópsniðmát. T1-vegið og MT-vegið hópsniðmát voru fengin frá meðaltali eðlilegra T1- eða MT-mynda einstaklinga (staðbundin upplausn 1 × 1 × 1 mm). Þó að T1-sniðmátið leyfi líffærafræðilega staðfæringu utan miðheila á MT-myndum er hægt að greina SN / VTA svæðið frá nærliggjandi mannvirkjum sem bjarta rönd meðan aðliggjandi rauði kjarni og heila peduncle virðast dökkir [Bunzeck og Duzel,2006; Bunzeck, o.fl. 2007; Eckert, o.fl. 2004].

Athugaðu að við kjósum að nota hugtakið SN / VTA og íhuga BOLD virkni frá öllu SN / VTA fléttunni af nokkrum ástæðum [Duzel, o.fl.2009]. Ólíkt fyrstu samsetningum VTA sem líffærafræði, eru mismunandi dópamínvirkar vörpunarbrautir dreifðir og skarast innan SN / VTA flækjunnar. Einkum eru dópamín taugafrumur sem varpa til limbískra svæða og stjórna umbunarmiðuðum hegðun ekki bundnar við VTA heldur dreifast þær einnig um SN (pars compacta) [Gasbarri, o.fl. 1994, 1997; Ikemoto, 2007; Smith og Kieval, 2000]. Virkni er að þetta er samhliða því að hjá mönnum og frumhöfum DA taugafrumum innan SN og VTA svara bæði umbun og nýjung [sjá til dæmis Ljungberg, o.fl., 1992 eða Tobler, o.fl., 2003 til að lýsa upptökusíðum].

NIÐURSTÖÐUR

Allar greiningar (atferli og fMRI) eru byggðar á rannsóknum með réttum svörum við val.

Tilraunir 1

Þátttakendum var mismunað á milli aðstæðna í báðum samhengi með mikilli nákvæmni (Tafla I) og það var enginn tölfræðilega marktækur munur á aðstæðum. Viðbragðstími (Mynd 2A) greining leiddi í ljós að einstaklingar svöruðu hraðast við kunnugleg umbun sem spáði fyrir áreiti (allt P's <0.007), en það var enginn munur á hinum þremur skilyrðunum (skáldsöguverðlaunuð, skáldsaga-ekki-verðlaunuð, kunnugleg-ekki-verðlaunuð; öll P's> 0.05).

Mynd 2 

Hegðunarárangur. (A) Viðbragðstímar. Í báðum tilraunum voru RTs verulega hraðar fyrir kunnuglegar umbunaðar myndir miðað við allar aðrar aðstæður (allar P <0.01) - eins og stjarnan gefur til kynna - en það var enginn annar munur ...
Tafla I 

Hegðunarvandamál

Árangur viðurkenningar minni - annar dagur. Greining á viðurkenningar minni byggðist á báðum hits (muna svör, þekkja svör í kjölfar mynda sem áður hafa sést við kóðun) og rangar viðvaranir ([FA]: mundu, vita til truflana). Í fyrsta skrefi reiknuðum við út hlutfall minnis- og þekkingarviðbragða fyrir gamlar og nýjar myndir (þ.e. högghlutfall og FA hlutfall) með því að deila fjölda hits (og FA, hver um sig) með fjölda atriða á ástand. Í öðru lagi fengust leiðréttir högghlutfall fyrir muna-svör ([Rcorr], mundu högghlutfall mínus muna FA-hlutfall) og þekkingarviðbrögð ([Kcorr], þekkja högghlutfall mínus vita FA-hlutfall) (sjá Tafla II). Í fyrirhuguðum samanburði metum við áhrif umbunar á heildar viðurkenningar minni (leiðrétt högghlutfall = Rcorr + Kcorr) fyrir skáldsögur og kunnuglegar myndir. Þetta leiddi í ljós að umbun bætti verulega heildarminni fyrir skáldsögu myndir samanborið við skáldsögur sem ekki voru verðlaunP = 0.036) en það var engin slík framför á heildarminni með umbun fyrir kunnuglegar myndir (P > 0.5; Fig. 2). Ennfremur voru aukin áhrif umbunar á viðurkenningarminni fyrir nýjar myndir jafn sterkar til að rifja upp og þekkja og kom í ljós með greining á dreifni (ANOVA; ekkert samspil milli umbunar og viðurkenningar minni tegund [F(1,16) = 2.28, P > 0.15)].

Tafla II 

Viðurkenningar minni

Tilraunir 2

Eins og í tilraun 1, greindi einstaklingar á milli skilyrða í báðum samhengi með mikilli nákvæmni og enginn marktækur munur á milli skilyrða (Tafla I). Eins og í tilraun 1, viðbragðstími (Mynd 2A) greining sýndi að svör voru marktækt hraðari fyrir kunnuglegt umbun sem spáði fyrir áreiti (allt P's <0.001) en það var enginn munur á hinum þremur skilyrðunum (skáldsöguverðlaunuð, skáldsaga-ekki-verðlaunuð, kunnugleg-ekki-verðlaunuð; öll P's> 0.05).

Árangur viðurkenningar minni - annar dagur. Öfugt við tilraun 1 var viðurkenningar minni fyrir nýjar verðlaunaðar myndir ekki marktækt bættar samanborið við skáldsögur sem ekki voru endursendar (hvorki heildarminningarminni né Rcorr / Kcorr; P > 0.05, Tafla II). Öfugt við tilraun 1, í tilraun 2, var endurminning fyrir kunnugleg verðlaunaðar myndir aukin verulega samanborið við þekktar myndir sem ekki voru verðlaunaðar (P = 0.001, Tafla II) sem leiddi til aukins heildarminnis (Rcorr + Kcorr) fyrir kunnugleg verðlaun miðað við kunnuglegar myndir sem ekki voru verðlaunaðar (það var enginn marktækur munur á leiðréttu þekkingarhlutfalli þekktra verðlauna og kunnuglegra mynda sem ekki voru verðlaunuð, P > 0.05). Enn fremur gögn í Tafla II og Mynd 2B sýnir að árangur minni var talsvert minni í tilraun 2 samanborið við tilraun 1, sem var studd af blandaðri áhrif ANOVA.

fMRI árangur - verðlaun byggir á viðurkenningar minni próf. Í fyrsta lagi greindum við fMRI gögn með 2 × 2 ANOVA með þáttum „nýjung“ (skáldsaga, kunnugleg) og „umbun“ (umbun, engin umbun). Við fundum aðaláhrif nýjungar í tvíhliða miðlungs heilaberki (mOFC) og hægri MTL þ.mt hippocampus og heilabarkar, (Fig. 3; sjá stuðningsupplýsingatöflu S1 fyrir heildarlista yfir virkar heilauppbyggingar). Helstu áhrif umbunar sáust í tvíhliða kúrdati, septum / fornix, ventral striatum (ncl. Accumbens), tvíhliða mOFC og medial prefrontal cortex (mPFC) (Fig. 4; Stuðningur upplýsingatafla S1). Þessi tvö megináhrif voru einvörðungu gríma með áhrifum á milliverkunum (einkarétt gríma, P = 0.05, óleiðrétt) til að bera kennsl á þau svæði sem tjáðu aðaláhrif ef engin milliverkun var fyrir hendi.

Mynd 3 

fMRI niðurstöður Tilraun 2. Helstu áhrif nýjungar komu fram innan hægri hippocampus (A), heilabarkar (B) og miðlægs OFC (C). Virkjunarkort voru sett ofan á T1-vegið hópsniðmát (sjá aðferðir), hnit eru gefin í MNI-rými ...
Mynd 4 

fMRI niðurstöður Tilraun 2. Helstu áhrif umbunar sáust innan striatum, þar með talið ncl. accumbens (A) og caudate ncl. (C), septum / fornix (B), medial PFC (C) og medial OFC (D). Virkjunarkort voru sett ofan á T1-vegið hópsniðmát ...

Til að prófa tvær spár okkar varðandi rannsóknarbónus tilgátuna gerðum við tvær greiningar til viðbótar. Í fyrsta lagi innan heila svæða sem sýndu helstu áhrif umbunar sem við greindum, en þau svæði sýndu einnig sterkari svörun fyrir nýjum verðlaunum en kunnuglegu verðlaunuðu áreiti (þ.e. samtengingu). Þessi greining skilaði engum marktækum niðurstöðum sem bentu til þess að það væru engin heilasvæði þar sem það að vera skáldsaga leiddi til sterkari svara við umbun en að vera kunnugur. Í öðru lagi metum við samspil (F-andstæða) milli nýjungar og umbunar. Slík milliverkun var tjáð innan nokkurra heila svæða þar á meðal hægri hippocampus, óæðri framan gyrus og OFC hægri (stuðningsupplýsingatafla S1, Fig. 5). Nánar tiltekið sýndi hippocampus væntanlegt samspilsmynstur með hærri svörun við áreiti sem kynnt var í samhenginu þar sem að vera nýstárlegur er verðlaunaður (T-andstæða). Það er að segja, virkni hippocampal var hærri fyrir nýbætt áreiti og kunnugleg áreynslulaus áreiti (athugaðu að bæði þessi áreiti voru sett fram í sama samhengi) en fyrir skáldsögu sem ekki var umbunað og kunnuglegt umbun (aftur, hafðu í huga að bæði þessi áreiti voru sett fram í sama samhengi). Fyrirhugaður samanburður eftir hoc staðfesti tölfræðilega marktækur munur á skáldsöguverðlaunum og skáldsögu sem ekki eru verðlaunaðir (P <0.025) og kunnugleg verðlaun vs kunnugleg ekki verðlaunuð (P <0.01; Fig. 5).

Mynd 5 

fMRI niðurstöður Tilraun 2. Samspil nýjungar og umbunar sást í hippocampus og OFC. Innan hippocampus voru viðbrögð við kunnuglegum hlutum sem ekki voru verðlaun aukin samanborið við liði sem þekkt voru fyrir verðlaun ef þau voru sett fram í samhengi ...

Rétt er að taka fram að virkjunarmynstur fyrir samspil nýjungar og umbunar (36, −14, −16; Fig. 5) er aðliggjandi en ekki eins og virkjun aðaláhrifa nýjungar, sem er einnig staðsett innan hægri hippocampus (28, −14, −20; Fig. 3). Slík mismununarvirkjunarmynstur samsvarar tilgátum okkar, frumuskráningu í dýrum og fMRI rannsóknum manna. Dýrarannsóknir hafa til dæmis sýnt að mismunandi hippocampal taugafrumur geta brugðist við mismunandi eiginleikum (svo sem nýjung eða kunnugleika) innan sama verkefnis [Brown og Xiang,1998]. Í samræmi við þessar athuganir höfum við sýnt hjá mönnum að staðbundnar aðgerðir á hippocampal geta endurspeglað mismunandi eiginleika nýjungarvinnslu, alger nýjungarmerki, aðlögunarhæfðar stærðar nýjungarmerki og nýjunarspávillur, ([Bunzeck, o.fl. 2010], Stuðningsupplýsingar. Mynd S4). Johnson o.fl. (2008) greint frá því að staðbundin mjög náin virkjunarklasa sýndi mjög mismunandi viðbrögð við nýjung: einn þyrping sýndi flokkalegan mun á nýjum hlutum og gömlum hlutum en hinn þyrpingin sýndi línulega svörunarkröfu sem hlutverk aukinnar þekkingar á áreiti. Til að útiloka enn frekar möguleikann á rangri jákvæðri niðurstöðu beittum við litla bindi leiðréttingu á bæði virkjunarmynstrið með því að nota hægri fremri hippocampus sem rúmmál. Greiningin náði tölfræðilegri þýðingu (P ≤ 0.05; FWE leiðrétt).

Að lokum, við leitumst við að tengja umbun sem tengd var minni við svæðisbundin heilastarfsemi með aðhvarfsgreiningum (allar greiningar voru gerðar með gögnum úr tilraun 2). Í fyrsta lagi voru skáldsögu skáldsögunnar verðlaunaðar samanborið við skáldsögur sem ekki voru verðlaunaðar, settar inn í annað stigs einfalda aðhvarfsgreiningar með því að nota einstaka minnisbætur með umbun sem regressor (Δ leiðrétt högghlutfall = leiðrétt högghlutfall [Rcorr + Fcorr] fyrir skáldsöguverðlaun - leiðrétt högghlutfall fyrir skáldsögu sem ekki er verðlaunuð. Þessi greining var hvötuð af fyrstu athugun okkar á bættri heildarminni (þ.e. minningu og kunnugleika) fyrir nýjar myndir með umbun (Tilraun 1) og fyrri svipaðar niðurstöður [Adcock, o.fl.2006; Krebs, o.fl. 2009; Wittmann, o.fl. 2005]. Þetta leiddi í ljós verulega jákvæða fylgni milli hemodynamic svara (HR) og endurbóta á viðurkenningarminni innan SN / VTA, hægri fremra MTL (mótun á nefbólgu hippocampus / amygdala) og hægri ventral striatum (Fig. 6, Stuðningsupplýsingatafla S1 fyrir öll virk svæði. Í annarri aðhvarfsgreiningu var sami andstæða fyrir kunnuglegar myndir (kunnugleg umbun samanborið við kunnugleg ekki umbun) tengd við einstaka endurköllunarhraða (hegðunarlega, endurminningarhlutfall var verulega bætt fyrir kunnugleg verðlaun miðað við myndir sem ekki voru verðlaunaðar en framför í Fcorr). Þar sem RTs fyrir kunnuglegar verðlaunaðar myndir voru marktækt hraðari en fyrir kunnuglegar myndir sem ekki voru verðlaunaðar, var mismunurinn á báðum fyrir hvert efni einnig sleginn inn sem regressor. Hér höfðum við aðeins áhuga á þeim svæðum sem sýndu verulega jákvæða fylgni milli HR munur (kunnugleg verðlaun vs kunnugleg ekki verðlaunuð) og aukið minningarhlutfall (kunnuglegt verðlaunað vs kunnuglegt ekki verðlaunað) en ekki þau sem sýndu einnig fylgni við RT framför. Þessi greining leiddi í ljós svipuð áhrif og fyrsta aðhvarfsgreiningin, nefnilega marktæk fylgni milli endurbóta á HR og umbunartengdri endurheimtunarhraða innan ventral striatum (vinstri), hægri hippocampus og vinstri nefslímhúð (Fig. 7, Stuðningsupplýsingatafla S1), en engin fylgni innan SN / VTA. Tölfræðilega næmari greining eftir hoc á SN / VTA voxel [4, −18, −16] sem sýndi fram á marktæk fylgni nýrra mynda leiddi ekki í ljós neina fylgni milli hemodynamic svara og bættrar endurminningarhraða fyrir kunnuglegar myndir (r = -0.07, P = 0.811).

Mynd 6 

fMRI niðurstöður Tilraun 2 – aðhvarfsgreining. Veruleg fylgni milli endurbóta á viðurkenningar minni fyrir skáldsögu verðlaunuð samanborið við myndir sem ekki voru verðlaunaðar (Δ leiðrétt högghlutfall) og blóðskilunarfræðilegur svörunarmunur milli skáldsögu ...
Mynd 7 

fMRI niðurstöður Tilraun 2 – aðhvarfsgreining. Veruleg fylgni milli endurbóta á minnkunarhraða fyrir kunnuglega umbunað samanborið við kunnuglegar myndir sem ekki voru verðlaunaðar (Δ endurminningarhlutfall) og hemodynamic svörunarmunur á milli ...

Umræða

Okkar niðurstaða að þyrping voxels innan MTL (þ.mt hippocampus og nefslímhúð) sýndi megináhrif nýjungar en ekki aðaláhrif umbunar (Mynd 3A, B), styður þá hugmynd að hippocampus og nefbarkar geti gefið merki um nýjung óháð umbunargildi. Þessi niðurstaða samræmist ýmsum dýrarannsóknum og mönnum sem benda til þess að bæði hippocampus og nefslímhúð séu viðkvæm fyrir nýjungum [Brown og Xiang,1998; Dolan og Fletcher, 1997; Riddari, 1996; Lisman og Grace, 2005; Skrýtið, o.fl. 1999; Yamaguchi, o.fl. 2004]. Hins vegar sýndi annað svæði í hippocampus einnig tilgátu samspil nýjungar og umbunar (Fig. 5) með verulega auknum hemodynamískum svörum við kunnuglegar ósamþykktar myndir ef þær voru settar fram í samhengi þar sem skáldsaga var verðlaunuð.

Þetta samspil nýjungar og umbun í hippocampus gefur vísbendingar um aðra spá okkar um samhengisáhrif í samræmi við umgjörð um bónus fyrir rannsóknir (sjá [Sutton og Barto,1981] til formlegrar lýsingar á rannsóknarbónus innan rannsóknar-misnotkunarvandans). Byggt á hugmyndinni um að nýjung geti starfað sem rannsóknarbónus til verðlauna [Kakade og Dayan, 2002] við spáðum því að í samhengi þar sem skáldsaga er verðlaunaður ætti að vera aukin könnun á kunnuglegu áreiti (jafnvel þegar þeim er ekki skilað). Samþykkt með þessum möguleika vakti kunnugleg áreynsla sterkari virkni hippocampal í samhengi þar sem framboð umbunar var gefið til kynna með því að vera skáldsaga samanborið við samhengi þar sem umbun er táknuð með því að vera kunnugleg. Þessi samhengi aukna virkjun tauga innan hippocampus við kóðun þýddi þó ekki beint í langtímaminni, það er betra minni fyrir kunnugleg atriði þegar þau voru kynnt í samhengi við nýjar umbunarspár. Þess í stað var árangur viðurkenningar knúinn áfram af umbunarspá fyrir stöðu hlutar bæði fyrir skáldsögu (Tilraun 1) og kunnuglegt (Tilraun 2) áreiti (sjá hér að neðan). Þetta bendir til þess að í tilraunaumhverfi þar sem umbunarspá og samhengi nýjungar geti bæði haft áhrif á nám, geti umbunarspá haft áhrif á yfirráð.

Önnur spá varðandi umgjörð um bónus fyrir rannsóknir var ekki staðfest. Við fundum engin heilasvæði sem sýndu helstu áhrif umbunar og á sama tíma verulega sterkari virkni fyrir nýjar umbunað en kunnugar umbunaðar myndir. Við fyrstu sýn virðist þessi neikvæða niðurstaða vera á skjön við fyrri rannsóknir [Krebs, o.fl.2009; Wittmann, o.fl. 2008]. Hins vegar, í báðum, Krebs o.fl. [ 2009] og Wittmann o.fl. [ 2008] rannsókn, bætt spá fyrir umbun fyrir skyndilegt áreiti fannst við aðstæður þar sem nýjunarstaða áreitis var óbein og þátttakendur mættu til að umbuna óvissuástandi. Reyndar, Krebs o.fl. greint frá því að þessi endurbætur væru fjarverandi þegar þátttakendur sóttu nýjunarstöðu áreitis frekar en að mæta til verðlauna viðbragða (hafðu þó í huga að í Krebs o.fl. var nýjungarstaðan í sjálfu sér ekki fyrirsjáanleg um umbun). Þess vegna, ólíkt samhengi samspils nýjungar og umbunar (Fig. 5), þessi þáttur í rannsóknarbónusnum gæti verið mjög háð verkefnum sem kemur aðeins fram þegar einstaklingar geta mætt til að verðlauna viðbúnað án þess að þurfa að meta nýjung. Lagt hefur verið til á grundvelli nagdýrarannsókna að forront og hippocampal aðföng keppi sín á milli um stjórnun á kjarna accumbens (hluti af ventral striatum) [Goto og Grace, 2008]. Það er trúlegt að athygli tengd verkefni við nýjung eða umbun hafi áhrif á slíka keppni.

Skor fyrir minni viðurkenningar úr tilraun 1 (Fig. 2) voru vel samrýmd rannsóknarbónusumgjörðinni við að sýna umbunartengda hegðunaraukningu langtímaminni fyrir skáldsögu en ekki fyrir kunnuglegt áreiti. Hins vegar voru hegðunarárangurinn sem fengust við aðstæður þar sem kóðun átti sér stað í fMRI skannanum (Tilraun 2) voru mismunandi að því leyti að minni fyrir kunnuglegt áreiti sýndi framför með umbun (fyrir ný áreiti náði þessi aukahluti ekki þýðingu). Ein ástæðan fyrir þessu misræmi getur verið sú að í tilraun 1 voru kóðunarsamhengi og sóknarsamhengi næsta dag eins (einstaklingar lært og voru prófaðir í sama herbergi) en fyrir tilraun 2 voru þeir ólíkir (einstaklingar kóðaðir í fMRI og voru prófaðir í prufuherbergi). Það er vel þekkt að breytingar á milli kóðunar og endurheimtarsamhengis geta haft mikil áhrif á árangur minnisins [Godden og Baddeley,1975]. Samhæft þessum möguleika var árangur minnis talsvert minni í tilraun 2 en í tilraun 1 (Fig. 2). Slík samhengisáhrif geta einnig leitt til misræmis í hegðunarmynstrum sem fram komu í tilraunum 1 og 2.

Kjarnastrákurinn (Mynd 4A) og miðlungs forstilltu heilaberki (Mynd 4 C, D) sett fram helstu áhrif væntanlegra umbunargilda. Í verkefnum okkar var umbunarspá byggð á skýrri mismunun á nýjungum og því er ljóst að svæði sem lýsa væntum umbunagildum (ventral striatum, septum / fornix) þurfa aðgang að upplýsingum um minni fyrir myndina sem kynnt er. MTL er líklega uppruni slíkra lýsandi upplýsinga um minni. Reyndar, hippocampus og nefslímhúð, sem hluti af MTL, lýstu ekki aðeins helstu áhrifum nýjungar, heldur eru þau einnig vel þekkt að senda efferents til ventral striatum og miðlæga forstillta heilabarkins (athugið að vörpun frá nefbarki til NAcc stafar fyrst og fremst af heilabarki [Friedman, o.fl.2002; Selden, o.fl. 1998; Thierry, o.fl. 2000]). Nákvæmar leiðir og reikniaðferðir, sem geta verið fólgnar í því að þýða nýjung í umbunarviðbrögð, eru óljósar. Þetta felur hugsanlega í sér miðlæga heilaberki (þ.m.t. svigrúm) sem er í takt við fyrri rannsóknir [O'Doherty, o.fl. 2004; Ranganath og Rainer, 2003] –Tjáði bæði nýjung og verðlaun tengda virkjun (Mynd 3C og 4C, D).

Hagnýtur afleiðingar niðurstaðna okkar varðandi framsetningu á nýjungar og umbunarsvörun í hippocampus, SN / VTA, ventral striatum og medial PFC eru teknar saman í Figure8. Til að veita stuðning við þetta líkan reiknuðum við fylgni á milli virkjunar svæðanna okkar sem vekur áhuga, með því að nota Spearman fylgigreiningu fyrir hvert viðfangsefni í afleiddu tímaröðinni, til að bjóða upp á fylgnistuðul hóps R og a P-virði.

Mynd 8 

Skýringarmynd af starfrænum tengslum hippocampus, Nucleus accumbens (NAcc), medial forrontale heilaberki (mPFC) og substantia nigra / ventral tegmental area (SN / VTA). Til að veita stuðning við þetta líkan reiknuðum við fylgni milli ...

Þar sem umbunin var háð nýjung og eina svæðið sem táknaði báðar tegundir merkjanna var mPFC, líklegt er að þetta svæði sé uppspretta nýjatölvubundinna merkjagjafa (R = 0.09; P <0.001). Hippocampus er aftur á móti líklegast uppspretta nýjungarmerkisins fyrir mPFC (R = 0.11; P <0.001). Þetta er líklegt í ljósi þess að það eru beinar áætlanir frá hippocampus til mPFC [Ferino, et al.1987; Rosene og Van Hoesen, 1977]. Það er einnig trúlegt að mPFC umbunarmerki er síðan komið til NAcc (R = 0.09; P <0.001) og SN / VTA (R = 0.03; P = 0.08). Þess ber að geta að SN / VTA merkið var aðeins í samhengi við nýjamóttækið mPFC (R = 0.03; P = 0.08) en ekki verðlaun móttækilegur mPFC (R = 0.007; P > 0.6). Þetta bendir til þess að mOFC inntak í SN / VTA gæti komið sterkari út frá þeim mPFC svæðum sem tengjast nýjungarvinnslu frekar en umbun vinnslu. Athugun okkar á því að mPFC bregst við nýjungum og tengist SN / VTA merkinu er einnig samrýmanleg tillögunni [Lisman og Grace, 2005] að PFC er uppspretta nýjungamerkis inn í dópamínvirk rafrásir. Hlutverk NAccsins í nýjungamerkjum er þó enn óljóst [Duzel, o.fl. 2009]. Það er, þrátt fyrir að við fylgjumst ekki með nýjungamerkjum innan NAcc, þá væri sterk fylgni milli merkja í NAcc og nýsköpun mOFC svæða (R = 0.09; P <0.001), NAcc og nýbreytni móttækileg hippocampus svæði (R = 0.15; P <0.001) og NAcc og SN / VTA (R = 0.19; P <0.001). Að lokum skal tekið fram að örvarnar í líkaninu okkar gefa til kynna áætlaða stefnu á grundvelli þekktra framreikninga fremur en magnbundið orsakasamhengi.

Verðlaunatengd endurbætur á þekkingarminni voru í tengslum við ventral striatum, SN / VTA og MTL örvun (Fig. 6). Mikilvægur þáttur í námi og líkamsrækt í hippocampal er krafa um DA í tjáningu seint stigs LTP (langtíma aukning) en ekki snemma áfanga LTP [Frey og Morris,1998; Frey, o.fl. 1990; Huang og Kandel 1995; Jay 2003; Morris 2006]. Þetta styður þá skoðun að krafist sé DA fyrir langtímaminniþjöppun, sem er studd af nýlegum hegðunargögnum hjá nagdýrum [O'Carroll, o.fl. 2006]. Gögnin okkar eru samhæfð þessari skoðun og sýna fram á fylgni milli langtímaminnisbóta með umbun einum degi eftir kóðun og virkjun innan hugsanlegrar dópamínvirkra svæða og hippocampus. Sérstaklega sjáum við fylgni fyrir nýjar umbunaðir hlutir sem ekki eru verðlaunaðir innan SN / VTA, ventral striatum og hippocampus og fylgni fyrir kunnuglega verðlaunaða hluti sem eru ekki verðlaunaðir innan ventral striatum og hippocampus. Í ljósi þess að ventral striatum er aðal framleiðsluskipulag dópamínvirka miðhjálpsins (SN / VTA) [Fields, o.fl. 2007] Niðurstöður okkar benda til þess að hæfni til að fylgjast með umbunartengdri aukningu langtímaminni í gegnum hippocampal-SN / VTA takmarkist ekki við ný áreiti heldur gildir einnig um kunnuglegt áreiti. Reyndar er líklegt að þekkingin á meðal kunnuglegra áreita (við kóðun) hafi verið mjög breytileg og að þau áreiti sem kóðunin hafi notið mestar umbuna hafi verið minnst kunnugleg (tiltölulega nýleg). Þess vegna er sanngjarnt að gera ráð fyrir að fylgni fyrir skáldsögurnar og kunnuglegar áreiti flokkar hafi verið drifnar áfram af sömu aðferðum.

Við fylgjumst einnig með helstu áhrifum umbunar í septum / fornix (Mynd 4B), svæði sem líklegt er að hýsi kólínvirkum taugafrumum sem miða við miðlæga tímabundna uppbyggingu. Athyglisvert er að dýrarannsóknir sýna að svipað og DA taugafrumur, kólínvirka taugafrumur (í grunnhjálpinni) bregðast við nýjungum og venja þegar áreiti verður kunnugt [Wilson and Rolls,1990b]. En í verkefnum þar sem kunnug áreiti spá um umbun, endurspeglar virkni grunnheila taugafrumna umbunarspá frekar en nýjunarstöðu [Wilson og Rolls, 1990a]. Niðurstöður okkar (Mynd 4B) samrýmast athugun á Wilson og Rolls (1990a) þó að við getum ekki sagt að hve miklu leyti þessi virkjun felur í raun í sér svörun kólínvirkra taugafrumna.

Samanlagt endurtökum við nýlegar athuganir á því að virkni ventral striatum, SN / VTA, hippocampus og nefslímhúðarinnar var í tengslum við umbunartengd minnisbætur sem samrýmast hippocampus-SN / VTA lykkjunni. Mikilvægt er að niðurstöður okkar veita nýja lykilinnsýn í virkni eiginleika íhluta þessarar lykkju. Í verkefni þar sem nýjasta staða hlutar spáði umbun lýsti hippocampus ákjósanlega nýjasta stöðunni en ventral striatum virkni endurspeglaði verðlaunin óháð stöðu nýjungar. Meðal PFC (þ.mt svigrúmshlutar) var líklega staðurinn þar sem nýjungar og umbunarmerki voru samofin vegna þess að það lýsti bæði nýjungar og umbunaráhrifum og er vitað að það tengist hippocampus og ventral striatum. Að lokum, í samræmi við rannsóknarbónuskenninguna [Kakade og Dayan,2002] skáldsögu umbun sem spáði fyrir áreiti sem hafði samhengi til að auka áhrif á kunnugleg (ekki gefandi) atriði, sem voru gefin upp sem aukin taugasvörun í hippocampus.

Acknowledgments

Við viljum þakka K. Herriot fyrir stuðninginn við öflun gagna.

Viðbótarupplýsingar um stuðning má finna í netútgáfu þessarar greinar.

HEIMILDIR

  • Adcock RA, Thangavel A, Whitfield-Gabrieli S, Knutson B, Gabrieli JD. Verðlaun-hvetja nám: Mesolimbic örvun á undan myndun minni. Neuron. 2006; 50: 507 – 517. [PubMed]
  • Andersson JL, Hutton C, Ashburner J, Turner R, Friston K. Modelling geometric deformations in EPI time series. Neuroimage. 2001; 13: 903 – 919. [PubMed]
  • Ashburner J, Friston KJ. Ólínuleg staðbundin staðalmyndun með grunnaðgerðum. Hum Brain Mapp. 1999; 7: 254 – 266. [PubMed]
  • Berridge KC. Umræðan um hlutverk dópamíns í umbun: Málið fyrir hvatningu. Sálheilsufræði (Berl) 2007; 191: 391–431. [PubMed]
  • Brown MW, Xiang JZ. Viðurkenningar minni: taugafrumur undirlag dómsins um fyrri atburði. Prog Neurobiol. 1998; 55: 149 – 189. [PubMed]
  • Bunzeck N, Duzel E. Absolute Coding of Stimulus Novelty in the Human Substantia Nigra / VTA. Neuron. 2006; 51: 369 – 379. [PubMed]
  • Bunzeck N, Schutze H, Stallforth S, Kaufmann J, Duzel S, Heinze HJ, Duzel E. Mesolimbic nýjungarvinnsla hjá eldri fullorðnum. Cereb Cortex. 2007; 17: 2940 – 2948. [PubMed]
  • Bunzeck N, Doeller CF, Fuentemilla L, Dolan RJ, Duzel E. Verðlaun hvati flýtir fyrir því að taugaboð nýjamerkja í mönnum verða 85 millisekúndur. Curr Biol. 2009; 19: 1294 – 1300. [PMC ókeypis grein] [PubMed]
  • Bunzeck N, Dayan P, Dolan RJ, Duzel E. Algengur búnaður til að aðlagast stigstærð á umbun og nýjung. Hum Brain Mapp. 2010; 31: 1380 – 1394. [PMC ókeypis grein] [PubMed]
  • Deichmann R, Gottfried JA, Hutton C, Turner R. Bjartsýni EPI fyrir fMRI rannsóknir á heilahimnubarki. Neuroimage. 2003; 19 (2 Pt 1): 430 – 441. [PubMed]
  • Devenport LD, Devenport JA, Holloway FA. Staðalímynd af völdum umbunar: mótun af hippocampus. Vísindi. 1981; 212: 1288 – 1289. [PubMed]
  • Dolan RJ, Fletcher PC. Aðgreina forstillingar og hippocampal virkni í kóðun þáttaraminnis. Náttúran. 1997; 388: 582 – 585. [PubMed]
  • Duzel E, Bunzeck N, Guitart-Masip M, Wittmann B, Schott BH, Tobler PN. Virk myndataka af dópamínvirku miðhjálpinni. Þróun Neurosci. 2009; 32: 321 – 328. [PubMed]
  • Eckert T, Sailer M, Kaufmann J, Schrader C, Peschel T, Bodammer N, Heinze HJ, Schoenfeld MA. Aðgreining á sjálfvakta Parkinsonsveiki, rýrnun margfeldiskerfis, framsækin kyrrlömun og heilbrigð stjórnun með segulmyndun með segulmagnaðir flutningi. Neuroimage. 2004; 21: 229-235. [PubMed]
  • Ferino F, Thierry AM, Glowinski J. Líffærafræðilegar og rafgreiningar vísbendingar um beina vörpun frá horni Ammon að miðlægri heilaberki í rottum. Exp Brain Res. 1987; 65: 421–426. [PubMed]
  • Fields HL, Hjelmstad GO, Margolis EB, Nicola SM. Taugafrumum í miðlægu þéttingarhverfi í lærðri atferli og jákvæðri styrkingu. Annu séraður Neurosci. 2007; 30: 289 – 316. [PubMed]
  • Frey U, Morris RG. Synaptic merking: afleiðingar fyrir seint viðhald hippocampal langtíma aukningar. Þróun Neurosci. 1998; 21: 181 – 188. [PubMed]
  • Frey U, Schroeder H, Matthies H. Dopaminergic blokkar koma í veg fyrir langtímaviðhald LTP á staðnum á CA1 svæðinu í hippocampal sneiðum úr rottum. Brain Res. 1990; 522: 69 – 75. [PubMed]
  • Friedman DP, Aggleton JP, Saunders RC. Samanburður á hippocampal, amygdala og perirhinal spá við kjarna accumbens: sameinað rannsókn á legslímu og afturgraut í Macaque heila. J Comp Neurol. 2002; 450: 345 – 365. [PubMed]
  • Friston KJ, Fletcher P, Josephs O, Holmes A, Rugg MD, Turner R. Atburðatengd fMRI: einkenna mismunadrif. Neuroimage. 1998; 7: 30 – 40. [PubMed]
  • Gasbarri A, Packard MG, Campana E, Pacitti C. Anterograde og afturgróið rekja vörpun frá ventral tegmental svæðinu til hippocampal myndunar í rottunni. Brain Res Bull. 1994; 33: 445 – 452. [PubMed]
  • Gasbarri A, Sulli A, Packard MG. Dopaminergic mesencephalic spár á hippocampal myndun hjá rottum. Prog neuropsychopharmacol Biol geðlækningar. 1997; 21: 1 – 22. [PubMed]
  • Godden DR, Baddeley AD. Samhengisháð minni í tveimur náttúruumhverfum: Á landi og neðansjávar. British Journal of Psychology. 1975; 66: 325 – 331.
  • Goto Y, Grace AA. Limbic og cortical upplýsingar vinnslu í kjarnanum accumbens. Stefna Neurosci. 2008; 31: 552-558. [PMC ókeypis grein] [PubMed]
  • Hjálmar G, Draganski B, Frackowiak R, Ashburner J, Weiskopf N. Bætt skipting djúps heila gráu efnisbygginga með því að nota segulmagnaflutning (MT) færibreytukort. Neuroimage. 2009; 47: 194 – 198. [PMC ókeypis grein] [PubMed]
  • Holscher C, Jacob W, Mallot HA. Verðlaun mótar taugavirkni í hippocampus rottunnar. Behav Brain Res. 2003; 142: 181 – 191. [PubMed]
  • Huang YY, Kandel ER. D1 / D5 viðtakaörvar örva prótínmyndun háð seint styrking á CA1 svæðinu í hippocampus. Proc Natl Acad Sci US A. 1995; 92: 2446 – 2450. [PMC ókeypis grein] [PubMed]
  • Hutton C, Bork A, Josephs O, Deichmann R, Ashburner J, Turner R. Leiðrétting á myndun bjögunar í fMRI: Tölulegt mat. Neuroimage. 2002; 16: 217 – 240. [PubMed]
  • Hutton C, Deichmann R, Turner R, Andersson JL. 2004. Samsett leiðrétting á rúmfræðilegri bjögun og samspili þess við höfuðhreyfingu í fMRI; Málsmeðferð ISMRM 12, Kyoto, Japan.
  • Ikemoto S. Dópamín umbunarkerfi: Tvö vörpunarkerfi frá miðlæga leginu að kjarnanum accumbens-lyktarhnoðrafléttunni. Brain Res séra 2007; 56: 27 – 78. [PMC ókeypis grein] [PubMed]
  • Jay TM. Dópamín: hugsanlegt hvarfefni fyrir synaptic plasticity og minni fyrirkomulag. Prog Neurobiol. 2003; 69: 375 – 390. [PubMed]
  • Johnson JD, Muftuler LT, Rugg MD. Margfeldi endurtekningar sýna að hippocampal virkni og anatomískt greinileg munur er stöðugt viðurkennandi minni. Hippocampus. 2008; 18: 975 – 980. [PMC ókeypis grein] [PubMed]
  • Kakade S, Dayan P. Dopamine: Alhæfing og bónus. Neural Netw. 2002; 15: 549 – 559. [PubMed]
  • Knight R. Framlag mannkyns hippocampal svæðis til nýjungar uppgötvunar. Náttúran. 1996; 383: 256 – 259. [PubMed]
  • Knutson B, Cooper JC. Hagnýtur segulómun á umbunarspá. Curr Opin Neurol. 2005; 18: 411 – 417. [PubMed]
  • Krebs RM, Schott BH, Schutze H, Duzel E. Nýjungarannsóknarbónusinn og athygli mótun hans. Taugasálfræði. 2009; 47: 2272 – 2281. [PubMed]
  • Li S, Cullen WK, Anwyl R, Rowan MJ. Dópamínháð auðveldun á örvun LTP í hippocampal CA1 með útsetningu fyrir staðbundinni nýjung. Nat Neurosci. 2003; 6: 526 – 531. [PubMed]
  • Lisman JE, Grace AA. Hippocampal-VTA lykkjan: Stjórna færslu upplýsinga í langtímaminni. Neuron. 2005; 46: 703 – 713. [PubMed]
  • Ljungberg T, Apicella P, Schultz W. Svör við dopamín taugafrumum í apa meðan á að læra af hegðunarviðbrögðum. J Neurophysiol. 1992; 67: 145-163. [PubMed]
  • Mesulam MM. Frá tilfinningu til vitsmuna. Heila. 1998; 121 (Pt 6): 1013 – 1052. [PubMed]
  • Morris RG. Frumefni í taugasálfræðilegri kenningu um starfsemi hippocampal: Hlutverk synaptic plasticity, synaptic tagging og schemas. Eur J Neurosci. 2006; 23: 2829 – 2846. [PubMed]
  • Niv Y, Daw ND, Joel D, Dayan P. Tonic dópamín: kostnað vegna tækifæra og stjórnun svigrúmi. Psychopharmaology (Berl) 2007; 191: 507 – 520. [PubMed]
  • O'Carroll CM, Martin SJ, Sandin J, Frenguelli B, Morris RG. Dópamínvirk mótun á þrautseigju minni sem háð er hippocampus. Lærðu Mem. 2006; 13: 760–769. [PMC ókeypis grein] [PubMed]
  • O'Doherty JP, Deichmann R, Critchley HD, Dolan RJ. Taugasvörun meðan á aðdraganda aðalbragðsverðs stendur. Neuron. 2002; 33: 815-826. [PubMed]
  • O'Doherty J, Dayan P, Schultz J, Deichmann R, Friston K, Dolan RJ. Órjúfanlegt hlutverk ventral- og bakbandsstríms við hljóðfæraleik. Vísindi. 2004; 304: 452 – 454. [PubMed]
  • Ploghaus A, Tracey I, Clare S, Gati JS, Rawlins JN, Matthews PM. Að læra um sársauka: Tauga undirlag spávillunnar vegna ógeðfelldra atburða. Proc Natl Acad Sci US A. 2000; 97: 9281 – 9286. [PMC ókeypis grein] [PubMed]
  • Purves D, Bonardi C, Hall G. Auka dulda hömlun hjá rottum með raflausnarskemmdum í hippocampus. Láttu Neurosci. 1995; 109: 366 – 370. [PubMed]
  • Ranganath C, Rainer G. Taugakerfi til að greina og muna eftir nýjum atburðum. Nat séraungur. 2003; 4: 193 – 202. [PubMed]
  • Rolls ET, Xiang JZ. Umbun og staðbundnar skoðanir og nám í frumhippi. J Neurosci. 2005; 25: 6167 – 6174. [PubMed]
  • Rosene DL, Van Hoesen GW. Hippocampal efferents ná víðtækum svæðum heilabarkar og amygdala í rhesus apanum. Vísindi. 1977; 198: 315 – 317. [PubMed]
  • Selden NR, Gitelman DR, Salamon-Murayama N, Parrish TB, Mesulam MM. Brautir á kólínvirkum leiðum innan heila heilahvela mannsins. Heila. 1998; 121 (Pt 12): 2249 – 2257. [PubMed]
  • Smith Y, Kieval JZ. Líffærafræði dópamínkerfisins í basli ganglia. Þróun Neurosci. 2000; 23 (10 Suppl): S28 – S33. [PubMed]
  • Sokolov EN. Hærri taugastarfsemi; stefnumörkun viðbragðs. Annu séra Physiol. 1963; 25: 545 – 580. [PubMed]
  • Solomon PR, Vander Schaaf ER, Thompson RF, Weisz DJ. Hippocampus og snefilaðgerð á klassískt skilyrta nictitating himnusvörun kanínunnar. Behav Neurosci. 1986; 100: 729–744. [PubMed]
  • Skrýtinn BA, Fletcher PC, Henson RN, Friston KJ, Dolan RJ. Aðgreina aðgerðir hippocampus manna. Proc Natl Acad Sci US A. 1999; 96: 4034 – 4039. [PMC ókeypis grein] [PubMed]
  • Sutton RS, Barto AG. Í átt að nútímalegri kenningu um aðlögunarnet: Eftirvænting og spá. Psychol séra 1981; 88: 135 – 170. [PubMed]
  • Tabuchi ET, Mulder AB, Wiener SI. Staða og hegðun mótun samstillingu hippocampal og accumbens losun taugafrumum í rottum sem hreyfast frjálst. Hippocampus. 2000; 10: 717 – 728. [PubMed]
  • Thierry AM, Gioanni Y, Degenetais E, Glowinski J. Hippocampo-prefrontal heilaberki: Anatomical og raf-lífeðlisfræðileg einkenni. Hippocampus. 2000; 10: 411 – 419. [PubMed]
  • Tulving E. Minni og meðvitund. Kanadísk sálfræði. 1985; 26: 1 – 12.
  • Weiner I. „Tvíhöfða“ dulda hömlunarlíkanið við geðklofa: Að móta jákvæð og neikvæð einkenni og meðferð þeirra. Psychopharmaology (Berl) 2003; 169 (3 – 4): 257 – 297. [PubMed]
  • Weiskopf N, Helms G. Kortagerð með fjölbreytum í heila manna með 1mm upplausn á minna en 20 mínútum. ISMRM 16, Toronto, Kanada: 2008.
  • Weiskopf N, Hutton C, Josephs O, Deichmann R. Bestu EPI færibreytur til að draga úr næmi af völdum BOLD næmi: Heilgreining á 3 T og 1.5 T. Neuroimage. 2006; 33: 493 – 504. [PubMed]
  • Wilson FA, Rolls ET. Lærdómur og minni endurspeglast í svörun styrkingartengdra taugafrumna í frumheilbrigðinu. J Neurosci. 1990a; 10: 1254 – 1267. [PubMed]
  • Wilson FA, Rolls ET. Neuronal svör tengd nýjung og frægð sjónræns áreynslu í substantia innominata, skáhlið Broca og miðju svæðisins í aðalfrumheilaborginni. Exp Brain Res. 1990b; 80: 104 – 120. [PubMed]
  • Wirth S, Avsar E, Chiu CC, Sharma V, Smith AC, Brown E, Suzuki WA. Niðurstaða reynslunnar og tengd námsmerki í apanum hippocampus. Neuron. 2009; 61: 930 – 940. [PMC ókeypis grein] [PubMed]
  • Wittmann BC, Schott BH, Guderian S, Frey JU, Heinze HJ, Duzel E. Verðlaunartengd FMRI virkjun dópamínvirkrar miðhjúps er tengd aukinni hippocampus háðri langtímamyndun. Neuron. 2005; 45: 459 – 467. [PubMed]
  • Wittmann BC, Bunzeck N, Dolan RJ, Duzel E. Þátttaka í nýliða nýliðar umbunarkerfi og hippocampus en stuðla að endurminningum. Neuroimage. 2007; 38: 194 – 202. [PMC ókeypis grein] [PubMed]
  • Wittmann BC, Daw ND, Seymour B, Dolan RJ. Striatal virkni liggur að baki nýjungartengdu vali hjá mönnum. Neuron. 2008; 58: 967 – 973. [PMC ókeypis grein] [PubMed]
  • Yamaguchi S, Hale LA, D'Esposito M, Knight RT. Hröð venja fyrir framan hippocampal við skáldsöguatburði. J Neurosci. 2004; 24: 5356–5363. [PubMed]