전체 연구 : 참신의 기대는 추억을 촉진하면서 보상 시스템과 해마를 모집
- 신경 이미지. 2007 10 월 15; 38 (1-9) : 194–202.
- doi : 10.1016 / j.neuroimage.2007.06.038
PMCID : PMC2706325
비앙카 C. 위트 만, 니코 번 제크,b 레이몬드 J. 돌란,a 및 엠라 뒤젤b,c,⁎
이 기사는 인용구 : PMC의 다른 기사
추상
기질 nigra와 복부 Tegmental Area (SN / VTA)를 구성하는 도파민 성 중뇌는 보상 처리에서 중심적인 역할을합니다. 이 영역은 또한 신규 자극에 의해 활성화되어, 신규 성과 보상이 기능적 특성을 공유 할 가능성을 높입니다. SN / VTA에서 보상 처리의 기능적 측면, 즉 보상을 예측하는 예상치 못한 보상 및 단서에 의한 활성화가 참 신성 처리를 특징 화하는지 여부는 현재 확실하지 않습니다. 이 질문을 해결하기 위해, 우리는 피험자들이 75 %의 유효성을 가진 장면의 새롭거나 친숙한 이미지를 예측하는 상징적 신호를 보는 fMRI 실험을 수행했습니다. 우리는 SN / VTA 소설 이미지를 예측하는 단서뿐만 아니라 '예기치 않은 참신'반응 친숙한 예측 단서에 따라 예기치 않은 소설 이미지에 의해 활성화 된 보여줍니다. 소설 자극을 감지하고 인코딩하는 데 관련된 영역 인 해마는 예상되는 참 신성 반응을 보였지만, 예상되고 '예기치 않은'참신성에 대한 결과에 대한 반응에서 SN / VTA의 반응 프로파일과는 달랐다. 실험의 행동 확장에서, 예상 소설 자극에 대 한 지연된 인식 메모리 예기치 않은 소설 자극과 비교할 때 기억력은 친숙도에 비해 증가했다. 이러한 데이터는 보상 보상 및 새로운 자극 예상에 대한 SN / VTA 응답의 공통점을 보여준다. 우리는이 예측 응답 코드 해 마의 예측 활성화와 함께 소설 이벤트의 인코딩 향상으로 이어지는 동기 탐구 소설 신호를 제안합니다. 보다 일반적인 용어로, 데이터는 새로운 환경의 탐색을 추진하는 데 참신한 도파민 처리가 중요 할 수 있음을 시사합니다.
개요
동물의 단일 뉴런 기록 및 인간의 최근 기능 자기 공명 영상 (fMRI) 연구는 SN / VTA 중뇌 영역이 보상에 의해서만 활성화되는 것이 아니라는 수렴 적 증거를 제공합니다 (슐츠, 1998)뿐만 아니라 강화가없는 경우에도 새로운 자극에 의해Schultz 등, 1997; Schott et al., 2004; Bunzeck and Duzel, 2006). 참신에 의한 SN / VTA 활성화는 참신이 본질적인 보상 특성을 가질 가능성을 높인다. 만약 그렇다면, 컨디셔닝에서의 응답의 시간적 이동과 같은 보상 프로세싱의 특성은 또한 신규성 프로세싱을 위해 유지되어야한다. 보상 기대 패러다임에서, 도파민 뉴런 코드는 예측 자극과 그에 따른 보상 전달 사이의 우연성이 배워 질 때 예측을 보상한다. 구체적으로, 이러한 뉴런은 보상의 첫 번째 신뢰할만한 예측 변수에 반응하지만 더 이상 보상을받지는 않습니다 (융베리 (Ljungberg) 등의 1992; Schultz 등, 1992, 1997; 슐츠, 1998). SN / VTA에서 신규 처리가 이러한 보상 관련 특성을 나타내는 지 여부는 확실하지 않습니다.
해마는 참신한 사건을위한 일시적인 장기 기억 형성에 중요하다.Vargha-Khadem et al., 1997; Duzel et al., 2001) 및 SN / VTA의 신규 신호에 대한 주요 입력을 제공한다고 믿었습니다 (Lisman and Grace, 2005). SN / VTA 뉴런에 의해 방출 된 도파민은 해마 영역 CA1에서 장기 강화 (LTP) 및 장기 우울증 (LTD)을 안정화하고 유지하는데 중요하다.Frey 등, 1990, 1991; 황 및 칸델, 1995; Sajikumar and Frey, 2004; 레몬과 마나한-본, 2006; 리뷰를 보려면 제이, 2003). fMRI 데이터는 공동 SN / VTA와 해마 활성화가 장기적인 장기 기억 형성과 관련이 있음을 보여주었습니다.Schott 등, 2006) 및 신규 자극 인코딩의 보상 관련 개선 (Wittmann 등, 2005; Adcock et al., 2006). 이러한 수렴 증거에 비추어, 해마-의존적 기억 형성의 최근 모델은 해마에서 진기함 검출과 SN / VTA에서 발생하는 참신-유도 도파민 성 조절에 의한 해마 가소성의 향상 사이의 기능적 관계를 강조한다.Lisman and Grace, 2005). 따라서 SN / VTA가 참신을 예상하여 활성화되는지에 대한 질문은 해마 가소성의 메커니즘을 포용하기 위해 참신과 보상의 관계에 대한 개념적인 이해를 넘어서는 것입니다. 또한 최근 SN / VTA에서 참신과 보상 처리 사이의 관계를 이해하면 동기 부여, 참신 추구 행동 및 탐색 사이의 연관성이 드러날 수 있다고 제안되었습니다 (Bunzeck and Duzel, 2006; 넛슨과 쿠퍼, 2005).
우리는 보상 기대 절차에 따라 모델링 된 fMRI 패러다임에서 참신하고 친숙한 자극에 대한 예측 응답을 조사했습니다 (Fig. 1). 컬러 사각형은 새로운 장면 또는 이전에 익숙한 장면 이미지의 후속 프리젠 테이션을 예측하는 신호로 사용되었습니다. 피험자들은 각 큐에 참석하도록 지시받은 후 후속 이미지가 익숙하거나 새로운 것인지 가능한 한 신속하고 정확하게 표시합니다. fMRI 실험에는 많은 수의 시험이 필요했기 때문에 기억력 / 지식 패러다임을 사용하여 참 신성 예측에 의해 에피소드 메모리 성능이 어떻게 영향을 받는지 평가하기 위해 시험 번호가 더 최적 인 순수 행동 버전을 수행했습니다.회전, 1985).
실험 절차
주제
24.5 명의 건강한 성인 (평균 연령 [± SD] 4.0 ± 7 세, 모두 오른 손잡이, XNUMX 명의 남성)이 실험에 참여했습니다. 모든 참가자는 참여에 대한 서면 동의를했으며, 연구는 의학부 마그데 부르크 대학 윤리위원회의 지침에 따라 진행되었습니다.
실험적인 패러다임
우리는 정규화 된 휘도를 가진 245 개의 그레이 스케일 풍경 사진을 사용했습니다. 참가자들은 익숙해 지도록 선정 된 1500 장의 사진 출력물을 포함한 서면 지침을 받았습니다. 스캐너에 들어가기 전에이 사진들은 컴퓨터 화면에 무작위 순서 (기간 : 1200ms, ISI : 12ms)로 5.7 번 제시되었으며 참가자들은주의 깊게 시청하도록 지시 받았습니다. 스캐너에서 해부학 적 이미지와 기능적 이미지가 모두 수집되었습니다. 참가자들은 40 분 동안 4.5 개 세션에 참여했으며 각 세션에는 12-1500 초 길이의 75 개 시험이 포함되어 있습니다. 각 시험 동안 참가자들은 다음 그림이 친숙한 지 새로운 지 XNUMX % 정확도로 나타내는 노란색 또는 파란색 사각형 (XNUMXms)을 보았습니다 (참조 : Fig. 1작업 및 지침은 A). 가변적 인 지연 (0–4.5 초) 후, 예측 된 범주의 사진이 75 %의 시도에서 표시되었으며, 예측되지 않은 범주의 사진, 친숙 함 단서에 따른 신규 및 참신 단서에 따라 친숙한 사진이 25 번에 표시되었습니다. 시도의 % (1500ms). 두 카테고리 모두 똑같이 자주 표시되었습니다. 참가자는 사진이 익숙한 범주의 사진인지 여부에 관계없이 빠른 버튼 누름 (오른쪽 또는 왼쪽 검지 또는 가운데 손가락)으로 표시했습니다. 가변 기간의 고정 단계가 이어졌습니다 (1.5–4.5 초). 각 그림 범주와 관련된 큐 색상은 참가자들간에 균형을 이루 었으며 반응하는 손과 범주에 손가락을 할당했습니다.
fMRI 절차
TR이 226 초이고 TE가 3ms 인 1.5T 스캐너 (Siemens Magnetom Trio, 독일 에를 랑겐)에서 세션 당 30 개의 EPI (echo-planar images)를 획득했습니다. 이미지는 중간 뇌의 세로 축을 따라 24 개의 슬라이스로 구성되어 있습니다 (64 × 64 매트릭스, 시야 : 19.2cm, 복셀 크기 : 3 × 3 × 3mm). 이 부분적인 부피는 해마, 편도체, 뇌간 (간뇌, 중뇌, 뇌교 및 수질 편도체 포함) 및 전두엽 피질의 일부를 덮었습니다. 귀마개를 사용하여 스캐너 소음을 줄이고 폼 패드를 사용하여 피사체의 머리 움직임을 최소화했습니다. 자극 시퀀스 및 타이밍은 신호 및 결과 관련 혈역학 적 반응의 안정적인 분리와 관련하여 효율성을 위해 최적화되었습니다 (Hinrichs 등 2000). 정규화를 개선하기 위해 각 대상에 대해 역 회복 EPI 서열 (IREPI)을 획득 하였다. 스캐닝 매개 변수는 EPI 시퀀스와 동일하지만 완전한 뇌 범위를 가졌습니다.
전처리 및 데이터 분석은 Matlab (SPM2; Wellcome Trust Center for Neuroimaging, Institute of Neurology, London, UK)에서 구현 된 통계적 파라 메트릭 매핑 소프트웨어를 사용하여 수행되었습니다. EPI 이미지는 슬라이스 타이밍 및 모션에 대해 수정 된 다음 피험자의 해부학 적 IREPI를 SPM 템플릿으로 왜곡하고 이러한 매개 변수를 기능 이미지에 적용하여 2 x 2 x 2mm 크기의 복셀로 변환하여 몬트리올 신경학 연구소 템플릿에 공간적으로 정규화되었습니다. 그런 다음 4mm 가우시안 커널을 사용하여 평활화되었습니다.
통계적 분석을 위해, 데이터를 복셀 단위로 전체 평균 및 고역 통과 필터링으로 스케일링 하였다. 각 피험자에 대한 시험 관련 활동은 정식 혈역학 적 반응 기능 및 시간적 유도체로 시험 개시 벡터를 관련시킴으로써 평가되었다 (Friston 등, 1998). 각 참가자에 대해 일반 선형 모델 (GLM)을 지정하여 시험 당 두 가지 개시를 사용하여 관심 효과를 모델링했습니다. 하나는 큐 시작 및 하나는 결과 시작 (공변량은 참신 큐, 친숙성 큐, 예상 / 예기치 않은 신규 결과, 예상 / 예측)입니다. 예상치 못한 익숙한 결과) 및 잔여 모션 관련 아티팩트를 캡처하지 않는 6 개의 공변량. 소설 대 친숙한 단서, 소설 대 친숙한 결과, 예기치 않은 대 예상 결과, 예기치 않은 대 예상 소설 결과 및 예상치 못한 대 예상 친숙한 결과와 같은 대조가 분석되었습니다. 파라미터 추정치에 선형 대비를 적용하여 각 참가자에 대한 통계적 파라 메트릭 맵을 생성 한 후, 그룹 효과를 평가하기 위해 2 차 수준의 랜덤 효과 분석을 수행했습니다. 보상 및 해마 시스템의 활성화에 대한 선험적 가설을 감안할 때, 효과는 1- 표본에서 유의성에 대해 테스트되었습니다. t-임계 값에서 테스트 p <0.005, 수정되지 않음 및 최소 클러스터 크기 k = 달리 명시되지 않는 한 5 개의 복셀. 그런 다음 구조의 크기에 해당하는 직경 [전방 해마의 활성화를 위해 7.5mm]을 사용하여 피크 복셀을 중심으로 구형 소 체적 보정을 수행했습니다 (참조 : Lupien et al., 2007) 및 흑 질의 활성화에 대해 4.5mm ( Geng 등, 2006)]. 흑질과 해마에서 피크 복셀의 베타 값을 추출하고 시험에서 일반적인 활성화 수준에 대한 HRF 값으로 수정하여 신호 변화 비율을 산출했습니다. 모든 행동 평균은 평균값 ± 평균의 표준 오차 (SEM)로 제공됩니다.
중뇌 활동을 국소화하기 위해, 이전에 획득 된 33 공간적으로 정규화 된 자화 전달 (MT) 이미지의 평균 이미지 상에 활성화 맵이 중첩되었다 (Bunzeck and Duzel, 2006). MT 이미지에서 실체 nigra는 주변 구조와 쉽게 구별 할 수 있습니다 (에 커트 (Eckert) 등, 2004). 활성화의 지역화를 돕기 위해 각 대비의 피크 복셀을 탈라 이라크 공간으로 옮겼습니다.Talairach and Tournoux, 1988) Matlab 함수 mni2tal.m (매튜 브렛, 1999) Talairach Daemon Client 소프트웨어를 사용하여 해부학 적 영역과 일치Lancaster 등 2000; 1.1 (샌 안토니오 소재 텍사스 대학교 건강 과학 센터 연구 이미징 센터). 따라서 모든 정위 좌표는 Talairach 공간에 제공됩니다.
별도의 메모리 평가
fMRI 결과에 의해 동기가 부여 된 별도의 행동 추적 연구에서 12 참가자 (2 수컷)는 fMRI 실험을 위해 구현 된 것과 동일한 친숙성과 참 신성 예측 절차를 완료했습니다. fMRI의 지속 시간과 자극 수가 신호 품질을 향상시키기 위해 최적화되었지만 메모리 성능이 우연히 유지 될 수 없을 정도로 광범위하기 때문에 행동 실험은 fMRI 실험과 분리되었습니다. 따라서, 행동 실험에서 암기를 용이하게하기 위해, 예상되는 소설 사진을 포함하는 시험의 수는 120로, 40에 대한 예기치 않은 소설 사진의 수는 감소되었다. 연구 세션 하루 후, 참가자는 연구 단계의 모든 160 소설 사진 (현재 '오래된 사진')과 참가자가 전에 보지 못했던 80 새로운 주의자 사진을 포함하는 메모리 테스트를 완료했습니다 (Fig. 1비). 연구의이 부분에서 참가자들은 각 그림에 대해 두 번의 연속적인 결정을 내 렸으며, 둘 다 그림 아래에 제시된 텍스트에 의해 유도되었습니다. 첫 번째 결정은 "오래된 / 새로운"판단을 내리는 것이었고, 두 번째 결정은 "기억 / 알고 / 추측"( "이전"응답 후) 또는 "확실 / 추측"( "신규"응답 후)이었습니다. 심판. 타이밍은 각각 3 초 및 2.5 초의 결정에 대한 시간 제한과 함께 자기 주도적이며, 다음 사진이 표시되기 전에 1 초 고정 단계가 이어졌습니다.
결과
행동 결과
연구 단계에서 요인 그림 범주 (신규 / 익숙 함), 기대 (예상 / 예상) 및 그룹 (스캔 된 그룹 / 기억 그룹)을 사용한 올바른 시험에 대한 참가자의 반응 시간에 대한 2 × 2 × 2 ANOVA는 그림 범주와 기대, 그룹과 그림 범주 효과 간의 상호 작용 (참조 표 1 반응 시간 동안; 카테고리 효과 : F[1,25] = 31.57, p <0.001; 기대 효과 : F[1,25] = 8.47, p <0.01; 상호 작용 효과 : F[1,25] = 5.49, p <0.05). 사후 페어링 t-테스트 결과 친숙한 그림과 예상되는 소설 그림 모두에 대한 반응 시간이 해당 예기치 않은 그림보다 반응 시간이 상당히 짧다는 것을 확인했습니다 (p <0.01 및 p <0.05). 예상 및 예상치 못한 친숙한 그림 모두에 대한 반응 시간은 해당 소설 그림보다 훨씬 짧았습니다 (p <0.001 및 p = 0.001). 상호 작용 효과는 한 참가자 그룹에서만 중요한 범주 효과로 인해 발생하지 않았습니다. t반응 시간을 참신하고 친숙한 그림과 비교 한 테스트는 두 그룹 모두에서 중요했습니다.p 스캔 된 그룹의 경우 <0.05 및 p <메모리 그룹의 경우 0.001). 이러한 결과는 참가자들이 단서에주의를 기울이고이를 사용하여 새롭고 친숙한 그림을 차별하는 행동 적 이점을 얻었음을 확인합니다. 올바른 반응률은 카테고리 간 또는 그룹간에 차이가 없었습니다 (예상 소설 사진의 평균 : 95.1 % ± 3.7 %, 예상치 못한 소설 사진의 경우 : 94.1 ± 3.6 %, 예상되는 친숙한 사진의 경우 : 93.8 % ± 3.9 % 및 예상치 못한 친숙한 사진의 경우) : 93.4 % ± 3.5 %).
그런 다음 행동 추적 관찰에서 연구 단계 후 1 일에 수행 된 메모리 테스트의 결과를 분석했습니다. 기억력 (수정 된 기억 / 알림 속도)과 참 신성 예측 (예상 / 예기치 않음)을 가진 양방향 분석은 상호 작용 효과를 나타 냈습니다 (F[1,11] = 5.66, p <0.05). 사후 페어링 t-테스트 결과 예상치 못한 (8.9 ± 5 %) 새로운 사진 (p <0.05; 응답률은 표 2). 추가 포스트 홉 페어링 t-테스트 결과 수정 된 기억 률과 수정 된 지식 률, 예상치와 예상치 못한 단독 모두 유의 한 차이가 없음을 확인했습니다. 추측 응답의 비율은 범주간에 차이가 없었습니다 (예상 사진의 경우 11.1 ± 2.3 %, 예상치 못한 사진의 경우 12.3 ± 2.4 %).
또한 널리 받아 들여진 모델을 기반으로 독립 가정 하에서 기억과 친숙 함의 기여도를 분석했습니다 (Yonelinas 등, 1996)에 따르면, 기억은 해마 의존적 임계 값 과정을 나타내는 반면 친숙 함은 온전한 해마가 없을 때 지원 될 수있는 신호 검출 과정을 나타낸다. 기억 률에서 기억 오 알람 (RFA) 비율을 빼서 기억을 추정했습니다. 친숙도는 먼저 친숙도 응답 (FR, 아래 방정식 참조)을 계산 한 다음 해당 d- 프라임 값을 얻어서 추정했습니다.
응답 비율 인 회상 추정치 (RE)와 친숙도 추정치 (FE)를 비교할 수 있습니다. d'값, 두 측정 값 모두 z통계 분석 전의-점수. 요인 기억 (기억 추정 / 친숙도 추정)과 참 신성 예측 (예상 / 예기치 않음)이있는 양방향 ANOVA는 반응률에 대한 ANOVA에서 얻은 상호 작용 효과를 확인했습니다 (F[1,11] = 5.78, p <0.05).
fMRI 결과
익숙한 그림에 대한 기대와 달리 소설 그림에 대한 기대로 이어지는 단서는 도파민 시스템 (왼쪽 선조; 오른쪽 중뇌, 아마도 SN; 도 2 2A, B; 표 3), 이전에 보상 기대와 관련된 영역 (Knutson et al., 2001a, b; O'Doherty et al., 2002; 리뷰를 보려면 Knutson과 Cooper, 2005). 결과 대조를 위해, 예상치 못한 대 예상되는 새로운 결과는 또한 올바른 SN / VTA (도 2 4A, B; 표 4). 이 활성화 패턴은 dopaminergic 뉴런이 보상의 예측 오류를보고하는 보상 패러다임이있는 dopaminergic midbrain에서 볼 수있는 활성화 패턴과 유사합니다 (Schultz 등, 1997). 대조적으로, 친숙한 단서와 예상외의 친숙한 그림에 대한 반응은이 패턴을 보여주지 못했다. 따라서, 이러한 결과는 SN / VTA에서 신규 처리와 보상 사이의 유사성을 입증한다.
해마에서, 참신 기대와 참신한 결과는 기대와 친숙한 자극의 결과와 비교하여 향상된 양자 활동과 관련이 있었다.무화과 2C, D 및 3; 표 3). 오른쪽 해마도 예상 소설 사진보다 예기치 않은 소설 사진에 대해 더 활발했습니다 (도 2 4C, D; 표 4). 또한, 왼쪽 해마 (Talairach 좌표 : − 36, − 14, − 14)는 모든 예상되는 사진과 대조적으로 모든 예상치 못한 사진의 표현에 대해 더 높은 활동을 보였으며, 이는 맥락 적 참신함의 해마 처리와 일치합니다 (Ranganath and Rainer, 2003; Bunzeck and Duzel, 2006).
큐 단계에서 참가자에 대한 '참 신성 대 친숙성 기대'대비의 최고 복셀에서 참신한 신호에 대한 응답으로 평균 퍼센트 신호 변화를 사용하여 테스트 한 오른쪽 SN / VTA 활성화와 오른쪽 해마 활동간에 유의 한 양의 상관 관계가있었습니다 ( 피어슨 r = 0.48, p <0.05 단측; Fig. 5). 따라서, 본 발명의 데이터는 신규성 처리에서 SN / VTA와 해마 사이의 기능적 해리뿐만 아니라 기능적 상호 작용을 나타낸다.
토론
행동 적으로, 큐 타당성은 새롭고 친숙한 자극을 구별하는 동안 피험자의 반응 시간에 중요한 영향을 미쳤으며, 이는 새롭거나 친숙한 사건을 예측하는 큐가 피험자에 의해 처리되었음을 보여줍니다. fMRI 분석은 새로운 이미지를 예측하는 단서가 익숙한 자극을 예측하는 단서보다 훨씬 더 높은 SN / VTA 활성화를 유도하는 것으로 나타났습니다 (도 2 2A, B; 표 3). 참신에 대한 응답으로이 SN / VTA 활성화 패턴은 보상의 초기 예측 자에게 반응이 보이는 보상 패러다임에서 발견되는 패턴과 유사합니다 (넛슨 (Knutson) 등의 2001a; Wittmann et al., 2005). SN / VTA의 보상 처리의 또 다른 속성, 즉 예상 보상에 비해 예상치 못한 활동 증가 (슐츠, 1998)는 또한 신규성에 대한 SN / VTA 반응과 유사하다. SN / VTA 활성화는 새로운 아이템의 예상 프리젠 테이션과 비교하여 예기치 않은 프리젠 테이션에 대한 응답으로 더 강력했습니다도 2 4A, B; 표 4). 예측 된 신규 자극 또는 친숙한 단서에 의한 SN / VTA 활성화가 없었기 때문에, 지 터링 프로토콜의 효과를 나타내는 것으로 예상되는 SN / VTA 활성화가 후속 신규 자극에 의해 유도 된 혈역학 적 신호의 오염을 반영하지는 않을 것이다.
우리의 연구 결과 참신과 보상의 유사성은 SN / VTA-hippocampal 회로에 대한 공통의 영향을 넘어 참신 자체가 보상과 유사하게 처리 될 가능성을 높입니다. 이것은 새로운 물체를 탐색하는 동안 암페타민의자가 투여 감소를 보여주는 데이터를 포함하여 동물 연구에서 얻은 여러 관찰과 호환됩니다.Klebaur 등, 2001), 새로운 자극을 포함하는 환경에 대한 장소 선호도 개발 (베빈과 바르도, 1999) 및 참 신성 조절 (Reed et al., 1996). 그러나 참신함과 보상의 관계는 익숙한 자극과 효과적으로 작용하는 전통적인 강화 프로토콜에서 파생 된 추론에는 영향을 미치지 않습니다. 이것은 많은 상황에서 에이전트가 매우 친숙한 아이템에 대한 보상 연계를 형성하는 것이 유리하다는 사실을 말해줍니다. 그럼에도 불구하고, 우리의 데이터는 소설 자극의 본질적인 보상 속성이 일반적으로 참신한 맥락과 항목에서 관찰되는 탐색 적 행동의 기초가 될 수 있다는 생각을 뒷받침 해줍니다 (Ennaceur and Delacour, 1988; 스탠스 필드와 커 스테인, 2006). 보상 결과의 SN / VTA 뉴런 코딩의 또 다른 특성은 적응 코딩 (토 블러 (Tobler) 등, 2005)는 각 상황에서 사용 가능한 대체 보상에 따라 동일한 예상 보상 가치에 대해 서로 다른 수준의 응답이 특징입니다. 중간 가치 보상은 높은 가치 보상과 관련하여보다 낮은 가치 보상과 관련하여 제시되는 경우 더 높은 도파민 반응을 초래합니다. SN / VTA 보상 처리의이 속성은 아직 인간의 참신성에 대해 복제되지 않았습니다. 실제로 보상과는 달리 인간의 SN / VTA에서 참신함이 적응 적으로 코딩되지 않을 수 있다는 증거가있다.Bunzeck and Duzel, 2006), 추가 조사가 필요한 참신과 보상의 기능적 차이를 제안합니다.
해마에서 참신 처리 동안 자극 관련 활동 패턴은 SN / VTA에서 보이는 패턴과 달랐다. SN / VTA와 달리, 해마는 예상되는 새로운 자극 자체에 대해 더 높은 활동을 보였다 (Fig. 3). 더욱이, 해마는 또한 문맥 적 참신성에 의해 더 활성화되었습니다 (Lisman and Grace, 2005) 예상치 못한 친숙한 그림의 표현에 대한 반응에서 명백한 자극 참신과 독립적으로. 이전 데이터를 확인합니다 (Bunzeck and Duzel, 2006), 학습 된 시퀀스 내에서 불일치에 대한이 구조의 민감도를 나타내는 결과를 포함합니다 (쿠마 란과 맥과이어, 2006). 소설 자극 그 자체에 의한 해마의 활성화는 소위 VTA-hippocampal 루프 모델과 잘 호환됩니다.Lisman and Grace, 2005). 참신 예측 단서에 대한 해마 활성화 (도 2 2C, D; 표 3반면에)는이 모델에서 설명 할 수 없습니다. 우리는 dopaminergic 예측 신호 CA1에 dopaminergic 입력을 통해 hippocampal 활성화를 유도 (제이, 2003), SN / VTA에서의 큐 관련 활동과이 연구에서 발견 된 해마 사이의 유의 한 상관 관계와 호환되는 해석.
이전 결과 mesolimbic 시스템 외부의 여러 뇌 영역 보상 패러다임에 차동 예측 응답을 보여줍니다. 최근의 예는 1 차 시각 피질 V1에서 이러한 반응의 데모입니다 (슐러와 곰, 2006). 이들 반응은 도파민 조절에 의해 구동되는 것으로 가정된다. 참신의 처리에도 유사한 메커니즘이 적용될 수 있습니다. 도파민 성 중뇌가 해마를 구동하는지의 여부와 상관없이, 해마 및 SN / VTA의 동시 활성화는 예측 동안 해마에 대한 도파민 성 입력의 증가와 관련 될 수있다. 이것은 결과적으로 계산이 가능한 모델 인 다가오는 소설 자극에 대한 학습을 향상시키는 상태를 유도 할 수있다.Blumenfeld 등, 2006).
참신 예측의 SN / VTA-hippocampal 처리 이외에, 참신 단서에 대한 반응으로 활동을 보여주는 다른 뇌 영역들, 가장 주목할만한 것은 이전에 참신 처리와 관련되었던 전두 피질의 영역들 (Daffner et al., 2000; 표 3) 및 parahippocampal 피질의 영역 (Duzel 등, 2003; 랑 가나와 라이너, 2003). 우리의 가설이 SN / VTA 및 해마 처리에 중점을 두었으므로 이러한 결과에 대한 면밀한 조사는이 연구의 범위를 벗어납니다. 전두 정신 신규성 네트워크 및 SN / VTA 및 해마와의 상호 작용에 대한 향후 조사는 신규성 처리에 대한 이해의 증가에 실질적으로 추가 될 것이다.
예측 중 해마의 사전 활성화가 학습을 촉진한다는 생각에 따라, 행동 데이터는 1 일 후에 메모리를 테스트했을 때 예상되는 소설 그림이 예기치 않은 소설 그림보다 기억 / 알림 응답 차이가 더 높았다는 것을 보여줍니다. 기억 반응은 연구 에피소드에서 맥락을 기억해야하므로 친숙성 기반의 비이성적 인식 기억 양상과 대조적으로 일시적 기억을 반영합니다 (회전, 1985; Duzel 등, 2001; Yonelinas 등, 2002). 해마는 이전 연구에서 성공적인 일시적 기억 형성과 관련이 있습니다 (예 : 브루어 (Brewer) 등의 1998; Wittmann 등, 2005; Daselaar 등, 2006), 해마의 병변은 인식의 기억 요소를 주로 손상시키는 것으로 밝혀졌습니다.Duzel 등, 2001; Aggleton과 Brown, 2006). 우리는 최근에 보상 예측 자극에 대한 기억이 보상의 부재를 예측 한 자극에 비해 높은 기억 / 지식 비율과 관련이 있다고보고했습니다.Wittmann et al., 2005), 및이 메모리 개선은 인코딩시 보상 예측 자극에 응답하여 증가 된 SN / VTA 및 해마 활성화와 관련이있다. 우리의 현재 결과 참신의 초기 예측에 의해 설립 된 hippocampal 소성의 SN / VTA 유발 향상을 통합 이러한 결과 확장. 흥미롭게도, 두피 기록의 최근 전기 생리학 데이터는 새로운 자극이 시작되기 직전의 뇌 활동과 그 자극에 대한 에피소드 기억 사이의 관계를 강조합니다.Otten et al., 2006). 우리의 데이터는 참신의 기대가 사전 자극 활동이 자극 인코딩을 조절할 수있는 하나의 메커니즘 일 수 있음을 시사한다. 우리의 발견은 또한 보상 기대와 정서적 자극에 대한 기대가 기억을 향상시키는 것으로 밝혀진 최근 fMRI 데이터를 확장합니다.Adcock 등, 2006; Mackiewicz 등, 2006).
SN / VTA에서 보상과 참신 처리 사이의 기능적 및 해부학 적 중첩은 탐색 적 행동을 강화하여 동물이 새로운 음식 소스를 찾고 그들의 위치를 인코딩함으로써 생존을 향상시키는 데 도움이 될 수 있습니다. 미래 연구에 대한 흥미로운 길은 참신 기대와 참신 추구 성격 특성 사이의 관계를 결정하는 것입니다. 인간의 참신 추구 증가는 도박과 중독과 관련이 있습니다.스피넬 라, 2003; 히로 이와 아가 츠마, 2005) 기억의 참신함을 기대하는 유익한 효과와 중독과 관련된 부작용 사이의 상충 가능성을 높입니다. 참신 기대, 기억 형성 및 참신 추구 사이의 관계에 대한 더 나은 이해는 파킨슨 병 및 정신 분열증과 같은 도파민 성 기능 장애에서 발견되는 특정 기억 결핍에 대한 연구에도 도움이 될 수 있습니다.
보상 처리에 대한 단일 세포 동물 연구에서, SN / VTA가 보상 예측 및 예상치 못한 보상에 반응한다는 관찰은 보상 처리의 '시간적 차이'(TD) 모델에 영감을 주었다 (슐츠, 1998, 2002). 우리의 연구에서, 신규성 예측 및 예기치 않은 신규성에 대한 fMRI 활성화는 SN / VTA 내에서 약간 다른 부분에 위치한다는 것을 주목해야한다. 이것은 동물에서 보상 예측과 예상치 못한 보상 반응 사이에 지역적 반응 차이가있을 수 있고, 신규성 예측 및 예상치 못한 신규성에 대한 단일 뉴런 연구는 해당 뉴런 반응이 SN의 다른 부분 내에 있음을 보여줄 수도 있습니다. / VTA. 여기서주의 할 점은 연구에서 참 신성 예측에 응답 한 동일한 뉴런 집단이 예상치 못한 참신성에 반응 할 가능성을 배제 할 수 없다는 사실입니다.
요약하면, 우리의 fMRI 데이터는 해마 형성 및 SN / VTA가 참신의 예측 및 처리에서 부분적으로 다른 기능을한다는 것을 나타낸다. SN / VTA는 예측 가능성과 해마를 주어진 맥락에서 예상되는 실제 참신의 존재로 처리합니다. 우리의 행동 데이터와 함께, 우리의 연구 결과 SN / VTA와 해 마 prestimulus 단계에서 소설의 초기 예측 자에 coactivation 다가오는 소설 자극에 대 한 향상 된 메모리 형성으로 이어질 것이 좋습니다. 이러한 결과 보상 및 자극 참신 처리 간의 밀접한 관계에 대 한 증거를 제공 하 고 최근 dopaminergic–hippocampal 상호 작용의 모델을 확장합니다. 그들은 에피소드 인코딩에 대한 자극 전 기간의 중요성을 강조한다. 따라서, 인코딩에 대한 신규성의 효과는 도파민 성 중뇌 영역으로부터의 조절 영향에 의해 매개되는, 중간 측두 메모리 시스템에서 예측 상태의 유도에 의존 할 수있다. 그러나, fMRI 데이터는 특정 신경 전달 물질 시스템의 관여에 대한 직접적인 증거를 제공하지는 않는다. 그럼에도 불구하고 fMRI는 인간의 SN / VTA에서 이벤트 관련 활동을 조사하는 유용한 도구입니다. 신경 영상에 분자 유전 학적 접근법의 통합Schott 등, 2006) 및 약리학 적 fMRI는 인간 신규 처리에서 신경 조절 송신기 시스템의 역할 및 SN / VTA 반응과 도파민 성 신경 전달 사이의 관계를 추가로 설명하는 데 도움이 될 수있다.
감사의
이 작업은 Deutsche Forschungsgemeinschaft (KFO [Cognitive Control of Memory, TP3])의 지원으로 지원되었습니다. fMRI 설계에 도움을 준 Michael Scholz, fMRI 분석에 도움을 준 Kolja Schiltz, fMRI 스캐닝에 도움을 준 Kerstin Möhring, Ilona Wiedenhöft 및 Claus Tempelmann에게 감사드립니다.
참고자료
;