Reward-leiðsögn nám utan dópamíns í kjarnanum accumbens: samþættingar aðgerðir cortico-basal ganglia net (2008)

Það hefur orðið algengt í nýlegum bókmenntum að finna monolithic hugtakið 'umbun' sem er beitt á jafna hátt eftir lystandi hegðun, hvort sem á að tákna eitthvað sem er gott fyrir lífveruna (venjulega frá sjónarhóli tilraunaaðila), eða notað til jafns við eldri hugtök eins og „styrking“ eða „hvatning.“ Þetta ástand er hvatt af, ef ekki sjálfum afleiðingum þess, að einbeita sér að einu tauga undirlagi til „umbunar“ sem felur í sér losun dópamíns (DA) í kjarna accumbens (Berke og Hyman, 2000; Grace o.fl., 2007).

Tengingin milli mesóaccumbens leiðar og umbunar, sem viðurkennd var fyrir áratugum, hefur verið endurnýjuð með nýlegri sönnunargögnum um að fasíska DA merkið umritar villu í spá fyrir umbun, sem væntanlega þjónar sem kennslumerki í samtengdu námig (Schultz o.fl., 1997). Samkvæmt vinsælustu túlkuninni, eins og það er eitt merki um umbun, svo er til eitt merki um verðlaunleiðsögn, sem í þessu tilfelli þýðir tengsl milli áreitis og umbunar (Montague o.fl., 2004). Spurningunni um hvernig þessi tegund náms lærir aðlögunarhæfileika hefur þó verið vanrækt; það er einfaldlega gert ráð fyrir að dópamínmerkið sé nægilegt bæði fyrir forspárnám og skilyrðileg viðbrögð sem verða til við það og fyrir markvissar aðgerðir sem fylgja tengslum þeirra við umbun. Þar af leiðandi er áhersla flestra rannsókna á sviði umbóta og fíknar DA merki og skyld plastleiki í mesóaccumbens leiðinni (Berridge og Robinson, 1998; Hyman o.fl., 2006; Grace o.fl., 2007).

Þessi skoðun á umbunaferlinu, eins og þekkist í auknum mæli (Cardinal o.fl., 2002; Balleine, 2005; Everitt og Robbins, 2005; Hyman o.fl., 2006), er bæði ófullnægjandi og villandi. Það er ófullnægjandi vegna þess að hvorki er hægt að útskýra öflun né frammistöðu markmælaaðgerða með tilliti til tengslaferla sem miðla áreiti um áreiti-umbun. Það er ennfremur villandi vegna þess að einbeitingin á virkni í mesóaccumbens leiðinni, sem hvorki er nauðsynleg né næg til aðgerða sem beinast að markmiði, hefur beint athyglinni frá grundvallarspurningunni um nákvæmlega hver markmiðamiðaðar aðgerðir eru og hvernig þær eru útfærðar af heilanum. Reyndar, samkvæmt samleitnum gögnum frá ýmsum tilraunaaðferðum, gæti það sem áður hefur virst vera einn umbunarmáttur í raun samanstendur af mörgum ferlum með mismunandi hegðunaráhrif og tauga undirlag (Corbit et al., 2001; O'Doherty o.fl., 2004; Yin o.fl., 2004; Delgado o.fl., 2005; Yin o.fl., 2005b; Haruno og Kawato, 2006a; Tobler o.fl., 2006; Jedynak o.fl., 2007; Robinson o.fl., 2007; Tobler o.fl., 2007).

Hér reynum við að afhjúpa nokkur vandamál sem tengjast núverandi mesóaccumbens líkani og leggja til í staðinn annað líkan af verðlaunum leiðsagnarnámi. Við munum halda því fram að striatum sé mjög ólík uppbygging sem hægt er að skipta í að minnsta kosti fjögur hagnýt lén, sem hvert um sig virkar sem miðstöð í aðgreindu virku neti með öðrum barkalaga, þalamyndum, fölhimnuðu og miðhjúpi.. Sameina aðgerðir þessara netkerfa, allt frá framleiðslu skilyrðislausra svara sem fengin eru með umbun til stjórnunar á markvissum aðgerðum, er hægt að aðgreina og rannsaka með því að nota atferlisgreiningar samtímans.

Spá og eftirlit

Oft er gert ráð fyrir að mesóaccumbens leiðin sé nauðsynleg til að öðlast tengsl milli umbunar og áreynslu í umhverfismálum sem spá fyrir um þá umbun. Til dæmis, í sumum tilraunum þar sem kannað var fasísk virkni DA frumna sem fengin voru með umbun, voru öpum þjálfaðir í að tengja áreiti við afhendingu safa (Waelti o.fl., 2001) og svara síðan í áreiti með skilyrðum svörun (CR) - þátttökuað sleikja. Að sleikja apann gæti verið markstýrður því hann telur að það sé nauðsynlegt að fá safa. Að öðrum kosti er hægt að fá sleikju með því forgangsörvun sem safi er tengdur við. Hver af þessum ákvörðunarstöðum á því að sleikja öpurnar er að stjórna hegðuninni í einhverjum sérstökum aðstæðum er ekki vitað fyrirfram, og er ekki hægt að ákvarða með yfirborðslegri athugun; það er aðeins hægt að ákvarða með því að nota próf sem eru hönnuð sérstaklega fyrir þennan tilgang. Þessar prófanir, sem tekið hafa marga áratugi að þróa, mynda kjarna helstu nútímalegra framfara í rannsókn á námi og hegðun (Tafla 1). Frá notkun þessara prófa, sem verður fjallað um hér að neðan, vitum við að sömu hegðunarviðbrögð - hvort sem það er sjúkraflutning, stefna eða ýta á lyftistöng - geta stafað af margvíslegum áhrifum sem eru misvísandi tilraunir.

  

Tafla 1

Verðlaun-leiðsögn náms

Ónæmi fyrir aðal tvíræðni í raunverulegum ákvörðunaraðilum hegðunar er því helsta vandamálið við núverandi taugavísindalega greiningu á laununarstýrðu námi. To skilja mikilvægi þessa vandamáls, það er nauðsynlegt að meta muninn á því hvernig fyrirsjáanlegt (eða pavlovskt) nám og markmiðsstýrt (eða tæknilegt) nám stjórna matarlystandi hegðun. Reyndar, miðað við hversu oft þessir tveir ferlar hafa verið ruglaðir saman í fræðiritum um umbun, virðist stutt yfirferð um þennan greinarmun vera gagnleg upphafspunktur í umfjöllun okkar.

Við lystandi Pavlovian ástand, er umbunin (þ.e. skilyrðislaus áreiti eða BNA) paruð með áreiti (skilyrt áreiti eða CS), óháð hegðun dýrsins, en í hljóðfæraleik, er umbunin háð aðgerðum dýranna. Mikilvæg spurningin í báðum tilvikum er hins vegar hvort hvati-umbunasamtökin eða aðgerð-umbunasamtökin stjórna hegðun.

Eins einfalt og það virðist sem þessi spurning rak rannsóknarmennina í marga áratugi að mestu leyti vegna þess að hegðunarviðbrögð við þessar aðstæður geta verið eins.

Þannig geta skilyrt viðbrögð (CRs) sem stjórnað er af Pavlovian hvati-umbunasamtökunum oft haft spón af markvissri stefnu varðandi þau. Jafnvel munnvatn, upphaflegur CR Pavlov, gæti hafa verið framleiddur af hundum hans sem vísvitandi tilraun til að auðvelda inntöku. Það er einmitt vegna þessarar tvíræðni að augljósasta skýringin - nefnilega að við Pavlovian-skilyrðingu er hvati-útkomufélagið lært, en við tæknileg skilyrði er aðgerð-útkomusambandið lært - tókst ekki að fá mikinn stuðning í marga áratugi (Skinner, 1938; Ashby, 1960; Bolles, 1972; Mackintosh, 1974). Engu að síður, þó að margir Pavlovian CRs séu sjálfráðir eða fullgildir, þá eru aðrir CRs, svo sem nálgun hegðun gagnvart umbun, ekki svo einkennandi (Rescorla og Solomon, 1967); Reyndar, þeir geta auðveldlega verið skakkir vegna tæknilegra aðgerða (Brown og Jenkins, 1968; Williams og Williams, 1969; Schwartz og Gamzu, 1977). Við vitum núna að þrátt fyrir yfirborðslega líkingu, eru Pavlovian CRs og markmiðstengdar hljóðfæraleikir mismunandi í framsetningunni sem stjórnar árangri viðbragða (Schwartz og Gamzu, 1977).

Beinasta leiðin til að komast að því hvort árangur svara sé miðlaður af hvati-umbun eða aðgerð-umbunasamtökum er að skoða sérstaka viðbúnaðarstýringu. Dæmi munnvatns er lærdómsríkt hér. Sheffield (1965) prófað hvort munnvatni við Pavlovian-ástand var stjórnað af tengslum þess við umbun eða með hvati-umbunasamtökunum. Í tilraun sinni fengu hundar pör á milli tónar og matarlauna (Sheffield, 1965). Hins vegar, ef hundarnir möltuðu við tóninn, var maturinn ekki afhentur í þeirri rannsókn. Þetta fyrirkomulag hélt Pavlovískt samband milli tóns og matar, en afnumin öll bein tengsl milli munnvatns og matargjafar. Ef munnvatnið var aðgerð sem stjórnað var af tengslum þess við fæðu, ættu hundarnir að hætta að munnvatna - reyndar ættu þeir aldrei að fá munnvatni að tóninum. Sheffield fann að það var greinilega Pavlovian tón-fæðusambandið sem stjórnaði munnvatni CR. Meðan á 800 samanburði við tón-fæðu var að ræða, fengu hundarnir og mældu munnvatni að tóninum, jafnvel þó að það hafi leitt til þess að þeir misstu mestan mat sem þeir hefðu getað fengið með því að salta ekki. Aðrir fengu svipaða niðurstöðu í rannsóknum á mönnum (Pithers, 1985) og öðrum dýrum (Brown og Jenkins, 1968; Williams og Williams, 1969; Holland, 1979); í öllum tilfellum virðist sem þrátt fyrir mikla fjölbreytni sé ekki hægt að stjórna svörum Pavlovs af tengslum þeirra við umbunina - þ.e. vegna viðbragða við aðgerðir.

Hugtakið viðbrögð vísar til skilyrtra tengsla milli atburðar 'A' og annars, 'B', þannig að viðburður B veltur á A. A af þessu tagi má auðveldlega rýrna með því að kynna B í fjarveru A. Þetta tilraunameðferð, kölluð viðbragð viðbragðs, er oft framkvæmd með því að bjóða upp á verðlaun óháð annað hvort forspárörvuninni eða aðgerðinni. Þó að þessi aðferð hafi upphaflega verið þróuð til að kanna ástand Pavlovs (Rescorla, 1968), hefur skerðing á ófyrirsjáanlegum hætti einnig orðið algengt tæki (Hammond, 1980). Þegar þessum viðbrögðum er beitt með beinum hætti kemur fram í námi: td við sjálfskipun er Pavlovian CR „dulbúið“ sem tæknileg aðgerð truflað með því að nota Pavlovian frekar en instrumental viðbúnað (Schwartz og Gamzu, 1977).

Markmiðaðar tækniaðgerðir einkennast af tveimur forsendum: 1) næmi fyrir breytingum á gildi útkomunnar og 2) næmi fyrir breytingum á viðbúnaði milli aðgerða og útkomu (Dickinson, 1985; Dickinson og Balleine, 1993). Næmi fyrir gengisfellingu einni, skal áréttað, dugar ekki til að einkenna viðbrögð sem markmiðsmiðuð vegna þess að sum svör Pavlovs geta einnig verið viðkvæm fyrir þessari meðferð (Holland og Rescorla, 1975). Samt sem áður er frammistaða markstýrðra hljóðfæraaðgerða einnig viðkvæm fyrir meðhöndlun á viðbrögð við aðgerðum og niðurstöðum, en viðbrögð Pavlovs eru viðkvæm fyrir meðhöndlun á viðbragðsáhrifum.Rescorla, 1968; Davis og Bitterman, 1971; Dickinson og Charnock, 1985). Mikilvæg undantekning er þó að finna í tilfellum venja (sjá hér að neðan), sem eru líkari svörum Pavlovs í hlutfallslegu ónæmi þeirra fyrir breytingum á tæknilegu viðbragði, en eru einnig tæmandi fyrir gengisfellingu vegna þess að útkoman er ekki hluti af framsetningunni sem stjórnar árangri (sbr. Dickinson, 1985 og hér að neðan til frekari umræðu).

Til að draga saman þá er það afar mikilvægt að tiltekin viðbrögð séu skýrt skilgreind með tilliti til ráðandi viðbúnaðar frekar en annað hvort með svarforminu eða atferlisverkefninu sem notað er til að koma því á framfæri. Án þess að skoða stjórnandi viðbúnað í tilteknum aðstæðum er líklegt að bæði hegðunin og taugaferlarnir sem finnast til að miðla hegðuninni séu líklegir. Að lokum, eins og við munum halda því fram, eru það raunveruleg stjórnandi viðbrögð, sem fengin eru með námi og útfærð af sérstökum taugakerfum, sem stjórna hegðun, þó að þau geti haft sömu 'loka sameiginlegu leið'. Þess vegna er aðaláskorunin að ganga lengra en útlit er fyrir að afhjúpa undirliggjandi viðbragðsstjórnandi hegðun (sjá samantekt Tafla 1). Til að halda því fram að sértæk taugakerfi miðli tiltekinni sálfræðilegri getu, td markstefnu, verður að meta stöðu hegðunarinnar með viðeigandi atferlisgreiningum. Að gera annað er að bjóða upp á rugling þar sem hópar rífast um viðeigandi taugaákvörðunaraðila en ekki gera sér grein fyrir því að hegðunarverkefni þeirra gætu verið að mæla mismunandi fyrirbæri. Það sem skiptir öllu máli er að lokum það sem dýrið lærir í raun, ekki það sem reynir á að dýrið læri og það sem dýrið lærir í raun getur aðeins komið í ljós með greiningum sem beinlínis kanna innihald námsins.

Aðgreining Pavlov-instrumental hefði verið léttvæg, ef dýrinu tókst að læra það sama (segja tengsl á milli áreitis og umbunar), sama hver tilraunafyrirkomulagið er. Með því að nota algengustu ráðstafanir til að læra taugavísindi í dag er einfaldlega engin leið að segja til um. Þannig segjast vísindamenn oft rannsaka markmiðstengda hegðun án þess að skoða hvort viðkomandi hegðun beinist í raun að markmiðinu. Þó svo að almennt sé gert ráð fyrir að mismunandi tegundir náms nái til vegna notkunar mismunandi 'verkefna' eða 'hugmyndafræða', oftar en ekki tekst vísindamenn ekki að veita fullnægjandi rök fyrir forsendum þeirra.

Klassískt dæmi um þetta mál er notkun völundarhús til að læra nám. Eitt vandamál við völundarhússtilraunir og tengdar prófanir, eins og skilyrt staðsetningarkostur, er vandi þess að aðgreina áhrif Pavlovian (hvati-umbun) og tæknilegar (aðgerða-umbun) viðbrögð á hegðun (Dickinson, 1994; Yin og Knowlton, 2002). Þannig að fara í gegnum T-völundarhús til að fá mat gæti endurspeglað viðbragðsstefnu (beygt til vinstri) eða einfaldlega skilyrt nálgun í átt að einhverjum völundarhúsi fyrir utan völundarhús sem stjórnað er af bendingum um mataræði (Hvíldu, 1957). Ein leið til að prófa hvort hið síðarnefnda gegni hlutverki í frammistöðu er að snúa völundarhúsinu; Nú ættu nemendur að halda áfram að snúa til vinstri en þeir sem nota völundarhús utan völundarhús ættu að beygja til hægri. En eru þeir sem halda áfram að snúa til vinstri í raun með svörunarstefnu eða eru þeir aðeins að nálgast einhverja innan-völundarhús sem tengist mat? Það er ekki einfalt mál að komast að því, vegna þess að ekki er auðvelt að nota venjulegt eftirlit með stjórnun Pavlov á hegðun í völundarannsóknum. Eitt af þessu, tvíáttaeftirlitið, staðfestir að dýr geta haft stjórn á tilteknum svörum með því að krefjast þess að stefna svörunar sé snúið til að fá laun (Hershberger, 1986; Heyes og Dawson, 1990). Því miður, í völundarhús, getur viðbragð viðbragða samt ekki verið nægjanlegt til að koma á aðgerðum sem markmiðsmiðuðum, vegna þess að hægt er að snúa við með því að slökkva núverandi áreiti-umbunarsambönd og setja það í staðinn fyrir annað. Til dæmis, rottur sem nálgast ákveðna völundarhús innan völundarhúsa, geta lært við bakfærslu að það er ekki lengur parað við laun heldur að annað áreiti er, sem leiðir til þess að öðlast nálgun CR í átt að nýja áreitinu. Þannig geta þeir greinilega snúið viðbrögðum sínum án þess að hafa nokkurn tíma kóðað viðbragð viðbragðs við svari. Vegna þess að ekki er hægt að prófa þennan möguleika í reynd er notkun völundarhús, staðsetningaraðferðir eða einföld hreyfiflutning til að læra markmiðstengd námsferli sérstaklega hættuleg og líkleg til að hafa í för með sér að greina ferla sem stjórna hegðun ásamt sérstöku hlutverki allra tauga ferlar sem reynast vera að ræða (Smith-Roe og Kelley, 2000; Hernandez et al., 2002; Atallah et al., 2007).

Nucleus accumbens er ekki nauðsynlegt fyrir hljóðfæranám

Ófullnægja núverandi atferlisgreiningar verður sérstaklega skýr í rannsókninni á kjarnanum. Margar rannsóknir hafa gefið til kynna að þessi uppbygging sé mikilvæg fyrir öflun markmiðstengdra aðgerða (Hernandez et al., 2002; Goto og náð, 2005; Hernandez et al., 2005; Pothuizen o.fl., 2005; Taha og Fields, 2006; Atallah et al., 2007; Cheer o.fl., 2007; Lerchner o.fl., 2007). En þessi niðurstaða hefur náðst að mestu leyti á mælikvarða á breytingu á frammistöðu eingöngu með því að nota verkefni þar sem hegðun stjórnandi viðbragða er óljós. Þrátt fyrir að athugunin á því að meðhöndlun hafi áhrif á öflun einhverra hegðunarviðbragða gæti bent til námshalla, gætu þeir einnig endurspeglað áhrif á upphaf eða hvatningu svara. Til dæmis getur skerðing í kaupum á ýta á lyftistöng oft endurspeglað áhrif á frammistöðu frekar en nám (Smith-Roe og Kelley, 2000). Yfirtaka yfirfærsluferli, sem ófullnægjandi framsetning á hvaða námsferli sem er, verður að túlka með varúð (Gallistel o.fl., 2004). Því miður er oft horft framhjá mismuninum á milli náms og frammistöðu, kannski elstu kennslustundarinnar í námi.

Ítarlegri greining bendir til þess að aðsetur séu hvorki nauðsynlegar né nægir til hljóðfærafræðslu. Sár á skálinni sem samanstendur af, breytir ekki næmi árangurs fyrir gengisfellingu (de Borchgrave o.fl., 2002; Corbit o.fl., 2001) eða til bráðabirgða niðurbrots viðbragða (Corbit o.fl., 2001), en í ljós hefur komið að skemmdir á kjarna accumbens draga úr næmi fyrir gengisfellingu án þess að skerða næmi rottanna fyrir sértækri niðurbroti á tæknilegu viðbragði (Corbit et al., 2001). Aðrar rannsóknir sem meta áhrif samsætisaðgerða á öflun nýs svars í rannsóknum á skilyrtri styrkingu hafa stöðugt fundið áhrif á umbunartengd afköst, einkum efling á afköstum með amfetamíni, en ekki á öflun svara í sjálfu sér (Parkinson o.fl., 1999). Sömuleiðis, kerfisbundin rannsókn Cardinal og Cheung fann ekki heldur nein áhrif af accumbens kjarnavöðvum á öflun svörunar stangar undir stöðugri styrkingaráætlun; skert yfirtöku var aðeins vart við seinkaða styrkingu (Cardinal og Cheung, 2005).

Þrátt fyrir að búnaðurinn kóði ekki tækjabúnaðinn (Balleine & Killcross, 1994; Corbit, Muir & Balleine, 2001), talsverðar vísbendingar benda til þess að það gegni grundvallarhlutverki í hljóðfæraleik flutningur, hlutverk sem við getum nú skilgreint betur í ljósi nýlegra verka. Eins og ályktað hefur verið í nokkrum rannsóknum, þá eru líkamsræktarmenn mikilvægir fyrir ákveðnar tegundir af lystandi Pavlovian-ástand og miðlar bæði ósértækar örvandi áhrif sem verðlaunatengd vísbending getur haft á tæknilega frammistöðu, svo og niðurstöðum sértækra hlutdrægni varðandi svörunarval með slíkum vísbendingum. Sár á kjarna, eða fremri cingulate, sem er aðal uppspretta barkstengis til innspýtingar í kjarna, eða slit á milli þessara tveggja mannvirkja, hamlar kaupum á Pavlovian nálgun hegðun (Parkinson o.fl., 2000). Staðbundið innrennsli af D1-líkum dópamínviðtakablokki eða NMDA glútamat viðtakablokki strax eftir þjálfun skerti einnig þetta námsform án þess að hafa áhrif á árangur (Dalley o.fl., 2005). Þessi gögn eru í samræmi við mælikvarða á in vivo taugavirkni. Til dæmis, Carelli og samstarfsmenn komust að því að taugafrumur í kjarna accumbens geta breytt starfsemi sinni kerfisbundið meðan á námi á Pavlovian sjálfstýringu verkefni stendur (Day o.fl., 2006; Dagur og Carelli, 2007).

Taugafrumur á skeljasvæðinu virðast vera stilltar til umbóta og andstæða áreitis, jafnvel áður en nokkur reynsla er af námi; þeir eru einnig færir um að þróa svör við CSS sem spá fyrir um þessar niðurstöður (Roitman et al., 2005). Vinna eftir Berridge og samstarfsmenn, hefur vakið möguleika á því að tiltekin svæði innan kjarna accumbens-skeljarins og í neðri hluta pallidum í vöðvum geti verið einkennd sem „hedonic hotspots.“ Þessi svæði mótmæla beinlínis skilyrðislausum hedonic viðbrögðum við umbun, svo sem hvarfbragði á smekk. Til dæmis geta örvar ópíóíðviðtaka á þessum svæðum aukið verulega bragðvirkni bragðefna við súkrósa. Slík mjög staðbundin svæði eru hins vegar innbyggð í breiðari net sem gegna ekki hlutverki í fullkominni lysthegðun (Taha og Fields, 2005; Pecina o.fl., 2006; Taha og Fields, 2006).

Aðgreiningin á hlutfallslegu hlutverki kjarna og skeljar virðist vera á milli undirbúnings og fullkominnar lysthegðunar, hver um sig, sem auðvelt er að breyta með reynslu af mismunandi gerðum Pavlovian ástand. Undirbúningsviðbrögð, svo sem nálgun, eru tengd almennum tilfinningalegum eiginleikum útkomunnar, en fullnaðarhegðunin er tengd sértækari skynskyni; þau eru einnig viðkvæm fyrir mismunandi gerðum CS, td undirbúningsviðbrögð eru auðveldari skilyrt með áreiti með langan tíma (Konorski, 1967; Dickinson og Dearing, 1979; Balleine, 2001; Dickinson og Balleine, 2002).

Hvað sem því líður eru sönnunargögnin sem hafa áhrif á lögbýlið í sumum þáttum Pavlovian skilyrða yfirþyrmandi. Það er þó ekki eina uppbyggingin sem um ræðir og önnur net, svo sem þau sem taka til ýmissa amygdaloid kjarna, virðast einnig gegna meginhlutverki í bæði undirbúnings- og fullvinnsluþáttum Pavlovian-aðstöðu (Balleine og Killcross, 2006).

Ein aðgerð sem greinilega má rekja til liðsforingjanna er samþætting pavlovískra áhrifa á instrumental hegðun. Pavlovskir CRS, þ.mt þeir sem endurspegla virkjun miðlægra hvatningarríkja, svo sem þrá og örvun, geta haft mikil áhrif á framkvæmd hljóðfæraleikja (Trapold og Overmier, 1972; Lovibond, 1983; Holland, 2004). Til dæmis getur CS sem sjálfstætt spáir fyrir fæðu afhendingu aukið tæki sem svarar fyrir sama matinn. Þessi áhrif eru oft rannsökuð með því að nota Pavlovian-instrumental transfer paradigm (PIT). Í PIT fá dýr sérstök Pavlovian og instrumental þjálfunarstig, þar sem þau læra sjálfstætt að tengja vísbendingu við mat og ýta á stöng fyrir sama mat. Síðan í rannsóknarrannsóknum er vísbendingin kynnt með stönginni sem er tiltæk og hækkun svörunarhlutfalls í viðurvist CS er mæld. Tvær tegundir PIT hafa verið greindar; eitt sem tengist almennt vekjandi áhrifum umbunartengdra vísbendinga og annað sértækari áhrif á frammistöðu valsins sem framleidd er með forspárstöðu fyrir vísbendingu með tilliti til einnar sérstakrar umbunar öfugt við aðra. The accumbens skel er nauðsynleg fyrir þessa síðarnefndu útkomu-sértæku formi PIT, en er hvorki nauðsynleg fyrir hið fyrri, almennara form né fyrir næmi fyrir gengisfellingu; aftur á móti, skemmdir í kjarna accumbens draga úr næmi fyrir bæði útkomu gengisfellingu og almennu formi PIT en skilja eftir ósnertan útkomusértækan PIT (Corbit et al., 2001; (Balleine og Corbit, 2005).

Nýleg rannsókn veitti frekari innsýn í hlutverk accumbens-skelarinnar í útkomusértækum PIT (Wiltgen o.fl., 2007). Stýrð tjáning virks kalsíums / kalmodúlíns háðs próteinkínasa II (CaMKII) í striatum hafði ekki áhrif á lærdóm eða Pavlovian nám, heldur afnumin sérstök PIT. Þessum halla á PIT var ekki varanlegur og hægt var að snúa honum við með því að slökkva á tjáningunni á transgenum með doxycycline, sem sýndi fram á að hallinn tengdist eingöngu árangri. Að tilbúnar efla stig CaMKII í striatum hindrar því útkomusértæka tilfærslu hvata hvatningar frá Pavlovian yfir í hljóðfærakerfið. Athyglisvert er að einnig, þegar kveikt var á CaMKII transgeninu, var dregið úr spennu taugafrumna í skeljunum, án þess að hafa áhrif á basal sendingu eða synaptic styrk.

Dorsal striatum

Dorsal striatum, einnig þekkt sem neostriatum eða caudate-putamen, fær gríðarlegar áætlanir frá svokölluðum nýkorna. Hægt er að skipta því frekar í samtökasvæði, sem í nagdýrum er meira miðlægt og samfellt með ventral striatum, og skynjunarhverfi sem er hliðara (Groenewegen o.fl., 1990; Joel og Weiner, 1994). Í heild er dorsal striatum sprautað af DA frumum úr substantia nigra pars compacta (SNc) og fær aðeins vægar spár frá VTA DA taugafrumum (Joel og Weiner, 2000). Fyrri vinna við riddarastigið hefur aðallega beinst að hlutverki sínu í áreynsluviðbrögðum (SR).Miller, 1981; Hvítur, 1989). Þessi skoðun er byggð á áhrifalögunum, en samkvæmt þeim kemur verðlaun til að styrkja eða styrkja samband SR milli umhverfisörvunar og svörunar sem framkvæmt er vegna þess að tilhneigingin til að framkvæma svörun eykst í viðurvist þeirra áreiti (Thorndike, 1911; Hull, 1943; Miller, 1981). Þannig er talið að barkæðaleiðin miðli SR-námi við DA sem er styrkingarmerki (Miller, 1981; Reynolds og Wickens, 2002).

SR módel hafa þann kost að innihalda tregafulla reglu til að þýða nám í frammistöðu. Fyrirmynd byggð á væntingum sem tengjast aðgerðum er aftur á móti flóknara vegna þess að trúin „Aðgerð A leiðir til árangurs O“ þarf ekki endilega að þýða í aðgerð (Guthrie, 1935; Mackintosh, 1974); upplýsingar af þessu tagi er hægt að nota bæði til að framkvæma 'A' og til að forðast að framkvæma 'A'. Af þessum sökum undanskildu hefðbundnar kenningar augljósustu skýringuna - nefnilega að dýr geti fengið viðbrögð við aðgerðum og árangri sem leiðbeinir valhegðun. Síðustu áratugi hefur hins vegar orðið mikil endurskoðun á gildandi lögum (Adams, 1982; Colwill og Rescorla, 1986; Dickinson, 1994; Dickinson o.fl., 1996). Tniðurstöður margra rannsókna hafa sýnt fram á að tæknilegar aðgerðir geta verið raunverulega markmiðsmarkaðar, þ.e. viðkvæmar fyrir breytingum á umbunargildi sem og orsakasamvirkni aðgerðarinnar (sjá Dickinson & Balleine, 1994; 2002; Balleine, 2001 til umsagna). Engu að síður, á meðan á umfangsmikilli þjálfun stendur undir stöðugum kringumstæðum, geta jafnvel nýafstaðnar aðgerðir orðið tiltölulega sjálfvirkar og örvunarknúnar - ferli sem kallast venja myndun (Adams og Dickinson, 1981; Adams, 1982; Yin o.fl., 2004). Venjum sem þannig eru skilgreind, eru sjálfkrafa dregin fram af forvarandi áreiti, er ekki stjórnað af væntingum eða framsetningu niðurstöðunnar; þær eru þar af leiðandi tæmandi fyrir breytingum á útkomugildi. Frá þessu sjónarhorni eru áhrifalög því sérstakt tilfelli sem á aðeins við um venjulega hegðun.

Núverandi flokkun instrumental hegðunar skiptir því í tvo flokka. Tfyrsta flokks hans samanstendur af markvissum aðgerðum sem stjórnað er af tæknilegum viðbúnaði annað, venjuleg hegðun, sem er tæmandi fyrir breytingum á útkomugildi (Tafla 1). Með því að nota atferlisgreiningar eins og gengisfellingu og niðurbrot tæknilegra viðbragða, staðfesti Yin o.fl. virkan sundrun milli skynjara (dorsolateral striatum, DLS) og samtaka svæða (dorsomedial striatum, DMS) á bakbandsstríatinu (Yin og Knowlton, 2004; Yin o.fl., 2004, 2005a; Yin o.fl., 2005b; Yin o.fl., 2006a). Sár á DLS skertu þróun venja, sem leiddi til markvissari háttar á hegðunarstjórnun. Sár á DMS hafa þveröfug áhrif og hafa í för með sér skiptingu frá markmiðsstýringu yfir í venjulega stjórnun. Yin o.fl. komust þar með að þeirri niðurstöðu að hægt væri að aðgreina DLS og DMS með tilliti til tegundar tengsla sem þeir styðja: DLS er mikilvægt fyrir myndun venja en DMS er mikilvægt fyrir öflun og tjáningu markmiðsaðgerða. Þessi greining spáir því að við vissar aðstæður (td langvarandi þjálfun) getur stjórnun aðgerða færst frá DMS-háðu kerfinu yfir í DLS-háð kerfið, niðurstöðu sem er í breiðu samræmi við umtalsverðar fræðirit um prímata, þar með talið taugamyndun manna (Hikosaka o.fl., 1989; Jueptner o.fl., 1997a; Miyachi o.fl., 1997; Miyachi o.fl., 2002; Delgado o.fl., 2004; Haruno o.fl., 2004; Tricomi o.fl., 2004; Delgado o.fl., 2005; Samejima o.fl., 2005; Haruno og Kawato, 2006a, b; Lohrenz o.fl., 2007; Tobler o.fl., 2007). Það skal auðvitað minnst tlíkamlegur staður húfu (td bak eða ventral) einn og sér getur ekki verið áreiðanlegur leiðarvísir við samanburð á nagdýrastratum og frumsprettu; Slíkur samanburður ætti að gera með varúð, að vandlega athuguðum líffærafræðilegum tengingum.

Hægt er að bera saman áhrif á sár á ristli á baki og þau sem hafa átt sér stað í vefjum (Smith-Roe og Kelley, 2000; Atallah et al., 2007). Eins og áður hefur komið fram eru stöðluðu prófin til að koma á hegðun sem 'markmiðsstýrð' niðurfelling gengisfalls og niðurbrot viðbragðsaðgerða við aðgerðir (Dickinson og Balleine, 1993). Meinsemdir DMS gera hegðun ónæm fyrir báðum meðferðum (Yin o.fl., 2005b), en sár á legu kjarna eða skel gera ekki (Corbit et al., 2001). Ennfremur eru rannsóknarprófanir á þessum atferlisgreiningum venjulega gerðar í útrýmingu, án þess að gefin séu nein umbun, til að meta hvað dýrið hefur lært án mengunar með nýju námi. Þeir rannsaka þannig beint framsetningaskipan sem stjórnar hegðun. Sem viðbótar tilraunastjórn er oft gagnlegt að framkvæma sérstakt gengisfellingarpróf þar sem umbunin er í raun gefin - svokallað „verðlaunað próf“. Meinsemdir DMS afnáru ekki næmi fyrir gengisfellingu á verðlaunuðu prófinu, eins og búast mátti við þar sem afhending á gengisfelldri niðurstöðu, sem er háð aðgerðum, getur bælað aðgerðina óháð kóðun aðgerða-útkomu. Accumbens skeljaraskemmdir skertu aftur á móti ekki næmi fyrir gengisfellingu hvorki á útrýmingarprófinu né verðlaunuðu prófinu en kjarnaskemmdir accumbens afnáru næmi fyrir gengisþróun í báðum prófunum (Corbit et al., 2001). Næmi fyrir hnignun viðbragða hafði hins vegar ekki áhrif á neina meinsemd, sem sýndi fram á að rotturnar, eftir að sár hafa verið lagðar saman, gátu umritað kóðunina og sótt framsetningar um niðurstöður aðgerða.

Hlutverk dópamíns: Mesolimbic vs. nigrostriatal

Allt frá brautryðjendastarfsemunum á fasískri virkni DA taugafrumna hjá öpum er algeng forsenda á þessu sviði að allar DA frumur hegða sér í meginatriðum á sama hátt (Schultz, 1998a; Montague o.fl., 2004). Fyrirliggjandi gögn, svo og anatomísk tenging, benda hins vegar til annars. Reyndar er hægt að víkka ofangreinda greiningu á virkni misleitni í striatum einnig til DA frumanna í miðhjúpi.

Hægt er að skipta DA frumum í tvo meginhópa: VTA og substantia nigra pars compacta (SNc). Þrátt fyrir að vörpun frá VTA til liðsforingja hefur verið miðpunktur athygli á sviði launatengds náms, miklu massameiri göngustígafæðsla hefur verið tiltölulega vanrækt, með athyglina fyrst og fremst beint að hlutverki þess í Parkinsonsveiki. Núverandi hugsun um hlutverk DA í námi hefur verið undir miklum áhrifum frá tillögunni um að fasísk virkni DA frumna endurspegli umbunarspár (Ljungberg o.fl., 1992; Schultz, 1998b). Égn algengasta Pavlovian ástand verkefnisins notað af Schultz og samstarfsmenn, þessi taugafrumur skjóta til að bregðast við umbun (BNA), en með námi, US vekja virkni er færð til CS. Þegar BNA er sleppt eftir að hafa lært þá sýna DA-frumurnar stutt þunglyndi í virkni á þeim tíma sem búist var við (Waelti o.fl., 2001; Fiorillo et al., 2003; Tobler o.fl., 2003). Slík gögn eru grundvöllur margvíslegra reiknilíkana (Schultz o.fl., 1997; Schultz, 1998b; Brown et al., 1999; Montague o.fl., 2004).

Miðað við mörg stig stjórnunar á leiðum við nýmyndun og losun er ekki hægt að jafna toppa DA taugafrumna með DA losun, þó að maður gæti búist við að þessar tvær ráðstafanir væru mjög samsvarandi. Reyndar, eins og sýnt var í nýlegri rannsókn Carelli og samstarfsmanna sem notuðu hraðskannaða hringlaga voltamælingu, raunveruleg losun DA í kjarna accumbens virðist vera í tengslum við spávillu í lystandi Pavlovian ástand (Day o.fl., 2007). Þeir fundu fasískt DA-merki í kjarna accumbens strax eftir að hafa fengið súkrósa umbun í Pavlovian sjálfskipulagningu. Eftir langvarandi Pavlovian skilyrðingu fannst þetta merki þó ekki lengur eftir verðlaunin sjálf heldur færðist yfir í CS í staðinn. Þessi niðurstaða styður upphaflegu tilgátu um „spávillu“. Það er einnig í samræmi við fyrri vinnu sem sýndi skert afkomu Pavlovian CR eftir annað hvort DA viðtakamótun eða eyðingu DA í kjarna accumbens (Di Ciano et al., 2001; Parkinson o.fl., 2002). Samt sem áður, ein athugun frá rannsókninni er ný og hefur talsverðan áhuga: eftir langvarandi skilyrðingu með CS + sem spáir umbun og CS- sem spáir ekki umbun, var svipað, þó minni, DA merki einnig fram eftir CS-, þó það sýndi einnig smá dýfu strax (500 ~ 800 millisekúndur eftir upphaf vísu) eftir upphaf hámarksins (Day o.fl., 2007, Mynd 4). Á þessu stigi í námi nálgast dýr nánast aldrei CS– heldur stöðugt nálgast CS +. Þannig getur fasískt DA merki strax eftir spá ekki spilað orsakasamt hlutverk við að búa til nálgunarsvörun, þar sem það er til staðar jafnvel þó svörunin sé ekki til staðar. Hvort slík merki eru enn nauðsynleg til að læra áreiti um áreiti-umbun er enn óljóst en fasísk viðbrögð við CS-kerfinu eru vissulega ekki spáð fyrir um neinar núverandi gerðir.

Athyglisvert er að staðbundin eyðing DA hefur skert árangur í þessu verkefni (Parkinson o.fl., 2002). Þó að fasískt DA merki sést eftir CS-, sem skapar alls ekki CR, afnám bæði fasískt og tonic DA með staðbundinni eyðingu skerðir árangur CRs. Slíkt mynstur bendir til þess að fasískt DA-merki í hópunum sé ekki þörf fyrir frammistöðu Pavlovian CR, en gæti leikið hlutverk í námi, á meðan hægari, tonic meira DA merki (væntanlega afnumið í rannsóknum á eyðingu) er mikilvægara fyrir frammistöðu af viðbragðsaðferðinni (Cagniard o.fl., 2006; Yin o.fl., 2006b; Niv o.fl., 2007). Enn á eftir að prófa þennan möguleika.

Þrátt fyrir að engar beinar sannanir séu fyrir orsökunarhlutverki fasísks DA merkis í námi hefur tilgátan um „spávillu“ samt sem áður vakið mikla athygli, vegna þess að það er einmitt sú tegund kennslumerkja sem notuð er í áberandi gerðum náms, svo sem Rescorla-Wagner líkanið og rauntíma framlenging þess tímabundna styrking á mismunadrifsstyrkingum (Schultz, 1998b). Samkvæmt þessari túlkun ræðst matarlystin af mismuninum á móti og væntum umbunum (eða milli tveggja tímabundinna röð umbunarspár). Slík kennslumerki er stjórnað af neikvæðum endurgjöf frá öllum spá um umbunina (Schultz, 1998b). Ef engin umbun fylgir spámanninum, er neikvæða endurgreiðslukerfið tekið af sem dýfa í virkni DA taugafrumna. Þannig felur nám í sér smám saman að draga úr spávillunni.

Glæsileiki kennslumerkisins í þessum gerðum hefur ef til vill afvegaleitt suma frá líffærafræðilegum veruleika. Í rannsókninni af Day et al (2007), DA-merkið í hópunum kemur að mestu leyti frá frumum í VTA, en það virðist ólíklegt að aðrar DA-frumur, með allt aðra líffærafræðilega tengingu, myndu sýna sömu svörun og veita sömu merki. Hlutfall í því sem DA frumur merki er líklegra, þar sem DA frumur reikna út á mismunandi svæðisbundin svæði með algjörlega mismunandi aðgerðum, og fá á móti einnig sérstök neikvæð viðbragðsmerki frá mismunandi svæðum frá stríði (Joel og Weiner, 2000; Wickens o.fl., 2007). Verkunarhættir upptöku og niðurbrots, svo og forstillingarviðtaka sem stjórna losun dópamíns, sýna einnig talsverðan breytileika yfir striatum (Cragg et al., 2002; Rice and Cragg, 2004; Wickens o.fl., 2007; Rice and Cragg, 2008).

Við leggjum því til að mesóaccumbens leiðin gegni takmarkaðara hlutverki í Pavlovian námi, við að öðlast gildi ríkja og áreiti, en ferill nigrostriatal er mikilvægari fyrir hljóðfæri til að öðlast gildi aðgerða. Thattur er, fasíska DA merkið getur umritað mismunandi spávillur, frekar en eina spávillu, eins og nú er gert ráð fyrir. Þrjár vísindalínur styðja þessa röksemdafærslu. Í fyrsta lagi, erfðafræðileg eyðing DA á nigrostriatal ferli hefur áhrif á öflun og frammistöðu tæknilegra aðgerða, en eyðing DA í mesolimbic ferli gerir það ekki (Sotak o.fl., 2005; Robinson o.fl., 2007). Í öðru lagi geta DA-frumur í SNC umritað gildi aðgerða, svipað og frumur á svæði þeirra sem ná til streymis (Morris o.fl., 2006). Í þriðja lagi, sértæk sár á vörpu nigrostriatal að DLS hindrar myndun venja (Faure o.fl., 2005).

Nýleg verk Palmiter og samstarfsmanna sýndu að erfðabreyttar, DA-skortar mýs eru verulega skertar í lærdómi og frammistöðu, en hægt væri að endurheimta árangur þeirra annað hvort með L-DOPA sprautun eða með því að flytja veiru gen á nigrostriatal leið (Sotak o.fl., 2005; Robinson o.fl., 2007). Aftur á móti var endurreisn DA í ventral striatum ekki nauðsynleg til að endurheimta lykilhegðun. Þrátt fyrir að DA merki gera kleift að læra tæki er áfram opin spurning, einn augljós möguleiki er að það gæti umritað gildi sjálfra frumkvæða aðgerða, þ.e. hversu miklum umbun er spáð miðað við ákveðna aðgerð.

Dorsal striatum, í heild, inniheldur hæsta tjáningu DA viðtaka í heilanum og fær gríðarlegustu dópamínvirka vörpun. DA vörpun til DMS gæti gegnt öðru hlutverki í námi en vörpun fyrir DLS, þar sem þessi tvö svæði eru verulega frábrugðin tímabundnu sniði DA losun, upptöku og niðurbroti (Wickens o.fl., 2007). Við teljum okkur gera ráð fyrir að DA-vörpunin að DMS frá miðlægum SNc sé mikilvæg fyrir aðgerð-útkomunám, en DA-vörpunin til DLS frá hliðar SNC er mikilvæg fyrir myndun venja. Ef þetta er satt, þá ætti að búast við að DA-frumur í SNc umriti villuna í umbunarspá sem byggist á sjálfsköpuðum aðgerðum - tæknilegri spávillu - frekar en þeirri sem byggist á CS. Bráðabirgðatölur til stuðnings þessari fullyrðingu koma frá nýlegri rannsókn Morris o.fl., sem skráði frá SNc taugafrumum við tæki til að læra (Morris o.fl., 2006). Aparnir voru þjálfaðir í að hreyfa handleggina til að bregðast við mismunandi áreiti (S^D) sem gaf til kynna viðeigandi hreyfingu og líkur á umbun. S^D framkallað fasísk virkni í DA taugafrumum sem samsvara verkunargildinu miðað við væntanlegar umbunarlíkur á tiltekinni aðgerð. Athyglisverðast er þó að svar DA við S^D jókst með aðgerða gildi, hið gagnhverfa var satt um DA viðbrögð við umbuninni sjálfri, í samræmi við þá hugmynd að þessar taugafrumur kóðuðu spávillu sem tengdist því gildi. Ekki kemur á óvart að aðal þekjufrumumarkmið þessara frumna, caudate kjarninn, er þekkt fyrir að innihalda taugafrumur sem umrita verkunargildi (Samejima o.fl., 2005). Þess ber þó að geta að þessi rannsókn notaði ekki atferlisverkefni sem meta ótvírætt gildi aðgerða. Skýr spá fyrirmynd okkar er að fasísk DA virkni muni fylgja framkvæmd aðgerða, jafnvel ef ekki er skýrt S^D. Til dæmis spáum við sprengingu á taugafrumum í nigral DA þegar sjálfstætt hafin aðgerð fær laun.

Að okkar mati, meðan mesoaccumbens DA merkið endurspeglar gildi CS, endurspeglar merki nigrostriatal, kannski frá þeim taugafrumum sem varpað er til DMS, gildi virkninnar sjálfrar, eða af hvaða S^D sem spáir þessu gildi. Ennfremur virðast bæði hljóðfæri og Pavlovian nám fela í sér einhvers konar neikvæð viðbrögð til að stjórna árangursríkri kennslumerki. Reyndar eru beinar spár frá striatum að miðlæga DA taugafrumum (Mynd 2) hefur löngum verið lagt til að taugaframkvæmd þessarar neikvæðu endurgjöfar (Houk o.fl., 1995), og styrkur og eðli hamlandi inntaksins getur vel verið mjög breytilegt frá svæði til lands.

  

Mynd 2

Gerviliðakerfi með barksterum

Spá í skekkju, samkvæmt núverandi gerðum, er kennslumerki sem ákvarðar hversu mikið nám á sér stað. Svo lengi sem það er til staðar, heldur nám áfram. Hins vegar er augljóst að þessi fullyrðing virðist, spávillu fyrir gildi aðgerða, þó syntískt svipuð Pavlovian spávillan, hefur einstaka eiginleika sem hafa ekki verið skoðaðir ítarlega. Í hefðbundnum gerðum eins og Rescorla-Wagner líkaninu, sem eingöngu er fjallað um Pavlovian ástand (þó með takmörkuðum árangri), er lykilatriðið neikvæð viðbrögð sem stjórna spávillu. Þessi framleiðsla táknar áunnin spá, nánar tiltekið summa af öllum núverandi spám, eins og þeir eru teknir upp af samsettu áreiti sem venjulega er notað í að hindra tilraunir (Rescorla, 1988). Það er þessi samantekt á fyrirliggjandi spámönnum að koma á alþjóðlegu villutermi sem er helsta nýjungin í þessum tegund líkans. Fyrir tæknilegar aðgerðir virðast einstök villutilvik þó líklegri, því það er erfitt að sjá hvernig neikvæðu viðbrögðin myndu kynna gildi margra aðgerða samtímis þegar aðeins er hægt að framkvæma eina aðgerð í einu. Auðvitað eru nokkrar mögulegar lausnir til. Til dæmis, gefið tiltekið ástand (tilraunakennd útfærð af sérstökum S^D), mögulega væri hægt að tákna mögulegar aðgerðir aðgerða samtímis sem aflað spár. En aðal vandamálið með tæknilegum spávillum hefur að gera með eðli aðgerðarinnar sjálfrar. Pavlovsk spá fylgir sjálfkrafa eftir áreiti, sem er óháð lífverunni. Tæknileg spávilla verður að takast á við stjórnunarþáttinn, því spáin er í sjálfu sér aðgerð, og vísvitandi aðgerð er send út af sjálfu sér byggð á því að dýrin sækist eftir afleiðingum þess að starfa frekar en framkallað af forvarandi áreiti. Þegar öllu er á botninn hvolft er það einmitt almennur vanræksla á skyndilegu eðli markmarkaðra aðgerða, bæði í taugavísindum og sálfræði, sem hefur gert ólíkan greinarmun á Pavlovian og instrumental námsferli og eðli spáskekkja sem um er að ræða. Enn á eftir að koma í ljós hvers konar neikvæð viðbragðsmerki, ef einhver, stjórnar reglum um öflun aðgerðargilda (Dayan og Balleine, 2002).

Að lokum hefur nýleg vinna einnig haft í för með sér vörpun nigrostriatal frá hlið SNC til DLS sérstaklega við vanmyndun. Faure o.fl. sáruðu DA frumurnar sem varpað var til DLS með 6-OHDA og komst að því að þessi meðferð hefur furðu lítil áhrif á tíðni ýta á lyftistöng, þó að það skerti myndun venja, mæld með útkomu gengisfellingu (Faure o.fl., 2005). Það er að segja, dýr á vefnum svöruðu á markvissan hátt, jafnvel þó að í samanburðarhópi hafi þjálfunin skapað venjulega hegðun sem var ónæm fyrir gengisfellingu. Staðbundin eyðing DA er því svipuð örvandi eituráhrifum á DLS, að því leyti að bæði meðhöndlun hindrar myndun venja og er hlynntur öflun markmiðsstýrðra aðgerða (Yin o.fl., 2004). Phasic DA merki sem er mikilvægt fyrir myndun venja er nú þegar vel lýst með skilvirkum styrkingarmerki í samtímalegum tímabundnum mismunadrifum til að styrkja nám sem eru innblásin af verkum Hull og Spence (Hull, 1943; Spence, 1947, 1960; Sutton og Barto, 1998).

Cortico-basal ganglia net

Enn sem komið er höfum við rætt um hagnýtan ósamkvæmni innan striatum en samt væri það villandi að benda til þess að eitthvert stríðsvæðis svæði gæti, til dæmis, þýtt viðbragðsaðgerðir vegna niðurstöðu í framkvæmd aðgerðar út af fyrir sig. Frekar eru heilahvelin skipulögð sem endurteknar hagnýtar einingar sem samanstanda af barksterka netgöngum (Swanson, 2000; Zahm, 2005). Thann striatum, sem er inngangsstöð allrar basal ganglia, þjónar sem einstakt miðstöð í cortico-basal ganglia net mótífinu, fær um að samþætta cortical, thalamic og midbrain aðföng. Eins og lýst er hér að ofan, þrátt fyrir að það sé samfelld uppbygging, virðast mismunandi svæðisbundin svæði taka þátt í aðskildum virkum netum, td accumbens virkar sem miðstöð í limbíska netinu og DLS í skynjara netkerfinu. Vegna endurvirkni eiginleika slíkra neta er enginn einn hluti þessarar uppbyggingar hins vegar andstreymis eða niður í neinum algerum skilningi; td er talamarkortakerfið bæði uppspretta aðalatriðisins í striatum og markmið bæði striato-pallidal og striato-nigral ferla.

Þó að samsíða reentrant basal ganglia lykkjur hafi verið lengi viðurkenndar (Alexander et al., 1986) leggjum við áherslu á mismunandi hlutverk þessara hringrásar á grundvelli rekstrarskilgreindra framsetningarkerfa og á samspili hringrásar til að skapa samþætt hegðun. Á þessum grundvelli er hægt að greina að minnsta kosti fjögur slík net: útlimum netkerfanna sem fela í sér skel og kjarna accumbens, hvort um sig, tengslanetið sem felur í sér samtök striatum (DMS), og skynjunarnetið sem felur í sér skynjara hreyfimynd (DLS). Aðgerðir þeirra eru allt frá því að miðla stjórnun á lystandi Pavlovian UR og CRs til instrumental aðgerða (Mynd 1).

  

Mynd 1

Helstu hagnýtur lén striatum. Líking á striatum frá kransæðahluta sem sýnir helming heilans (Paxinos og Franklin, 2003). Athugaðu að þessi fjögur virku lén eru líffræðilega stöðug og samsvara nokkurn veginn því ...

Eins og áður hefur komið fram samanstendur ventral striatum aðallega af kjarnanum accumbens, sem hægt er að deila frekar í skelina og kjarnann, sem hver og einn tekur þátt í sérstöku virknikerfi. Útreikningar á barki (glutamatergic) að skelinni koma frá infralimbic, miðlægri og hliðar barkstigi, en framskotin að kjarnanum koma frá fleiri dorsal miðlínu svæðum í forhertum heilaberki eins og miðlæga og bjargandi prelimbic og fremri cingulate cortices (Groenewegen o.fl., 1990; Zahm, 2000, 2005). Innan þessara aðgerðarneta bendir sönnunargögn til að ofan að skurnin sé þátttakandi í UR til umbunar og öflun fullgildra CR; kjarninn í rannsóknarhegðun, sérstaklega öflun og tjáningu Pavlovian nálgun svara. Þá er hægt að greina að minnsta kosti tvö helstu netkerfi innan stærri ventral eða limbísks barkalaga ganglia netsins, annað fyrir fullkomnað og hitt fyrir undirbúningsatferli og breytingu þeirra með Pavlovian skilyrðum (Mynd 1).

Dorsal striatum má sömuleiðis skipta í að minnsta kosti tvö helstu svæði, samtengingu og skynjara, með sérstakt virkan net tengd hverju. Samtengd striatum (caudate og hlutar í fremri putamen í prímötum) inniheldur taugafrumur sem skjóta af sér í aðdraganda svara-háðs umbunar og breyta skothríð þeirra í samræmi við umfang væntanlegs umbunar (Hikosaka o.fl., 1989; Hollerman o.fl., 1998; Kawagoe o.fl., 1998). Í samtenginu tengjast forstilla- og parietal samtengingar cortices og markmið þeirra í DMS tímabundið minni, bæði tilvonandi, í formi útkomuvæntinga og afturvirkt, sem skrá yfir nýleg afritunarafrit (Konorski, 1967). Skynskynjunarstigið samanstendur aftur á móti af skynjunarstuðlinum og markmiðum þeirra í grunngöngum. Framleiðsla þessarar hringrásar beinist að hreyfibarksterum og hreyfilkerfi heila stofnanna. Taugastarfsemi í skynjaraþrýstimyndinni er almennt ekki mótuð með verðbólguvæntingum, sem sýnir meiri hreyfitengda virkni en taugafrumur í samtengdu striatum (Kanazawa o.fl., 1993; Kimura o.fl., 1993; Costa o.fl., 2004). Að lokum, til viðbótar við miðju- og hliðarhlutfall, er veruleg virkni misleitni meðfram fremri bakhlið öxlsins, en þó eru ekki næg gögn til staðar til að leyfa nákvæma flokkun (Yin o.fl., 2005b).

Rannsóknir hafa hingað til eingöngu beinst að cortical og striatal hluti þessara neta. Almennt hafa meinsemdir á heilaberki svipuðum áhrifum og skemmdir á stríði hans (Balleine og Dickinson, 1998; Corbit og Balleine, 2003; Yin o.fl., 2005b). En aðrir þættir netsins gætu haft svipaðar aðgerðir undirgefnar. Sem dæmi má nefna að sár í miðlægum kjarna thalamus, hluti af tengslanetinu, reyndust afnema næmi fyrir gengisfellingu og niðurbroti viðbragða á svipaðan hátt og skemmdir á DMS og prelimbic heilaberki (Corbit et al., 2003). Þannig að þó að almenna líkanið okkar spái svipuðum atferlisskorti eftir skemmdir á hverjum þætti netsins, bendir það einnig til, fyrir hverja uppbyggingu eins og pallidum eða thalamus, mörg hagnýt lén.

Samspil milli neta

Við flestar aðstæður virðist nám í Pavlovian og hljóðfæraleiknum fara fram samhliða. Fyrirbæri eins og PIT sýna hins vegar fram að hve miklu leyti þessir aðgreindu ferlar geta haft samskipti. Næsta skref er að afmarka sjálfstæð hagnýt kerfi og að skilja hvernig þessi kerfi eru samhæfð til að skapa hegðun. Ein aðlaðandi tillaga, í samræmi við nýleg líffærafræðiverk, er sú að netin sem lýst er hér að ofan eru skipulögð í stigveldi og þjóna hvort um sig sem ljúfanlegur, virkur milliliður í stigveldinu og leyfa upplýsingum að breiða úr einu stigi yfir í það næsta. Sérstaklega benda nýlegu uppgötvuðu vindhvörfarsamböndin milli striatum og miðhjálpsins á líffærafræði sem geta mögulega framkvæmt samskipti milli neta (Mynd 2). Eins og fram kemur af Haber og samstarfsmönnum, senda stjörnum taugafrumur beinar hamlandi spár til DA taugafrumna sem þeir fá gagnkvæmar DA-áætlanir, og einnig varpað til DA taugafrumna sem síðan verja á annað striatal svæði (Haber o.fl., 2000). Þessar áætlanir gera kleift að miðla upplýsingum áfram í eina átt, frá limkerfisnetum til samtengingar og skynjara. Til dæmis gæti Pavlovian spá (aflað gildi CS) dregið úr árangursríkri kennslumerki á limbískum stigum, en samhliða aukið DA merki á næsta stig. Að hætta við árangursríka kennslumerkið er venjulega útfært með neikvæðum endurgjöf merki um hindrandi vörpun, til dæmis frá GABAergic miðlungs spiny vörpun taugafrumum frá striatum til DA taugafrumum. Eins og líffræðileg samtök hafa lagt til (Haber o.fl., 2000; Haber, 2003), hægt var að útfæra styrkingu DA merkisins fyrir nærliggjandi barksterka basli ganglia net (næsta stig stigveldisins) með disinhibitory áætlun (þ.e. GABAergic striatal projection neurons to nigral GABAergic interneurons to DA neurons). Þannig er hægt að flytja lærða gildi limbíska netsins yfir á tengslanetið, sem gerir kleift að betrumbæta hegðunaraðlögun og magna með hverri endurtekningu (Ashby, 1960). Þetta líkan spáir því framsækinni þátttöku mismunandi taugakerfa á mismunandi stigum náms, tillögu studd af margvíslegum gögnum (Jueptner o.fl., 1997b; Miyachi o.fl., 1997; Miyachi o.fl., 2002; Yin, 2004; Everitt og Robbins, 2005; Yin og Knowlton, 2005; Belin og Everitt, 2008).

Fyrirbæri sem krefjast samspils mismunandi aðgerða, svo sem PIT, eru frjósöm prófunargrundvöllur fyrir líkön af þessu tagi. Reyndar er stigveldi líkansins í samræmi við nýlegar niðurstöður tilrauna á PIT. Samkvæmt líkaninu eru Pavlovian-instrumental samskipti miðluð af gagnkvæmum tengslum milli striatum og DA taugafrumna. DA virðist vera brýnt fyrir almennum flutningi, sem er afnuminn af DA mótmælendum og staðbundinni óvirkingu VTA (Dickinson o.fl., 2000; Murschall og Hauber, 2006); en staðbundið innrennsli amfetamíns, sem væntanlega eykur DA gildi, í hreppina getur aukið það verulega (Wyvell og Berridge, 2000). Aftur á móti er hlutverk ventral striatal dópamíns í sérstökum flutningi minna skýr. Sumar vísbendingar benda til þess að það gæti verið hlíft eftir að VTA var óvirk (Corbit et al., 2007) en, sem Corbit og Janak (2007) greint var frá nýlega, sérstakur flutningur er afnuminn með því að gera DLS óvirkt, sem bendir til þess að þessi þáttur stjórnunar á áreiti við aðgerðaval gæti falið í sér vörpun nigrostriatal (Corbit og Janak, 2007). Sammála stigveldissjónarmiðinu, Corbit og Janak (2007) komst einnig að því að óvirkni DLS felldi niður sértæk örvandi áhrif Palovian vísbendinga (eins og fram hefur komið eftir sár á skeljum accumbens með Corbit o.fl., 2001), óvirkjun DMS aflétti aðeins útkomu-sértækni flutningsins meðan hún virtist viðhalda almennum örvandi áhrifum þessara vísbendinga, þróun sem einnig sést eftir meinsemdir á miðlægum thalamus, sem er hluti af samtengdum barkstera-basal ganglia neti (Ostlund og Balleine, 2008). Byggt á þessum bráðabirgðaniðurstöðum virðist DMS einungis miðla tilteknum flutningi en DLS gæti verið nauðsynlegt fyrir bæði sértæk og almenn örvandi áhrif Pavlovian vísbendinga á tæki.

Athyglisvert er að limbíska striatum verkefnið í stórum dráttum til DA frumna sem varpa út á ristil á bakinu (Nauta o.fl., 1978; Nauta, 1989); dópamínvirka spárnar að striatum og stríði spána aftur að miðhjálpinni eru mjög ósamhverfar (Haber, 2003). Lífræna striatum fær takmarkaða inntak frá DA taugafrumum en sendir samt umfangsmikla afköst til miklu stærra safns DA taugafrumna, og hið gagnstæða á við um skynjara-hreyfilinn. Þannig eru limkerfakerfið í fullkominni stöðu til að stjórna tengdum og skynjara netum. Hér er taugagreiningin sammála hegðunargögnum um að Pavlovian auðveldun hljóðfæraleiðbeiningar sé miklu sterkari en hið gagnstæða; Reyndar benda talsverðar vísbendingar til þess að tæknilegar aðgerðir hafi tilhneigingu til að hindra, frekar en espa, Pavlovian CRs - niðurstöðu sem bíður enn eftir taugasálfræðileg skýring (Ellison og Konorski, 1964; Williams, 1965).

Ályktanir

Þess skal getið að stigveldislíkanið sem hér er fjallað um er mjög frábrugðið öðrum sem treysta eingöngu á heilaberki og langdrægar tengingar milli barka svæða (Fuster, 1995). Það felur í sér þekkta íhluti og tengingu heilans, frekar en að líta á það sem potpourri af cortical einingum, sem á einhvern ótilgreindan hátt útfæra fjölbreytt úrval af vitsmunalegum aðgerðum. Það forðast líka forsendur, sem eru erfðar frá 19^th aldar taugafræði, að heilabarkinn almennt og forstilla heilabarkinn sérstaklega, myndar einhvern veginn „hærri“ heilaæðaeining sem stjórnar öllu heila (Miller og Cohen, 2001).

Ennfremur er hægt að fá nokkrar sérstakar spár frá núverandi líkani: (i) Það ætti að vera greinileg spávillur fyrir sjálfskapaðar aðgerðir og fyrir ríki / áreiti með eiginleika sem endurspegla mismunandi tauga undirlag þeirra og virknihlutverk. (ii) Einnig er búist við að brjósthols- og þalamyndarþættir hvers staks barkalaga basli ganglia nets séu nauðsynlegir fyrir þá tegund atferlisstýringar sem tilgátað er fyrir hvert net, ekki bara barkstera og stríði. (iii) Það ætti að vera smám saman að taka þátt í mismunandi taugakerfum á mismunandi stigum náms. (iv) Starfsemi accumbens getur beinlínis stjórnað DA taugafrumum og síðan afturfellingu á baki. Byggt á skýrslu frá Holland (2004) sem bendir til þess að PIT aukist með instrumental þjálfun, er gert ráð fyrir að þessi 'limbic' stjórnun á tengdum og skynjara netum muni styrkjast með aukinni þjálfun.

Án nákvæmra gagna er enn of snemmt að leggja fram formlega frásögn af stigveldislíkaninu. Engu að síður ætti ofangreind umræða að gera það ljóst að núverandi útgáfur af mesóaccumbens umbun tilgátu hvíla á vandasömum forsendum um eðli umbunarferlisins og notkun ófullnægjandi atferlisúrræða. Sameining meginreglna, alltaf markmiðs vísindafyrirtækisins, er aðeins hægt að byggja á raunveruleika tilraunagagna, hvernig sem þær geta verið óheiðarlegar. Þar sem virkni heilans er, að lokum, myndun og stjórnun hegðunar, verður ítarleg atferlisgreining lykillinn að því að skilja taugaferla, eins og ítarleg lýsing á meðfæddu og áunninni ónæmi leyfir uppljómun ónæmiskerfisins. Þó að það virðist vera truismi, er varla hægt að leggja áherslu á að við getum skilið heilaaðgerðir að því marki sem aðgerðum þeirra er lýst og mælt með nákvæmni. Þegar rannsókn á taugastarfsemi er byggð á tilraunakenndri sálfræðilegri getu, til dæmis framsetningu á aðgerða-útkomu og áreiti-útkomutilvikum, eru þekkt líffærafræðileg samtök og lífeðlisfræðileg fyrirkomulag í nýju ljósi sem leiðir til mótunar nýrra tilgátur og hönnun nýrra tilrauna. Sem fyrsta skref í þessa átt vonum við að ramminn sem hér er fjallað um muni þjóna sem gagnlegur upphafspunktur fyrir framtíðarrannsóknir.

Acknowledgments

Meðmæli