- Neuroimage. 2007 okt 15; 38 (1-9): 194 – 202.
- doi: 10.1016 / j.neuroimage.2007.06.038
PMCID: PMC2706325
Bianca C. Wittmann, Den Nico Bunzeck,b De Raymond J. Dolan,a an Emrah Düzelb,c,⁎
Dësen Artikel ass eréischt aktiv zitéiert aner Artikelen an PMC.
mythologesch
Den dopaminergesche Mëttbrain, deen den substantia nigra a ventrale tegmental Gebitt (SN / VTA) ausmécht, spillt eng zentral Roll an der Belounungsveraarbechtung. Dës Regioun gëtt och ageschalt vu Romanstimulatioune aktivéiert, déi d'Méiglechkeet erhéijen datt Neiheet a Belounung funktionell Eegeschafte hunn. Et ass de Moment onkloer ob funktionell Aspekter vun der Belounungsveraarbechtung an der SN / VTA, nämlech d'Aktivatioun duerch onerwaart Belounungen an Zeechen déi d'Belounung viraussoen, och d'Neiheetveraarbechtung charakteriséieren. Fir dës Fro ze befaassen, hunn mir e fMRI Experiment gemaach wärend Themen déi symbolesch Zeechen ugesinn déi entweder Roman oder vertraut Biller vu Szenen mat 75% Validitéit virausgesot hunn. Mir weisen datt SN / VTA gouf ageschalt vu Cues, déi nei Biller virausgesi ginn, souwéi vun onerwaartege Romanbilder, déi de Bekannte-prévisistesche Cues verfollegen, eng 'onerwaart Neiegkeet' Äntwert. Den Hippocampus, eng Regioun déi implizéiert ass fir nei Stimulatiounen z'entdecken an ze codéieren, huet eng antizipéierend Neiheeten-Äntwert gewisen, awer ënnerscheet sech vum Äntwertprofil vun der SN / VTA beim Äntwerten op d'Resultat op déi erwaart an 'onerwaart' Neiheet. An enger Verhalensverlängerung vum Experiment ass d'Erënnerung relativ zu der Bekanntheet erhéicht wann e verspéiten Erkennungsgeheimnis fir erwaart Roman Stimulien mat onerwaarte Romanstimulatiounen vergläicht. Dës Donnéeën weisen Gemeinsamkeeten an den SN / VTA Äntwerte fir eng Belounung ze antizipéieren an nei Reimulatioun ze antizipéieren. Mir proposéieren datt dës antizipéierend Äntwert e motivational exploratorescht Neiheetssignal kodéiert dat, zesumme mat antizipéierter Aktivéierung vum Hippocampus, zu enger verstäerkter Kodéierung vun Roman Eventer. An méi allgemenge Konditioune suggeréieren d'Donnéeën datt eng dopaminergesch Veraarbechtung vun Neiheeten wichteg wier fir Fuerschung vun neien Ëmfeld ze féieren.
Aféierung
Single-Neuron Opzeechnungen an Déieren a kierzlech funktionell magnetesch Resonanz Imaging (fMRI) Studien bei Mënschen liwweren konvergent Beweiser datt d'SN / VTA Midbrain Regioun net nëmmen duerch Belounung aktivéiert ass (Schultz, 1998) awer och duerch Romanstimuli och an der Verontreiung vu Verstäerkung (Schultz et al., 1997; Schott et al., 2004; Bunzeck an Duzel, 2006). SN / VTA Aktivéierung duerch Neiheet erhéicht d'Méiglechkeet datt Neiheet intrinsesch belount Eegeschafte kann hunn. Wann esou, Charakteristike vun der Belounungsveraarbechtung, sou wéi den temporalen Verréckelung vun den Äntwerte bei der Bedingung, solle och fir Neiegkeetveraarbechtung halen. An Belounungspréparativen, Dopaminergesch Neuronen Code belounen d'Prognose wann d'Kontingenzitéit tëscht engem prévisiven Stimulus an der spéiderer Belounungsliwwerung geléiert gëtt. Speziell äntweren dës Neuronen op den éischten zouverléissege Prädiktor vun der Belounung awer net méi op Empfang vun der Belounung (Ljungberg et al., 1992; Schultz et al., 1992, 1997; Schultz, 1998). Ob d'Neiheetveraarbechtung an der SN / VTA och dës Belounungs-verbonne Properties weist, ass net kloer.
Den Hippocampus ass kritesch bei der Bildung vun episodeschen laangfristeg Erënnerungen fir nei Eventer (Vargha-Khadem et al., 1997; Duzel et al., 2001) a gegleeft de groussen Input fir en Neiegkeetssignal an der SN / VTA ze bidden (Lisman a Grace, 2005). Dopamin verëffentlecht vun den SN / VTA Neuronen, am Géigenugrëff, ass kritesch fir eng laangfristeg Potenzéierung (LTP) a laangfristeg Depressioun (LTD) an der hippocampal Regioun CA1 (ze stabiliséieren)Frey et al., 1990, 1991; Huang a Kandel, 1995; Sajikumar a Frey, 2004; Zitroun a Manahan-Vaughan, 2006; fir eng Iwwerpréiwung gesinn Jay, 2003). fMRI Daten hunn ugewisen datt d'gemeinsam SN / VTA an hippocampal Aktivatioun mat erfollegräicher laangfristeg Erënnerungbildung assoziéiert (Schott et al., 2006) a belounungsrelatéiert Verbesserung am Roman Stimuléierungscodéierung (Wittmann et al., 2005; Adcock et al., 2006). Am Liicht vu sou konvergéierende Beweiser ënnersträichen déi rezent Modeller vun der hippocampus-ofhängeger Erënnerungsbildung eng funktionell Bezéiung tëscht Neiheetdetektioun am Hippocampus an d'Verbesserung vun der Hippocampal Plastizitéit duerch Neiheet-induzéiert dopaminergesch Modulatioun entstinn aus der SN / VTA (Lisman a Grace, 2005). Dofir ass d'Fro ob den SN / VTA aktivéiert duerch virauszegesinn Neiheet méi wäit wéi e konzeptuellt Verständnis vun der Bezéiung tëscht Neiheet a Belounung fir Mechanismen vun der hippokampaler Plastizitéit z'erreechen. Ausserdeem gouf viru kuerzem proposéiert datt d'Verhältnis tëscht Neiheet an Belounungsveraarbechtung an der SN / VTA d'Verbindung tëscht Motivatioun, Neiheetssichend Verhalen an Erfuerschung opzeweisen (Bunzeck an Duzel, 2006; Knutson a Cooper, 2005).
Mir ënnersicht antizipesch Äntwerte op nei a bekannte Reizen an engem fMRI-Paradigma modeliséiert op Belounungspréventiounsprozeduren (Figebam. 1). Faarweg Quadrater hunn als Zeechen gedéngt déi spéider Presentatioun vum Roman oder virdru vertraut Biller vu Szenen virausgesot hunn. D'Sujete kruten d'Instruktioune fir all Cue opzehuelen an sou séier wéi präzis wéi méiglech unzeweisen ob dat spéider Bild vertraut oder nei war. Wéi de fMRI Experiment eng grouss Unzuel vun Studien erfuerdert hunn, hunn mir och eng reng Verhalensversioun ausgefouert, an där Testnummeren méi optimal waren fir ze beurteelen wéi d'episodesch Erënnerungsleistung beaflosst gouf vun Erwaardung vun Neiheet mat Hëllef vun engem remember / know paradigm (Tulving, 1985).
Experimentell Prozeduren
Themen
Fofzéng gesond Erwuessener (mëttleren Alter [± SD] 24.5 ± 4.0 Joer, all rietshandeg, 7 männlech) hunn un dem Experiment deelgeholl. All Participanten hunn eng schrëftlech informéiert Zoustëmmung ginn fir matzemaachen, an d'Studie war am Aklang mat de Richtlinne vum Ethikcomité vun der Universitéit vu Magdeburg, Fakultéit fir Medezin.
Experimentell Paradigm
Mir hunn 245 Greyskale Landschaftsfotoe mat normaliséierter Liichtkraaft benotzt. D'Participanten kruten schrëftlech Instruktiounen abegraff Ofdréck vu fënnef Biller déi ausgewielt gi fir Bekanntschaft. Ier de Scanner erakoum, gouf all dës Biller aacht Mol op engem Computerschierm a randomiséierter Uerdnung (Dauer: 1500 ms, ISI: 1200 ms) presentéiert wärend d'Participanten opgefuerdert goufen opmierksam ze kucken. Am Scanner goufen anatomesch a funktionell Biller gesammelt. D'Participanten hunn 12 Sessions vun 5.7 min Dauer engagéiert, déi all 40 Versprieche vun 4.5-12 s Längt enthalen. Wärend all Versuch hunn d'Participanten e giel oder blo Quadrat gesinn (1500 ms) wat mat 75% Genauegkeet uginn ob déi folgend Foto vertraut oder nei wier (kuckt Figebam. 1A fir Aufgab an Instruktiounen). No enger verännerlecher Verzögerung (0-4.5 s) gouf e Bild aus der virausgesot Kategorie a 75% vun de Prozesser gewisen, an e Bild aus der onberechenbarer Kategorie, Roman no enger Bekanntheetsschäin a vertraut no enger Neiegkeetschlaang, gouf am 25 gewisen % vun de Prouwen (1500 ms). Béid Kategorien goufen gläich dacks gewisen. D'Participanten hunn mat engem schnelle Knäppchen gedréckt (riets oder lénks Index oder Mëttelfanger) uginn ob d'Bild aus der bekannter Kategorie war oder net. Eng Fixéierungsphase vu variabler Dauer duerno (1.5-4.5 s). D'Cue Faarwen, déi mat all Bildkategorie verbonne sinn, goufen iwwer d'Participanten ausgeglach, souwéi déi reagéiert Hand an d'Aufgab vun de Fanger an d'Kategorien.
fMRI Prozeduren
Mir hunn 226 Echo-planar Biller (EPI) pro Sessioun op engem 3 T Scanner (Siemens Magnetom Trio, Erlangen, Däitschland) mat engem TR vun 1.5 s an engem TE vun 30 ms kritt. D'Biller bestoungen aus 24 Scheiwen laanscht der Längsachs vum Mëttelbunn (64 × 64 Matrix; Gesiichtsfeld: 19.2 cm; Voxel Gréisst: 3 × 3 × 3 mm) gesammelt an enger interleaved Sequenz. Dëst deelweis Volumen bedeckt Hippocampus, Amygdal, Gehirfstamm (inklusiv Diencephalon, Mesencephalon, Pons a Medulla Oblongata) an Deeler vum prefrontale Cortex. Scannergeräischer goufe mat Ouerestecker reduzéiert an de Kappbewegunge vun de Sujete goufe mat Schaumkissen miniméiert. Stimulussequenz an Timing goufen optiméiert fir Effizienz betreffend zouverléisseg Trennung vu cue- a resultéierend hemodynamesche Äntwerte (Hinrichs et al., 2000). Eng Inversioun Erhuelung EPI Sequenz (IREPI) gouf fir all Thema kritt fir d'Normaliséierung ze verbesseren. Scanneparameter ware déiselwecht wéi fir d'EPI Sequenz awer mat voller Gehirendeckung.
Preprocessing an Datenanalyse goufen duerch Statistesch Parametric Mapping Software ausgefouert an Matlab (SPM2; Wellcome Trust Center for Neuroimaging, Institut fir Neurologie, London, UK) gemaach. EPI Biller goufen fir d'Scheiztiming a Bewegung korrigéiert an duerno raimlech op d'Montreal Neurologesch Institut Schabloun normaliséiert andeems se dem anatomeschen IREPI vun der Thematik op d'SPM Schabloun verwéckelt goufen an dës Parameteren op déi funktionell Biller applizéiert, transforméiert an 2 × 2 × 2 mm Gréisst Voxelen. Si goufen duerno mat engem 4 mm Gaussesche Kär glättet.
Fir statistesch Analyse goufen d'Donnéeën voxel-by-voxel op hiert globalt Mëttel a Héichpass gefiltert. De Prozess-verbonne Aktivitéit fir all Thema war beurteelt andeems e Vektor vu Versuchsanlagen mat enger kanonescher hemodynamescher Äntwertfunktioun a seng temporärer Derivate (Friston et al., 1998). En allgemenge linearem Modell (GLM) war fir all Participant spezifizéiert fir Modellen Effekter vun Interesse mat zwee Uschlëss pro Versuch ze präziséieren, ee fir Cue Ufanks an ee fir Ausgangssäit (Kovariater waren: Neiheet Cue, Bekanntheets Cue, erwaart / onerwaart Roman Resultat, erwaart / onerwaart bekannte Resultat) a sechs Kovariate vun keen Interesse fir Rescht bewegungsgerecht Artefakte festzehuelen. Déi folgend Kontraster goufen analyséiert: Roman vs. vertraut Cues, Roman vs. vertraut Erkenntnesser, onerwaart vs erwaart Resultater, onerwaart vs. erwaart Roman Erfolleger an onerwaart vs. Nodeem statistesch parametresch Kaarten fir all Participant erstallt goufen, andeems se linear Kontraster op de Parameter Schätzunge gemaach hunn, gouf eng zweetniveau zoufälleg Effekter Analyse gemaach fir Grupp Effekter ze bewäerten. Ugi vun eiser a priori Hypothese vun der Aktivatioun vun der Belounung an Hippocampalsystemer, goufen d'Effekter fir Bedeitung an engem Probe getest t-Tester op enger Schwell vun p & Si besteet; 0.005, ongekorrigéiert, an e Minimum Stärekoup Gréisst vun k = 5 Voxele, wann net anescht uginn. Kugelfërmeg kleng Volumekorrektioun gouf dann zentréiert op de Spëtzevoxele gemaach, mat Duerchmiesser déi der Gréisst vun de Strukturen entspriechen [7.5 mm fir Aktivatiounen am fréieren Hippocampus (kuckt Lupien et al., 2007) an 4.5 mm fir Aktivatiounen an der substantia nigra (kuckt Geng et al., 2006)]. Beta Wäerter vu Spëtzevoxelen an substantia nigra an Hippocampus goufen extrahéiert a korrigéiert mam Wäert vum HRF fir allgemeng Aktivatiounsniveau am Prozess fir de Prozentsaz vun der Signalännerung ze ginn. All Verhalensmoyenne ginn als Mëttelwäerter ± Standardfehler vum Mëttel (SEM) gegeben.
Fir Midbrain Aktivitéit ze lokaliséieren, goufen Aktivéierungskaarte mat engem mëttleren Bild vun 33 raimlech normaliséierter Magnetiséierungsübertragung (MT) Biller iwwerlagert (Bunzeck an Duzel, 2006). Op MT-Biller kann d'Substiaia Nigra liicht vun Ëmgéigend Strukture ënnerscheeden (Eckert et al., 2004). Fir d'Lokaliséierung vun Aktivatiounen z'ënnerstëtzen, goufen d'Spëtzevoxele vun all Kontrast an de Talairach Raum transferéiert (Talairach a Tournoux, 1988) mat der Matlab Funktioun mni2tal.m (Matthew Brett, 1999) an passen op anatomesch Gebidder mat der Software Talairach Daemon Client (Lancaster et al., 2000; Versioun 1.1, Research Imaging Center, University of Texas Health Science Center zu San Antonio). All stereotaxesch Koordinaten ginn dofir am Talairach Raum uginn.
Separat Memory Bewäertung
An enger separater Verhalensfollegstudie motivéiert vun de fMRI Befunde, hunn 12 Participanten (2 männlech) déiselwecht Bekanntheets- an Neiheet Antikatiounsprozeduren ofgeschloss wéi ëmgesat fir de fMRI Experiment. De Verhalensexperiment gouf vum fMRI Experiment getrennt well d'Dauer an d'Zuel vun de Reizen am fMRI optiméiert goufen fir d'Signalqualitéit ze verbesseren awer ze extensiv fir datt d'Erënnerungsleistung iwwer d'Chance bleift. Dofir, fir d'Memoriséierung am Verhalensexperiment z'erliichteren, gouf d'Zuel vun de Studien, déi erwaart Roman Biller enthalen, op 120 reduzéiert, d'Zuel vun onerwaartege Romanbilder op 40. Een Dag no der Studie Sessioun hunn d'Participanten e Memory Memory ofgeschloss mat all 160 Roman Biller aus der Studiephase (elo 'al' Biller) an 80 nei Distractor Biller déi d'Participanten nach net gesinn hunn (Figebam. 1B). An dësem Deel vun der Studie hunn d'Participanten zwee hannereneen Entscheedunge fir all Bild gemaach, déi allen zwee vum Text ënner dem Bild presentéiert goufen. Déi éischt Entscheedung war en "alt / neit" Uerteel ze treffen, déi zweet Entscheedung war e "erënnere / wëssen / denken" (no enger "aler" Äntwert), oder e "sécher / roden" (no enger "neier" Äntwert) Uerteel. Timing war selbststänneg, mat enger Zäitlimit fir d'Entscheedunge vun 3 s an 2.5 s, respektiv, gefollegt vun enger 1 s Fixéierungsphase virun der Presentatioun vum nächste Bild.
Resultater
Präterior Resultater
Fir d'Studiephase, eng 2 × 2 × 2 ANOVA iwwer d'Reaktiounszäiten vun de Participanten op korrekt Versprieche mat de Faktore Bildkategorie (Roman / vertraut), Erwaardung (erwaart / onerwaart) a Grupp (gescannte Grupp / Gedächtnisgrupp) weisen Haapteffekter vun Bildkategorie an Erwaardung an eng Interaktioun tëscht Grupp a Bildkategorie Effekt (kuck Table 1 fir Reaktiounszäiten; Kategorie Effekt: F[1,25] = 31.57, p <0.001; Erwaardungseffekt: F[1,25] = 8.47, p & Si besteet; Interaktiounseffekt: F[1,25] = 5.49, p & Si besteet; Post hoc gepaart t-Tester bestätegt datt Reaktiounszäiten fir béid erwaart bekannte Biller an erwaart Roman Biller wiesentlech méi kuerz waren wéi fir déi entspriechend onerwaart Biller (p <0.01 an p & Si besteet; 0.05, respektiv). Reaktiounszäiten fir béid erwaart an onerwaart bekannte Biller ware wesentlech méi kuerz wéi fir déi entspriechend Romanbiller (p <0.001 an p = 0.001, respektiv). Den Interaktiounseffekt koum net aus engem bedeitende Kategorieeffekt an nëmmen enger Participantgrupp, wéi t-Tester, déi Reaktiounszäiten op nei a bekannte Biller vergläichen, ware bedeitend fir béid Gruppen (p & Si besteet; 0.05 fir de gescannt Grupp an p <0.001 fir d'Erënnerungsgrupp). Dës Resultater bestätegen datt d'Participanten op d'Zeilen opmierksam gemaach hunn an se benotzt hunn e Verhalensvirdeel fir d'Diskriminéierung vu Roman a vertraute Biller ze kréien. Richteg Äntwertraten ënnerscheede sech net tëscht de Kategorien oder tëscht Gruppen (Duerchschnëtt fir erwaart Romanbiller: 95.1% ± 3.7%, fir onerwaart Romanbiller: 94.1 ± 3.6%, fir erwaart bekannte Biller: 93.8% ± 3.9% a fir onerwaart bekannte Biller : 93.4% ± 3.5%).
Mir analyséieren duerno Resultater aus dem Gedächtnisstest deen 1 Dag no der Studiephase an de Verhalensfolleg duerchgefouert gouf. Eng zweesäiteg ANOVA mat de Facteuren Erënnerung (korrigéiert Erënnerung / Wëssen Tariffer) an Neiheet Antikatioun (erwaart / onerwaart) hunn en Interaktiounseffekt gewisen (F[1,11] = 5.66, p & Si besteet; Post hoc gepaart t-Test huet e wesentlecht méi héijen Ënnerscheed tëscht korrigéiertem Erënnerungs / Wëssen Taux fir erwaart (8.9 ± 5%) wéi onerwaart (0.9 ± 4%) Roman Biller (p & Si besteet; 0.05; fir Äntwert Tariffer kuckt Table 2). Weider Post hoc gepaart t-Tester bestätegt datt weder korrigéiert Erënnerungsquote vs. korrigéiert Weessrate nach erwaart vs. onerwaart eleng wesentlech anescht war. Proportioun vun den Äntwerten ënnerscheet sech net tëscht de Kategorien (11.1 ± 2.3% fir erwaart an 12.3 ± 2.4% fir onerwaart Biller).
Mir analyséiert och d'Beiträg vun Erënnerung a Bekanntheet ënner enger Onofhängegkeet Viraussetzung op Basis vun engem wäit akzeptéierte Modell (Yonelinas et al., 1996), no deem Erënnerung en Hippocampus-ofhängege Schwellprozess duerstellt wärend Bekanntheet e Signal-Detektiounsprozess duerstellt deen an der Fehlen vun engem intakte Hippocampus ënnerstëtzt ka ginn. D'Erhuelung gouf geschat andeems se den Taux vun de falschen Alarmer (RFA) vun der Erënnerungsrate subtrahéieren. Bekannte gouf geschat duerch d'éischt Berechnungssäitfänke berechent (FR, kuckt Equatioun hei ënnendrënner) an dann kritt de entspriechende d-Prime Wäert.
Fir méiglech Schätzunge vun Erhuelung (RE) ze vergläichen, déi Äntwerten Proportiounen a Prozent sinn, a Bekanntheetsschätzungen (FE), déi sinn d'Wäerter, béid Moossname goufen transforméiert z-Scorë virun statisteschen Analysen. Eng zwee-Manéier ANOVA mat de Facteuren Erënnerung (Erënnerung Schätzung / Bekannte Schätzung) an Neiheet Antikatioun (erwaart / onerwaart) bestätegt den Interaktioun Effekt kritt an der ANOVA op Äntwert Tariffer (F[1,11] = 5.78, p <0.05).
fMRI Resultater
Cues, déi zu enger Viraussiichtung vun neie Biller féieren, am Géigesaz zu Antizipatioun op bekannte Biller, hunn zu bedeitend méi héijer Aktivitéit a Gehirregiounen gefouert, déi den dopaminergesche System bilden (lénks Streatum; riets Mëttbrain, héchstwahrscheinlech den SN; Figuren. 2A, B; Table 3), Beräicher, déi virdru mam Belounungsvirtrag verbonne sinn (Knutson et al., 2001a, b; O'Doherty et al., 2002; fir eng Iwwerpréiwung gesinn Knutson a Cooper, 2005). Fir den Ausgangskontrast, onerwaart vs. erwaart Roman Resultater hunn och de passenden SN / VTA aktivéiert (Figuren. 4A, B; Table 4). Dëst Aktivéierungsmuster gläicht en Aktivéierungsmuster dat am dopaminergesche Mëttbrain mat Belounungsparadigme gesi gouf, wou dopaminergesch Neuronen e Prognosenfehler an der Belounung berichten (Schultz et al., 1997). Am Géigesaz, Aktivitéit an Äntwert op Bekanntheet Cues an onerwaart vs erwaart vertraut Fotoe hunn dëst Muster net gewisen. Also, dës Resultater demonstréieren Parallelen tëscht der Veraarbechtung vun Neiheet a Belounung an der SN / VTA.
Am Hippocampus, béid Neiheet Antizipatioun an nei Resultater goufen verbonne mat verstäerkter bilateraler Aktivitéit am Verglach mat Erwaardung an Ausgang vu bekannten Reizen (Figgen. 2C, D an 3; Table 3). De richtege Hippocampus war och méi aktiv fir onerwaart Roman Biller wéi fir erwaart Roman Biller (Figuren. 4C, D; Table 4). Ausserdeem huet de lénksen Hippocampus (Talairach Koordinaten: - 36, - 14, - 14) méi héich Aktivitéit fir d'Presentatioun vun allen onerwaartene Biller gewisen an engem Kontrast mat allen erwaartene Biller, konsequent mat der hippocampaler Veraarbechtung vu kontextueller Neiheet (Ranganath a Rainer, 2003; Bunzeck an Duzel, 2006).
An der Cue Phase war et eng bedeitend positiv Korrelatioun tëscht der richteger SN / VTA Aktivatioun an der richteger Hippocampal Aktivitéit wéi getest mat duerchschnëttleche Prozentsignal Ännerung als Äntwert op Neiheitsignaler an de Spëtzevoxele vun der "Neiegkeet vs. Bekanntheetsvirstellung" Kontrast iwwer d'Participanten ( Pearson senger r = 0.48, p & Si besteet; 0.05 eent-tailed; Figebam. 5). Also, eis Daten weisen op eng funktionell Interaktioun wéi och funktionell Dissoziatiounen tëscht dem SN / VTA an dem Hippocampus an der Neiegkeetveraarbechtung.
Diskussioun
Verhalensweis war d'Cue Validitéit mat engem wesentlechen Effekt op d'Reaktiounszäiten vun de Sujete wärend Diskriminéierung vu Roman a vertraute Reizen assoziéiert, a weist datt Indizien, déi Roman oder vertraut Eventer viraussoen, vun Themen veraarbecht goufen. fMRI Analyse huet verroden datt Indizien, déi nei Biller viraussoen, wesentlech méi héich SN / VTA Aktivatioun ausgeléist hunn wéi Indizien, déi bekannte Reizen virausgesot hunn (Figuren. 2A, B; Table 3). Dëst SN / VTA Aktivéierungsmuster an Äntwert op Neiheet ähnelt e Muster dat a Belounungsparadigme fonnt gëtt, wou eng Äntwert am fréie Prognostiker vun der Belounung gesi gëtt (Knutson et al., 2001a; Wittmann et al., 2005). Eng aner Eegeschafte vun der Belounungsveraarbechtung am SN / VTA, nämlech, erhéicht Aktivitéit fir onerwaart am Verglach mat erwaart Belounungen (Schultz, 1998), gouf och parallel vum SN / VTA Äntwerten op Neiheet. SN / VTA Aktivéierung war méi staark an Äntwert op eng onerwaart Presentatioun am Verglach mat der erwaart Presentatioun vun Roman Artikelen (Figuren. 4A, B; Table 4). Bemierkung datt et onwahrscheinlech ass datt antizipéierend SN / VTA Aktivéierung d'Kontaminatioun vum hemodynamesche Signal induzéiert duerch spéider Roman Stimuli wéi et keng SN / VTA Aktivéierung duerch virausgesoot Roman Stimuli oder Bekanntheetszeechen war, wat d'Effektivitéit vum jitterende Protokoll beweist.
Eise Befindunge weisen datt d'Eähnlechkeet tëscht Neiheet a Belounung iwwer hire gemeinsamen Afloss op SN / VTA-Hippocampal Circuiten iwwerhëlt an d'Méiglechkeet erhéijen datt Neiheet selwer ähnlech wéi eng Belounung veraarbecht gëtt. Dëst ass kompatibel mat enger Zuel vun Observatioune vun Déierfuerschung abegraff Donnéeën déi reduzéiert Selbstverwaltung vun Amphetamin während der Erfuerschung vun neie Objete weisen (Klebaur et al., 2001), d'Entwécklung vu Plazepräferenz fir Ëmfeld mat neie Reizen (Bevins a Bardo, 1999) a Konditioune fir Neiheet (Reed et al., 1996). Allerdings ass dës Relatioun tëscht Neiheet a Belounung net vun der Inferenz, déi aus traditionelle Verstäerkungsprotokoller ofgeleet gëtt, déi effektiv mat bekannten Reizen funktionnéieren. Dëst schwätzt der Tatsaach datt a ville Situatiounen kloer en Avantage ass fir en Agent Belounungsassociatiounen zu héich vertraute Saachen ze bilden. Trotzdem, eis Daten bidden Ënnerstëtzung fir d'Iddi datt intrinsesch Belounungseigenschafte vun neie Reizen stimuléieren exploratoresch Behuelen, déi typesch zu Roman Kontexter a Saache observéiert ginn (Ennaceur an Delacour, 1988; Stansfield a Kirstein, 2006). Eng aner Eegeschafte vum SN / VTA Neuronal Kodéierung vum Belounungsresultat ass adaptiv Kodéierung (Tobler et al., 2005), wat duerch en aneren Niveau geäntwert gëtt fir dee selwechte erwaartene Belounungswäert ze reagéieren ofhängeg vun den alternativen Belounungen, déi an all Kontext verfügbar sinn. Mëttelwäert Beloununge féieren zu enger méi héijer dopaminergescher Äntwert wa se a Kontext mat niddrege Wäerter belount ginn wéi am Kontext mat héichwäertege Beloununge. Dëse Besëtz vun der SN / VTA Belounungsveraarbechtung ass nach net fir Neiheet bei Mënschen replizéiert ginn. Tatsächlech ass et Beweiser datt, am Géigesaz zu der Belounung, Neiheet méiglecherweis net an der mënschlecher SN / VTA adaptéiert gëtt.Bunzeck an Duzel, 2006), suggeréiert funktionell Differenzen tëscht Neiheet a Belounung déi weider Ënnersichung droen.
De stimulus-verwante Muster vun der Aktivitéit während der Neiegkeetveraarbechtung am Hippocampus ënnerscheet sech vum Muster dat am SN / VTA gesi gouf. Am Géigesaz zum SN / VTA huet den Hippocampus méi héich Aktivitéit fir erwaart Roman stimuli selwer gewisen (Figebam. 3). Ausserdeem war den Hippocampus och méi aktivéiert duerch kontextueller Neiheet (Lisman a Grace, 2005) onofhängeg vun der Reiz-Neiegkeet, offensichtlech a senger Äntwert op déi onberechente Presentatioun vu vertraute Biller. Dëst bestätegt virdrun Donnéeën (Bunzeck an Duzel, 2006), inklusiv Befunde, déi eng Empfindlechkeet vun dëser Struktur uweisen fir Mëssbrauch innerhalb geléiert Sequenzen (Kumaran a Maguire, 2006). D'Aktivatioun vum Hippocampus duerch nei Stimuli per se ass gutt kompatibel mat dem sougenannten VTA-Hippocampal Loop Modell, no deem hippocampal Neiheetssignaler zum SN / VTA Resultat aus engem intrahippocampal Verglach vu Stimulatiounsinformatioun mat gespäicherten Associatiounen (Lisman a Grace, 2005). Hippocampal Aktivatioun als Äntwert op Neiheet-viraussiichtlech Zeechen (Figuren. 2C, D; Table 3), op der anerer Säit, kann net duerch dëse Modell erkläert ginn. Mir suggeréieren datt en dopaminergescht Prognosen Signal hippocampal Aktivéierung induzéiert iwwer dopaminergesch Input op CA1 (Jay, 2003), eng Interpretatioun kompatibel mat enger signifikanter Korrelatioun tëscht Cue-verbonne Aktivitéit am SN / VTA an Hippocampus fonnt an dëser Etude.
Virdrun Resultater bedeiten datt verschidde Gehirngebidder ausserhalb vum mesolimbesche System Differential anticiperend Äntwerte bei Belounungsparadigme weisen. E rezent Beispill ass d'Demonstratioun vu sou Äntwerte an der primärer visueller Cortex V1 (Shuler a Bär, 2006). Dës Äntwerte ginn hypothetiséiert fir duerch dopaminerg Modulatioun gedriwwen ze ginn. En ähnlechen Mechanismus kéint fir d'Veraarbechtung vun Neiheet uwenden. Egal ob den dopaminergesche Mëttbrain den Hippocampus dréckt oder vice versa, Koaktivatioun vum Hippocampus an den SN / VTA konnt mat erhéngte dopaminergeschen Input zum Hippocampus verbonne wärend der Antizipatioun. Dëst, am Géigenzuch, kann e Staat induzéieren deen d'Léiere fir zukünftege Romaner stimuli verbessert, e Modell dee computational machbar ass (Blumenfeld et al., 2006).
Zousätzlech zu der SN / VTA-hippocampal Veraarbechtung vun der Neiheet Antikatioun, waren et och aner Gehirregiounen, déi Aktivitéit an Äntwert op Neiheetskuren weisen, notamment Beräicher am frontale Cortex, déi virdru mat Neiheetveraarbechtung assoziéiert goufen (Daffner et al., 2000; Table 3), a Regioune vun der parahippocampal Cortex (Duzel et al., 2003; Ranganath a Rainer, 2003). Wéi eis Hypothesen op SN / VTA an der Hippocampal Veraarbechtung fokusséiert sinn, läit eng méi enk Untersuchung vun dëse Resultater ausserhalb vum Spillraum vun dëser Etude. Zukünfteg Untersuchung vum frontoparietal Neiegkeetnetz a seng Interaktioune mam SN / VTA an Hippocampus géif wesentlech zu der wuessender Verständnis vun der Neiegkeetveraarbechtung bäidroen.
Am Aklang mat der Iddi, datt d'Präeaktivéierung vum Hippocampus während der Antizipatioun d'Léiere erliichtert, weisen eis Verhalensdaten datt erwaart Roman Biller e méi héije Erënnerungs- / Know-Response Differenz generéiere wéi onerwaart Roman Biller wann d'Erënnerung 1 Dag méi spéit getest gouf. Eng Erënnerungsreaktioun erfuerdert eng Erënnerung vum Kontext vun der Studie Episode an dowéinst reflektéiert episodescht Gedächtnis am Géigesaz zum familiären, net-episodeschen Aspekt vun der Erkennungs MemoryTulving, 1985; Duzel et al., 2001; Yonelinas et al., 2002). Den Hippocampus ass mat erfollegräicher Episod Erënnerungsbildung a fréiere Studien verbonne ginn (z. B. Brewer et al., 1998; Wittmann et al., 2005; Daselaar et al., 2006), a Läsionen vum Hippocampus goufen fonnt fir primär den Erënnerungskomponent vun der Unerkennung ze benodeelen (Duzel et al., 2001; Aggleton a Brown, 2006). Mir hunn viru kuerzem gemellt datt d'Erënnerung fir Belounungsprognosen stimuli och mat engem méi héije remember / Know Verhältnis verbonne war am Verglach mat Reizen, déi d'Feele vu Belounung virausgesot hunn (Wittmann et al., 2005), an dës Gedächtnisverbesserung gouf mat verstäerkter SN / VTA an der Hippocampal Aktivatioun assoziéiert als Äntwert op Belounungsprévisiounsstimulie beim Encodéierung. Eis aktuell Resultater verlängeren dës Befunde fir eng SN / VTA-induzéiert Verbesserung vun der hippocampal Plastizitéit ze integréieren, déi vum fréien Predictor vun der Neiheet etabléiert ass. Interessant, rezent elektrophysiologesch Donnéeën aus Kopfhautopnamen beliichten eng Relatioun tëscht Gehiraktivitéit kuerz virum Ufank vun engem neie Stimulus an der episodescher Erënnerung fir dee Stimulus (Otten et al., 2006). Eis Daten suggeréieren datt d'Ausbezuelung vun Neiheet e Mechanismus ka sinn duerch deen Prestimulus Aktivitéit de Stimuléierungscodéierung moduléiere kéint. Eis Resultater hunn och rezent fMRI Daten verlängert wou d'Belounungserwaardung an d'Erwaardung vun engem emotionalen Stimulus fonnt goufen d'Erënnerung ze verbesseren (Adcock et al., 2006; Mackiewicz et al., 2006).
Déi funktionell an anatomesch Iwwerlappung tëscht Belounung an Neiegkeetveraarbechtung an der SN / VTA kéint gutt déngen fir exploratorescht Verhalen ze verstäerken, wat d'Déieren erméiglecht nei Liewensmëttelquellen ze fannen an hir Positioun ze encodéieren, an doduerch d'Iwwerliewe verbessert. Eng interessant Avenue fir zukünfteg Fuerschung wäert et sinn, d'Bezéiung tëscht Neiheet Antizipatioun an engem Neiheet-sicht Perséinlechkeet Charakter ze bestëmmen. An de Mënschen, verstäerkt Neiheetssich ass verbonne mat Spillen an Sucht (Spinella, 2003; Hiroi an Agatsuma, 2005) d'Méiglechkeet vun engem Kompromëss tëscht gënschtegen Effekter fir Neiegkeet am Gedächtnis an negativ Effekter a Relatioun mat der Sucht ze erhéijen. E bessert Verständnis vun der Bezéiung tëscht Neiheet Erwaardung, Gedächtnisbildung a Neiheet sichen kéint och Fuerschung iwwer déi spezifesch Erënnerungsdefiziter informéieren, déi an der dopaminergescher Dysfunktioun wéi Parkinson Krankheet a Schizophrenie fonnt goufen.
An eenzelzellegen Déierenstudien iwwer Belounungsveraarbechtung huet d'Observatioun datt den SN / VTA op Belounungsprognose reagéiert souwéi op onerwaart Belounung inspiréiert 'temporär Differenz' (TD) Modeller vun der Belounungsveraarbechtung (Schultz, 1998, 2002). Et sollt bemierkt datt, an eiser Studie, fMRI Aktivatiounen fir Neiheet Antizipatioun an onerwaart Neiheet an liicht verschiddenen Portiounen am SN / VTA waren. Dëst erhéicht d'Méiglechkeet datt et regional Äntwert Differenzen tëscht Belounungsprognose an onerwaartend Belounungsreaktiounen bei Déieren och sinn, an datt eenzel Neuron Studien iwwer Neiheet Antizipatioun an onerwaart Neiheet kënnen och weisen datt entspriechend neuronal Äntwerte a verschiddene Portioune vum SN / VTA. En Virworf hei ass de Fakt datt mir d'Méiglechkeet net auszeschléissen datt an eiser Studie déi selwecht neuronal Bevëlkerung déi op Neiheetprediktioun geäntwert huet och op onerwaart Neiheet geäntwert huet.
Zesummegefaasst weisen eis fMRI Daten datt d'Hippocampalbildung an den SN / VTA deelweis verschidde Funktiounen an der Predictioun an der Veraarbechtung vun der Neiheet déngen. Den SN / VTA veraarbecht Prévisibilitéit an den Hippocampus déi antizipéiert an aktuell Präsenz vun Neiheet an engem bestëmmte Kontext. Zesummen mat eise Verhalensdaten, weisen eis Resultater datt d'Koaktivéierung vum SN / VTA an Hippocampus zum fréie Prognostiker vun der Neiheet an der Prestimulusphase zu enger verstäerkter Erënnerungsbildung fir den zukünftegen Roman Stimulus féiert. Dës Befindunge liwwert Beweiser fir eng enk Bezéiung tëscht der Veraarbechtung vu Belounung an der Reiz-Neiheet a verlängeren rezent Modeller vun dopaminergic-hippocampal Interaktioun. Si ënnersträichen d'Wichtegkeet vun der Prestimulus Period fir episodesch Kodéierung. Effekter vun Neiheet um Kodéierung kënnen dofir ofhänken vun Induktioun vun engem antizipiellen Zoustand am mediale temporäre Gedächtnis System, mediated mat modulatoreschen Aflëss aus dopaminergesche Mëttbrainberäicher. Wéi och ëmmer, fMRI Daten liwweren net direkt Beweiser fir d'Bedeelegung vu spezifeschen Neurotransmitter Systemer. Trotzdem ass fMRI e wäertvollt Instrument fir event-verbonnen Aktivitéit am SN / VTA bei Mënschen z'ënnersichen. D'Integratioun vu molekulare geneteschen Approche an Neuroimaging (Schott et al., 2006) an pharmakologesch fMRI kënnen hëllefen d'Roll vun neuromodulatoresche Sender Systemer an der mënschlecher Neiheetveraarbechtung an d'Bezéiung tëscht SN / VTA Äntwerte an dopaminergescher Neurotransmissioun weider z'erklären.
Arbeschterlidder
Dës Aarbecht gouf ënnerstëtzt vu Stipendien aus der Deutsche Forschungsgemeinschaft (KFO [Cognitive Control of Memory, TP3]). Mir soen dem Michael Scholz Merci fir Assistenz mam fMRI Design, Kolja Schiltz fir Assistenz mat fMRI Analyse an Kerstin Möhring, Ilona Wiedenhöft a Claus Tempelmann fir Assistenz mat fMRI Scannen.
Referenze
;
