Kontekstinė sąveika tarp naujovės ir atlygio apdorojimo mesolimbinėje sistemoje (2012)

  • Hum Brain Mapp. 2012 m. birželis; 33(6): 1309–1324.
  • Paskelbta internete 2011 m. balandžio 21 d. doi:  10.1002 / hbm.21288

Nico Bunzeck,*,1 Christianas F. Doelleris,2,3,4 Rėjus J Dolanas,5 ir Emrah Duzel2,6

Šis straipsnis buvo minimas kiti PMC straipsniai.

Eiti į:

Abstraktus

Nuo medialinės laikinosios skilties (MTL) priklausoma ilgalaikė atmintis naujiems įvykiams yra moduliuojama grandinės, kuri taip pat reaguoja į atlygį ir apima ventralinį striaumą, dopaminergines vidurines smegenis ir medialinę orbitofrontalinę žievę (mOFC). Šis bendras neuroninis tinklas gali atspindėti funkcinį ryšį tarp naujumo ir atlygio, kai naujumas skatina tyrinėjimą ieškant atlygio; nuoroda dar vadinama naujumu „tyrinėjimo premija“. Naudojome fMRI scenos kodavimo paradigmoje, kad ištirtume naujumo ir atlygio sąveiką, sutelkiant dėmesį į nervinius signalus, panašius į tyrinėjimo premiją. Kaip ir tikėtasi, su atlygiu susijusi ilgalaikė atmintis už scenas (po 24 valandų) stipriai koreliavo su MTL, ventralinio striatumo ir juodosios medžiagos/ventralinės tegmentinės srities (SN/VTA) aktyvumu. Be to, hipokampas parodė pagrindinį naujumo poveikį, striatum – pagrindinį atlygio poveikį, o mOFC rodė ir naujumą, ir atlygį.. Hipokampe buvo nustatyta naujovės ir atlygio sąveika, panaši į tyrinėjimo premiją. Šie duomenys rodo, kad MTL naujumo signalai yra interpretuojami atsižvelgiant į jų atlygį nuspėjančias savybes mOFC, o tai pakreipia striatalinius atlygio atsakymus. Tada striatumas kartu su SN / VTA reguliuoja nuo MTL priklausomą ilgalaikės atminties formavimąsi ir kontekstinio tyrimo papildomus signalus hipokampe.

Raktiniai žodžiai: naujovė, atlygis, mezolimbinė sistema, atmintis, hipokampas, juodoji medžiaga / ventralinė tegmentinė sritis, ventralinis striatum, mOFC, tyrinėjimo priedas

ĮVADAS

Naujovė yra motyvacinis mokymosi signalas, patraukiantis dėmesį, skatinantis atminties kodavimą ir modifikuojantis į tikslą nukreiptą elgesį [Knight,1996; Lisman ir Grace, 2005; Mesulamas, 1998; Sokolovas, 1963]. Naujausi žmonių ir nežmoginių primatų tyrimų duomenys rodo, kad motyvaciniai naujumo aspektai iš dalies yra susiję su jo bendromis savybėmis ir atlygis [Bunzeckas ir Duzelis, 2006; Kakade ir Dayanas, 2002; Mesulamas, 1998]. Šis pasiūlymas išplaukia iš stebėjimų, kad atliekant tyrimus su gyvūnais, vidurinių smegenų juodoji medžiaga/ventralinė tegmentinė sritis (SN/VTA) yra aktyvuojama dirgikliais, kurie numato atlygį, taip pat dirgikliais, kurie yra nauji [Ljungberg ir kt. 1992]; apžvalgą rasite [Lisman ir Grace, 2005]. Panašiai ir žmogaus SN/VTA aktyvuojamas atlygis [Knutsonas ir Cooperis, 2005] ir naujovė [Bunzeckas ir Duzelis, 2006; Bunzeck ir kt. 2007; Wittmann ir kt. 2005], taip pat pagal užuominas, nuspėjančias jų atsiradimą [Knutsonas ir Cooperis, 2005; O'Doherty ir kt. 2002; Wittmann ir kt. 2005, 2007]. SN/VTA gaminamas neurotransmiteris dopaminas iš esmės reguliuoja motyvacinius elgesio aspektus [Berridge, 2007; Niv ir kt. 2007].

Be to, esama vieningų įrodymų, kad hipokampas, medialinė temporalinės skilties (MTL) struktūra, kuri yra labai svarbi ilgalaikių epizodinių prisiminimų apie naujus įvykius formavimui, taip pat yra susijęs su įvairiomis atlygio mokymosi formomis [Devenport ir kt.1981; Holscher ir kt. 2003; Ploghaus ir kt. 2000; Purves ir kt. 1995; Rolls ir Xiang, 2005; Solomon ir kt. 1986; Tabuchi ir kt. 2000; Weineris, 2003; Wirth ir kt. 2009]. Pavyzdžiui, graužikų hipokampas rodo padidėjusį aktyvumą su kibimu, bet ne be kibimo [Holscher, et al. 2003]; nežmoginiams primatams jis dalyvauja mokymosi vietos apdovanojimo asociacijose [Rolls ir Xiang, 2005]; Hipokampo veikla vadovaujasi prognozavimo klaidų mokymosi taisyklėmis, susijusiomis su aversiniais dirgikliais žmonėms [Ploghaus ir kt. 2000]; ir atlygis padidina sinchronizaciją tarp hipokampo ir nucleus accumbens neuronų [Tabuchi ir kt. 2000].

Atlygio ir naujumo poveikio bendrumą teoriškai galima suderinti teiginiu, kad naujumas skatina tyrinėti aplinką ir gauti atlygį [Kakade ir Dayan,2002]. Remiantis šiuo pasiūlymu, pagrindinė motyvacinė naujovės savybė yra galimybė numatyti atlygį, o pažįstami dirgikliai, kartojami be atlygio, palaipsniui praranda šį potencialą. Tyrinėjimo premijos hipotezė pateikia dviejų tipų prognozes: pirmoji susijusi su galia, su kuria naujo ar pažįstamo statusas gali numatyti atlygį, o antroji – su kontekstu nutolusiu šio atsitiktinumo poveikiu kitiems dirgikliams. Remiantis pirmąja prognoze, buvimas nauju stimulu turėtų būti stipresnis atlygio pranašas, nei buvimas pažįstamu stimulu [pvz., Wittmann ir kt. 2008]. Tai yra, kai nauji dirgikliai numato atlygį, atlygio tikėtis turėtų būti didesnė nei tada, kai žinomi stimulai numato atlygį. Antroji (labiau netiesioginė) prognozė yra ta, kad motyvuojantis naujumo poveikis tiriamajam elgesiui turėtų turėti kontekstinį poveikį kitų tame pačiame kontekste esančių stimulų motyvacinei reikšmei. Suderinama su šiuo pasiūlymu, Bunzeck ir Duzel [ 2006] parodė, kad kontekste, kuriame yra naujų dirgiklių, pažįstami dirgikliai rodo mažesnį pasikartojimo slopinimą MTL struktūrose. Tai rodo, kad net ir nesant aiškaus atlygio, kontekste, kuriame yra naujų dirgiklių, yra stipresnė motyvacija tyrinėti ir pažįstamus dirgiklius tame kontekste [Bunzeckas ir Duzelis, 2006]. Tačiau iki šiol šios prognozės apie naujumo ir atlygio ryšį nebuvo tiesiogiai patikrintos. Eksperimentine prasme tam reikia manipuliuoti atlygį nuspėjančia naujumo savybe taip, kad atlygis tam tikrame kontekste būtų nuspėjamas arba naujoviškumu, arba pažįstamu. Čia mes panaudojome šį eksperimentinį metodą, kad ištirtume funkcinę naujovės ir atlygio sąveiką fMRI tyrime.

Funkcinės naujovės ir atlygio sąveikos supratimas turi didelę reikšmę norint suprasti, kaip reguliuojamas ilgalaikis naujų dirgiklių plastiškumas. Daugybė fiziologinių įrodymų rodo, kad dopaminas, kilęs iš SN / VTA, ne tik reguliuoja motyvacinius elgesio aspektus, bet ir yra labai svarbus siekiant sustiprinti ir stabilizuoti hipokampo plastiškumą [Frey ir Morris,1998; Li ir kt. 2003] ir nuo hipokampo priklausomas atminties konsolidavimas [O'Carroll ir kt. 2006]. Pagal vadinamąjį hipokampo-VTA kilpos modelį [Lismanas ir Grace, 2005] naujovių signalai generuojami hipokampe ir perduodami į SN/VTA per nucleus accumbens ir ventralinį blyškųjį ertmę [Lisman ir Grace, 2005]. Nors modelis pabrėžia patį naujumą kaip pagrindinį kognityvinį signalą, moduliuojantį dopaminą iš SN / VTA, jis taip pat aiškiai kelia klausimą, kaip motyvaciniai veiksniai reguliuoja naujumo poveikį hipokampo ir SN / VTA veiklai. Šio tyrimo tikslas – nagrinėti šį klausimą bendrų naujumo ir atlygio savybių bei jų funkcinės sąveikos požiūriu.

Jei naujumas veikia kaip signalas, skatinantis tyrinėti atlygį [Bunzeckas ir Duzelis,2006; Kakade ir Dayanas, 2002; Wittmann ir kt. 2008] hipokampo-SN/VTA kilpos dalys turėtų rodyti tik pirmenybinį atsaką į naujumą kontekste, kai naujoviškumas numato atlygį, bet ne kontekste, kai susipažinimas numato atlygį. Tuo pačiu metu tyrinėjimo tobulinimas, kai atlyginama už naujumą, turėtų sustiprinti hipokampo reakciją į pažįstamus dirgiklius, kurie pateikiami tame pačiame kontekste, net jei tai ir nenumatytų atlygio. Priešingai, kontekste, kai pažįstamas, bet ne naujas, numato atlygį, turėtų būti mažesnė kontekstinė motyvacija tyrinėti, todėl hipokampo aktyvumas turėtų būti žemas tiek romanui, tiek pažįstamiems stimulams tame kontekste. Taigi hipotezė, kad naujumas turi vidinę savybę motyvuoti tiriamąjį elgesį ieškant atlygio, leidžia nuspėti sąveiką tarp dirgiklių naujumo ir atlygio statuso. Atitinkamai, hipokampas stipriai reaguotų ir į naujus, ir į pažįstamus dirgiklius, kai naujasis numato atlygį, ir silpnai į naujus ir pažįstamus dirgiklius, kai pažįstamas numato atlygį.

Alternatyvi galimybė yra ta, kad informacijos naujumas ir atlygio statusas yra nepriklausomi. Pagal šią galimybę neturėtų būti jokios funkcinės naujovės ir atlygio sąveikos. Kitaip tariant, hipokampo-SN / VTA kilpos dalys išreikš tik pagrindinį naujumo ar atlygio poveikį, bet ne abiejų sąveikos.

Apibendrinant, manipuliavimas atsitiktinumu tarp naujumo ir atlygio gali padėti suprasti pagrindinius mechanizmus, lemiančius naujumo atsakus mezolimbinėje sistemoje. Tuo tikslu sukūrėme paradigmą, pagal kurią piniginio atlygio gavimas priklausė nuo scenų vaizdų naujumo statuso [Bunzeck ir kt.2009]. Taigi priimti teisingus sprendimus dėl atlygio pirmenybės (žr. metodus) buvo įmanoma tik teisingai atskyrus naujus ir pažįstamus stimulus. Svarbu tai, kad vieną dieną po kodavimo įvertinome atpažinimo atmintį ir taip galėjome nustatyti, kiek hipokampo-SN / VTA kilpos komponentai koreliuotų su atlygiu susijusiu ilgalaikės atminties gerinimu naujiems ir pažįstamiems dirgikliams.

MEDŽIAGOS IR METODAI

Buvo atlikti du eksperimentai. Nors pirmasis eksperimentas (1 eksperimentas) buvo elgesio eksperimentas, antrasis eksperimentas (2 eksperimentas) apėmė elgesio priemones ir fMRT.

Tematika

1 eksperimente dalyvavo 17 suaugusiųjų (13 moterų ir keturi vyrai; 19–33 metų amžiaus; vidurkis 23.1, SD = 4.73 metų), o 14 eksperimente dalyvavo 2 suaugusiųjų (penki vyrai ir devynios moterys; amžiaus intervalas: 19–34 metai vidurkis = 22.4 metų; SD = 3.8 metų). Visi tiriamieji buvo sveiki, dešiniarankiai ir jų aštrumas buvo normalus arba pakoreguotas iki normalaus. Nė vienas iš dalyvių nepranešė apie neurologinius, psichikos ar medicininius sutrikimus ar kokių nors esamų medicininių problemų. Visi eksperimentai buvo vykdomi gavus raštišką kiekvieno tiriamojo sutikimą ir laikantis vietos etikos patvirtinimo (Londono universiteto koledžas, JK).

Eksperimentinis projektas ir užduotis

Abiejuose eksperimentuose buvo atlikti trys (1) supažindinimo fazės rinkiniai, po kurio (2) atpažinimo atmintis pagrįsta pirmenybės sprendimo užduotis. Čia kiekvienam rinkiniui buvo naudojami nauji vaizdai, todėl iš viso buvo panaudota 120 naujų ir 120 pažįstamų vaizdų. Abiejų eksperimentų eksperimentinės procedūros buvo identiškos, išskyrus tai, kad 1 eksperimentas buvo atliktas kompiuterio ekrane, o 2 eksperimentas buvo atliktas MRT skaitytuve. (3) Antrą dieną visų pateiktų vaizdų atpažinimo atmintis buvo išbandyta naudojant „prisiminti / žinoti“ procedūrą (žr. toliau).

(1) Susipažinimas: iš pradžių tiriamieji buvo supažindinti su 40 vaizdų rinkiniu (20 vaizdų viduje ir 20 vaizdų lauke). Čia kiekviena nuotrauka buvo pateikta du kartus atsitiktine tvarka po 1.5 s, o interstimulinis intervalas (ISI) buvo 3 s, o tiriamieji nurodė būseną viduje / lauke naudodami dešinės rankos rodomąjį ir vidurinįjį pirštą. (2) Atpažinimo atminties testas: vėliau tiriamieji atliko 9 minučių atpažinimo atmintimi pagrįstą pirmenybės sprendimo užduotį (seansą). Ši dalis (sesija) buvo toliau suskirstyta į du blokus, kuriuose yra po 20 vaizdų iš susipažinimo fazės (vadinamų „pažįstamais vaizdais“) ir 20 anksčiau nepateiktų vaizdų (vadinamų „naujaisiais vaizdais“; tiriamieji galėjo padaryti 20 sekundžių pauzę tarp jų blokai). Bet kuriame bloke nauji vaizdai buvo naudojami kaip CS+, o žinomi vaizdai kaip CS− arba atvirkščiai (Fig.1). Dalyviams buvo liepta nuspręsti dėl kiekvieno vaizdo „pirmybės“ dviejų pasirinkimų mygtuko paspaudimu, nurodant „Aš norėčiau“ arba „Aš nemėgstu“, atsižvelgiant į atsitiktinumą tarp naujumo būsenos ir sustiprinimo vertės. Svarbu tai, kad terminai „pageidautina“ ir „nepageidaujama“ reiškia atlygį, numatantį vaizdo būseną (atsižvelgiant į kontekstinį atsitiktinumą), o ne estetines vaizdo savybes.

1 pav 

Eksperimentinis dizainas.

Nenumatytas atvejis buvo atsitiktinai suskirstytas ir prieš kiekvieną paleidimą ekrane nurodytas „Jei pageidaujama, naujovė bus apdovanota“ (tokiu atveju nauji vaizdai buvo naudojami kaip CS+, o pažįstami vaizdai kaip CS−) arba „Pažintis bus apdovanota, jei pageidaujama“ (čia pažįstami vaizdai buvo naudojami kaip CS+, o nauji vaizdai kaip CS−). Tik teisingi atsakymai „Aš labiau patinka“ po CS+ lėmė 0.50 GBP laimėjimą, o (neteisingai) „Aš norėčiau“ atsakymus po CS- buvo prarasta 0.10 GBP. Tiek teisingi atsakymai „neteikiu pirmenybės“ po CS−, tiek (neteisingai) „neteikiu pirmenybės“ po CS+ nedavė nei pergalės, nei pralaimėjimo. Vaizdai buvo pateikti atsitiktine tvarka 1 s pilkame fone, po to 2 s buvo pavaizduotas baltas fiksavimo kryžius (ISI = 3 s). Siekiant užtikrinti, kad neuroniniai atlygio atsakai apsiribotų pateiktais vaizdais (ty atlygio numatymas, o ne rezultatas), bandymų metu atsiliepimai nebuvo pateikti. Vietoj to, tiriamieji buvo informuojami apie jų bendrą našumą po kiekvienos sesijos (su kiekvienu nenumatytu atveju sudaryta po 2 blokus). Prieš eksperimentą tiriamiesiems buvo nurodyta kuo greičiau ir teisingiau reaguoti ir kad būtų sumokėta tik 20% visų uždarbių.

Visi vaizdai buvo pilkos spalvos ir normalizuoti iki vidutinės pilkumo reikšmės 127 ir standartinio nuokrypio 75. Nė vienoje iš scenų nebuvo vaizduojami žmonės ar jų dalys, įskaitant veidus pirmame plane.

Mokymai

Kiekvienas tiriamasis prieš eksperimentą atliko dvi treniruotes. Panašiai kaip ir tikrasis eksperimentas, abu mokymo etapai prasidėjo supažindinimo faze, kurios metu atsitiktine tvarka du kartus buvo pateikta tik 10 vaizdų (trukmė = 1.5, 3 s; ISI = 1 s), o tiriamieji nurodė savo būseną viduje / lauke. Kaip ir pagrindinio eksperimento atveju, po susipažinimo buvo atlikta atmintis pagrįsta pirmenybės sprendimo užduotis, įskaitant pažįstamus ir naujus vaizdus. Mokymo tikslais 2 mokymo sesijoje po kiekvieno atsakymo buvo pateiktas grįžtamasis ryšys. 1 treniruotės metu atsiliepimai apie atlygį nebuvo rodomi iškart po kiekvieno stimulo / atsako. Po kiekvienos treniruotės tiriamajam buvo pranešta apie tiriamojo finansinį atlygį (maksimali £2). 10 eksperimente tiriamieji taip pat gavo trumpą mokymo sesiją, kurioje buvo 10 pažįstamų ir XNUMX naujų vaizdų kiekviename atsako nenumatytų atvejų bloke.

Po vienos dienos tiriamieji atliko atsitiktinio atpažinimo atminties testą po procedūros „prisiminti/žinoti“ [Tulving,1985]. Čia atsitiktine tvarka kompiuterio ekrano centre buvo pateiktos visos 240 anksčiau matytų nuotraukų (60 kiekvienai sąlygai) kartu su 60 naujų išblaškančių paveikslėlių. Užduotis: tiriamasis pirmiausia priėmė „seną / naują“ sprendimą dėl kiekvienos atskirai pateiktos nuotraukos, naudodamas dešinįjį rodomąjį arba vidurinįjį pirštą. Priėmus „naują“ sprendimą, tiriamieji buvo raginami nurodyti, ar jie pasitiki savimi („tikrai naujas“), ar nėra tikri („atspėk“), dar kartą naudodami dešinįjį rodomąjį ir vidurinįjį pirštą. Priėmę „seną“ sprendimą, tiriamieji buvo raginami nurodyti, ar jie sugebėjo prisiminti ką nors konkretaus, kai matė tą sceną tyrimo metu („atsiminti atsakymą“), tiesiog jautė susipažinimą su nuotrauka be jokios prisiminimo patirties („pažįstamas“ atsakymas) arba tik spėliojo, kad paveikslas senas („atspėk“ atsakymas). Tiriamasis turėjo 4 s, kad padarytų kiekvieną iš abiejų sprendimų, o po 15 nuotraukų buvo daroma 75 s pertrauka.

fMRI metodai

FMRT atlikome 3-Tesla Siemens Allegra magnetinio rezonanso skaitytuvu (Siemens, Erlangenas, Vokietija) su echo planariniu vaizdavimu (EPI), naudodami kvadratinę siųstuvo-imtuvo ritę, kurios konstrukcija pagrįsta „paukščio narvelio“ principu. Funkcinio seanso metu buvo gauti 48 T2* svertiniai vaizdai (EPI seka; apimanti visą galvą) vienam tūriui su nuo kraujo deguonies lygio priklausomu (BOLD) kontrastu (matricos dydis: 64 × 64; 48 įstrižiniai ašiniai pjūviai vienam tūriui, pasukti į kampą –30° priekinėje ir užpakalinėje ašyje; erdvinė skiriamoji geba: 3 × 3 × 3 mm; TR = 3120 ms; TE = 30 ms; z-svyravimo priešimpulsinis gradiento momentas PP = 0 mT/m*ms; teigiama fazė -kodavimo poliškumas). FMRI gavimo protokolas buvo optimizuotas, kad sumažintų jautrumo sukeltą BOLD jautrumo praradimą apatinėse priekinėse ir laikinosios skilties srityse [Deichmann ir kt.2003; Weiskopf ir kt. 2006]. Kiekvieno dalyko funkciniai duomenys buvo gauti per tris skenavimo seansus, kurių vienoje sesijoje buvo 180 tomų. Kiekvienos serijos pradžioje buvo gauti šeši papildomi tūriai per seansą, kad būtų galima įmagnetinti pastovią būseną, ir vėliau buvo pašalinti iš tolesnės analizės. Kiekvieno tiriamojo smegenų anatominiai vaizdai buvo renkami naudojant multi-echo 3D FLASH, kad būtų galima nustatyti protonų tankį, T1 ir įmagnetinimo perdavimą (MT) 1 mm raiška [Helms ir kt. 2009; Weiskopfas ir Helmsas, 2008] ir pagal T1 svertinį inversijos atkūrimą paruoštos EPI (IR-EPI) sekos (matricos dydis: 64 × 64; 64 pjūviai; erdvinė skiriamoji geba: 3 × 3 × 3 mm). Be to, atskiri lauko žemėlapiai buvo įrašyti naudojant dvigubo aido FLASH seką (matricos dydis = 64 × 64; 64 pjūviai; erdvinė skiriamoji geba = 3 × 3 × 3 mm; tarpas = 1 mm; trumpas TE = 10 ms; ilgas TE = 12.46 ms TR = 1020 ms) gautų EPI vaizdų iškraipymui koreguoti [Weiskopf ir kt. 2006]. Naudojant „FieldMap toolbox“ [Hutton ir kt. 2002, 2004] lauko žemėlapiai buvo įvertinti pagal fazių skirtumą tarp vaizdų, gautų naudojant trumpą ir ilgą TE.

FMRI duomenys buvo iš anksto apdoroti ir statistiškai išanalizuoti naudojant SPM5 programinės įrangos paketą (Wellcome Trust Center for Neuroimaging, Londono universiteto koledžas, JK) ir MATLAB 7 (The MathWorks, Inc., Natick, MA). Visi funkciniai vaizdai buvo pataisyti dėl judesio artefaktų, juos suderinant į pirmąjį tomą; pataisyta dėl iškraipymų pagal lauko žemėlapį [Hutton ir kt.2002]; pataisyta pagal judesio ir iškraipymo sąveiką naudojant „Unwarp toolbox“ [Andersson ir kt. 2001; Hutton ir kt. 2004]; erdviškai normalizuotas pagal standartinį T1 svertinį SPM šabloną [Ashburner ir Friston, 1999] (buvo pasirūpinta, kad ypač vidurinės smegenų dalys būtų suderintos su standartiniu šablonu); pakartotinai paimti 2 × 2 × 2 mm mėginiai; ir išlygintas izotropiniu 4 mm viso pločio pusės maksimalaus Gauso branduoliu. Tokia smulkaus masto erdvinė skiriamoji geba kartu su santykinai mažu glotninančiu branduoliu yra pagrindas, leidžiantis aptikti mažas aktyvavimo grupes, pavyzdžiui, vidurinės smegenų ir MTL regionuose, kur yra skirtingi aktyvavimo modeliai (ty naujovių atsakai ir naujovės bei atlygio sąveika). ) gali būti arti [Bunzeck ir kt. 2010]. FMRI laiko eilučių duomenys buvo filtruoti aukštu dažniu (riba = 128 s) ir išbalinti naudojant AR (1) modelį. Kiekvienam tiriamajam buvo apskaičiuotas su įvykiu susijęs statistinis modelis, sukuriant kiekvieno įvykio pradžios „strigo funkciją“ (trukmė = 0 s), kuri buvo sujungta su kanonine hemodinaminio atsako funkcija kartu su laiko ir dispersijos dariniais [Friston ir kt. 1998]. Sumodeliuotos sąlygos apėmė naujus atlygius, romanus – neapdovanotus, pažįstamus – neapdovanotus, pažįstamus – neapdovanotus ir neteisingus atsakymus. Norint užfiksuoti likutinius su judėjimu susijusius artefaktus, buvo įtraukti šeši kovariatoriai (trys standaus kūno poslinkis ir trys sukimai, atsirandantys dėl pertvarkymo), kaip neįdomūs regresoriai. Konkrečių regionų sąlygų poveikis buvo išbandytas naudojant linijinius kontrastus kiekvienam subjektui ir kiekvienai būklei (pirmo lygio analizė). Gauti kontrastiniai vaizdai buvo įtraukti į antrojo lygio atsitiktinių efektų analizę. Čia kiekvienos būklės hemodinaminis poveikis buvo įvertintas naudojant 2 × 2 dispersijos analizę (ANOVA) su veiksniais „atlygis“ (apdovanojantis, neapdovanojantis) ir „naujomas“ (naujas, pažįstamas). Šis modelis leido mums patikrinti pagrindinius naujumo efektus, pagrindinius atlygio efektus ir abiejų sąveiką. Visi kontrastai buvo ribojami P = 0.001 (nepataisyta), išskyrus regresijos analizes (P = 0.005, netaisyta). Abi santykinai liberalios ribos buvo pasirinktos remiantis mūsų tiksliomis a priori anatominėmis hipotezėmis mezolimbinėje sistemoje.

Anatominė reikšmingų aktyvacijų lokalizacija buvo įvertinta remiantis standartiniu stereotaksiniu atlasu, sudedant SPM žemėlapius viename iš dviejų grupių šablonų. T1 svertinis ir MT svertinis grupės šablonas buvo gautas suvidurkinus visų tiriamųjų normalizuotus T1 arba MT vaizdus (erdvinė skiriamoji geba 1 × 1 × 1 mm). Nors T1 šablonas leidžia anatomiškai lokalizuotis už vidurinių smegenų ribų MT vaizduose, SN/VTA regioną nuo aplinkinių struktūrų galima atskirti kaip ryškią juostelę, o greta esantis raudonas branduolys ir smegenų žiedkočiai atrodo tamsūs [Bunzeck ir Duzel,2006; Bunzeck ir kt. 2007; Eckert ir kt. 2004].

Atkreipkite dėmesį, kad mes norime vartoti terminą SN/VTA ir atsižvelgti į BOLD aktyvumą iš viso SN/VTA komplekso dėl kelių priežasčių [Duzel ir kt.2009]. Skirtingai nuo ankstyvųjų VTA kaip anatominio subjekto formuluočių, skirtingi dopaminerginės projekcijos keliai yra išsklaidyti ir sutampa SN / VTA komplekse. Visų pirma, dopamino neuronai, kurie projektuojasi į limbines sritis ir reguliuoja atlygio motyvuotą elgesį, neapsiriboja VTA, bet yra pasiskirstę ir visoje SN (pars compacta) [Gasbarri ir kt. 1994, 1997; Ikemoto, 2007; Smithas ir Kijevas, 2000]. Funkciniu požiūriu tai yra lygiagrečiai su tuo, kad žmonėms ir primatams DA neuronas SN ir VTA reaguoja ir į atlygį, ir į naujumą [žr., pavyzdžiui, Ljungberg ir kt., 1992 arba Tobler ir kt., 2003 įrašymo vietų vaizdavimui].

REZULTATAI

Visos analizės (elgesio ir fMRT) yra pagrįstos bandymais su teisingais pirmenybės atsakais.

Eksperimentuokite 1

Tiriamieji labai tiksliai diskriminavo sąlygas abiejuose kontekstuose (I lentelė) ir statistiškai reikšmingų skirtumų tarp sąlygų nebuvo. Reakcijos laikas (2A) analizė atskleidė, kad tiriamieji greičiausiai reagavo į pažįstamus atlygį numatančius dirgiklius (visi P's < 0.007), tačiau nebuvo skirtumo tarp kitų trijų sąlygų (už romaną atlyginama, už romaną - neapdovanota, už pažįstama - neapdovanota; visi P's > 0.05).

2 pav 

Elgesio rezultatai. (A) Reakcijos laikas. Abiejuose eksperimentuose RT buvo žymiai greitesnis pažįstamiems atlyginamiems vaizdams, palyginti su visomis kitomis sąlygomis (visomis P < 0.01) (kaip nurodyta žvaigždute), bet kito skirtumo nebuvo ...
I lentelė 

Elgesio rezultatai

Atpažinimo atminties našumas – antra diena. Atpažinimo atminties analizė buvo pagrįsta ir smūgiais (prisiminti atsakymus, žinoti atsakymus pagal anksčiau matytas nuotraukas kodavimo metu), ir klaidingais aliarmais ([FA]: prisiminti, žinoti, kad trukdys). Pirmiausia apskaičiavome senų ir naujų vaizdų prisiminimų ir žinojimo atsakymų proporciją (ty pataikymo rodiklius ir FA rodiklius), padalydami įvykių skaičių (atitinkamai FA) iš elementų skaičiaus sąlyga. Antra, buvo gauti pataisyti atsakymų į atmintį ([Rcorr], atsiminti pataikymo rodiklį atėmus prisiminti FA rodiklį) ir žinomų atsakymų ([Kcorr], žinoti pataikymo rodiklį atėmus žinomą FA rodiklį) (žr. II lentelė). Suplanuotame palyginime įvertinome atlygio poveikį bendrai atpažinimo atminčiai (pataisytas pataikymo rodiklis = Rcorr + Kcorr) už naujus ir pažįstamus vaizdus. Tai atskleidė, kad atlygis žymiai pagerino bendrą naujų vaizdų atmintį, palyginti su naujais vaizdais, už kuriuos nėra atlyginama (P = 0.036), tačiau bendra atmintis nepagerėjo, kai atlygis už pažįstamus vaizdus (P > 0.5; Pav 2). Be to, atlygio didinamasis poveikis atpažinimo atminčiai už naujus vaizdus buvo vienodai stiprus prisiminimui ir pažinimui, kaip atskleidė dispersijos analizė (ANOVA; jokios sąveikos tarp atlygio ir atpažinimo atminties tipo).F(1,16) = 2.28, P > 0.15)].

II lentelė 

Atpažinimo atmintis

Eksperimentuokite 2

Kaip ir 1 eksperimente, tiriamieji labai tiksliai diskriminavo sąlygas abiejuose kontekstuose ir neturėjo reikšmingų skirtumų tarp sąlygų (I lentelė). Kaip ir 1 eksperimente, reakcijos laikas (2A) analizė parodė, kad atsakymai buvo žymiai greitesni į žinomus atlygį numatančius dirgiklius (visi P's < 0.001), tačiau nebuvo skirtumo tarp kitų trijų sąlygų (už romaną atlyginama, už romaną - neapdovanota, už pažįstamą - neapdovanota; visi P's > 0.05).

Atpažinimo atminties našumas – antra diena. Priešingai nei 1 eksperimente, naujų atlygintinų vaizdų atpažinimo atmintis nebuvo reikšmingai patobulinta, palyginti su naujais neatlygintinais vaizdais (nei bendra atpažinimo atmintis, nei Rcorr/Kcorr; P > 0.05, II lentelė). Taip pat, priešingai nei 1 eksperimente, 2 eksperimente žinomų vaizdų, už kuriuos atlyginama, prisiminimas buvo žymiai patobulintas, palyginti su pažįstamais vaizdais, už kuriuos nėra atlyginama (P = 0.001, II lentelė), dėl to pagerėjo bendra atmintis (Rcorr + Kcorr), skirta pažįstamiems atlygiams vaizdams, palyginti su pažįstamais neapdovanojamų vaizdų (nebuvo reikšmingo skirtumo tarp pataisytų žinomų atlygintinų ir pažįstamų neapdovanojamų vaizdų žinojimo rodiklių, P > 0.05). Be to, duomenys yra II lentelė ir Pav. 2B rodo, kad bendras atminties našumas 2 eksperimente buvo žymiai mažesnis, palyginti su 1 eksperimentu, kurį patvirtino mišrių efektų ANOVA.

fMRI rezultatai – atlygis pagrįstas atpažinimo atminties testas. Pirma, mes išanalizavome fMRI duomenis naudodami 2 × 2 ANOVA su veiksniais „naujovumas“ (naujas, pažįstamas) ir „atlygis“ (atlygis, be atlygio). Mes nustatėme pagrindinį naujovės poveikį dvišalėje medialinėje orbitofrontalinėje žievėje (mOFC) ir dešinėje MTL, įskaitant hipokampą ir nosies žievę, (Pav 3; Išsamų aktyvuotų smegenų struktūrų sąrašą rasite papildomos informacijos lentelėje S1). Pagrindinis atlygio poveikis buvo pastebėtas dvišalėje uodegoje, pertvaroje/fornix, ventralinėje juostoje (ncl. accumbens), dvišalėje mOFC ir medialinėje prefrontalinėje žievėje (mPFC) (Pav 4; Pagalbinės informacijos lentelė S1). Šie du pagrindiniai efektai buvo išskirtinai užmaskuoti sąveikos poveikiu (išskirtinis maskavimas, P = 0.05, netaisyta), kad būtų galima nustatyti tik tuos regionus, kurie išreiškė pagrindinį poveikį nesant jokios sąveikos.

3 pav 

fMRT rezultatai 2 eksperimentas. Pagrindinis naujumo poveikis buvo pastebėtas dešiniajame hipokampe (A), nosies žievėje (B) ir vidurinėje OFC (C). Aktyvinimo žemėlapiai buvo uždėti ant T1 svertinio grupės šablono (žr. metodus), koordinatės pateiktos MNI erdvėje ...
4 pav 

fMRI rezultatai 2 eksperimentas. Pagrindinis atlygio poveikis buvo pastebėtas striatumoje, įskaitant ncl. accumbens (A) ir caudate ncl. (C), pertvara / fornix (B), medialinė PFC (C) ir medialinė OFC (D). Aktyvinimo žemėlapiai buvo uždėti ant T1 svertinio grupės šablono ...

Norėdami patikrinti mūsų dvi prognozes dėl papildomos tyrinėjimo hipotezės, atlikome dvi papildomas analizes. Pirma, išanalizavome smegenų regionuose, kuriuose buvo pagrindinis atlygio poveikis, ir kurios sritys taip pat parodė stipresnį atsaką į naujus atlyginamus stimulus, nei į pažįstamus atlyginamus dirgiklius (ty konjunkciją). Ši analizė nedavė jokių reikšmingų rezultatų, leidžiančių manyti, kad nebuvo smegenų regionų, kuriuose dėl naujovių atlygio prognozavimo atsakas būtų stipresnis nei pažįstamas. Antra, įvertinome naujovės ir atlygio sąveiką (F kontrastą). Tokia sąveika buvo išreikšta keliuose smegenų regionuose, įskaitant dešinįjį hipokampą, apatinį priekinį žiedą ir dešinįjį OFC (pagalbinės informacijos lentelė S1, Pav 5). Konkrečiai, hipokampas parodė laukiamą sąveikos modelį su didesniu atsaku į dirgiklius, pateiktus kontekste, kuriame atlyginama už naujumą (T kontrastas). Tai yra, hipokampo aktyvumas buvo didesnis už naujus atlyginamus dirgiklius ir pažįstamus neatlygintinus dirgiklius (atkreipkite dėmesį, kad abu šie dirgikliai buvo pateikti tame pačiame kontekste), nei naujų neapdovanojamų ir pažįstamų atlyginamų dirgiklių (dar kartą atkreipkite dėmesį, kad abu šie dirgikliai buvo pateikti tas pats kontekstas). Planuojamas post hoc palyginimas patvirtino statistiškai reikšmingus skirtumus tarp už romaną apdovanotų ir už naujus neapdovanojamų (P < 0.025) ir pažįstamas apdovanotas prieš pažįstamas neapdovanojamas (P <0.01; Pav 5).

5 pav 

fMRI rezultatai 2 eksperimentas. Hipokampe ir OFC buvo pastebėta sąveika tarp naujumo ir atlygio. Hipokampe atsakymai į pažįstamus daiktus, už kuriuos nėra atlyginama, buvo patobulinti, palyginti su gerai pažįstamais daiktais, kurie buvo pateikti kontekste ...

Reikėtų pažymėti, kad naujovės ir atlygio sąveikos aktyvinimo modelis (36, -14, -16; Pav 5) yra greta, bet ne identiškas pagrindinio naujovės efekto, kuris taip pat yra dešiniajame hipokampe (28, -14, -20; Pav 3). Toks diferencinis aktyvacijos modelis atitinka mūsų hipotezes, gyvūnų ląstelių įrašus ir žmogaus fMRI tyrimus. Pavyzdžiui, tyrimai su gyvūnais parodė, kad skirtingi hipokampo neuronai gali reaguoti į skirtingus požymius (pvz., naujumą ar pažįstamumą) atliekant tą pačią užduotį [Brown ir Xiang,1998]. Remdamiesi šiais stebėjimais, žmonėms parodėme, kad erdviškai skirtingi hipokampo aktyvavimai gali atspindėti skirtingas naujumo apdorojimo savybes, absoliučiuosius naujumo signalus, adaptyviai keičiamus naujumo signalus ir naujumo numatymo klaidas ([Bunzeck ir kt. 2010], pagalbinė informacija S4 pav.). Johnsonas ir kt. (2008) pranešė, kad erdviškai labai artimos aktyvinimo grupės rodė labai skirtingą atsaką į naujumą: vienas klasteris parodė kategorišką skirtumą tarp naujų ir senų elementų, o kitas klasteris parodė linijinį atsako sumažėjimą kaip padidėjusio stimulo pažinimo funkciją. Tačiau, norėdami dar labiau atmesti klaidingo teigiamo rezultato galimybę, abiem aktyvavimo modeliams pritaikėme nedidelę tūrio korekciją, kaip tūrį naudodami dešinįjį priekinį hipokampą. Analizė pasiekė statistinį reikšmingumą (P ≤ 0.05; FWE pataisyta).

Galiausiai, naudodami regresijos analizę, siekėme susieti su atlygiu susijusį atminties pagerinimą su regioniniais smegenų veiklos modeliais (visos analizės buvo atliktos naudojant 2 eksperimento duomenis). Pirma, kontrastingi vaizdai, už kuriuos atlyginama, palyginti su naujais neatlygintinais vaizdais, buvo įtraukti į antrojo lygio paprastą regresijos analizę, naudojant individualų atminties pagerinimą taikant atlygį kaip regresorių (Δ pataisytas pataikymo rodiklis = pataisytas pataikymo rodiklis [Rcorr + Fcorr] už naujus apdovanojimus – pataisytas romano neatlygintinas pataikymo rodiklis). Šią analizę paskatino mūsų pradinis stebėjimas, kad pagerėjo bendra atmintis (ty atsiminimas ir susipažinimas) su naujais vaizdais pagal atlygį (1 eksperimentas) ir ankstesni panašūs atradimai [Adcock ir kt.2006; Krebs ir kt. 2009; Wittmann ir kt. 2005]. Tai atskleidė reikšmingą teigiamą koreliaciją tarp hemodinaminių reakcijų (HR) ir atpažinimo atminties pagerėjimo SN/VTA, dešiniajame priekiniame MTL (rinos žievės hipokampo/migdolos jungties) ir dešiniojo ventralinio striatum.Pav 6, Pagalbinės informacijos lentelė S1 visiems suaktyvintiems regionams). Atliekant antrąją regresijos analizę, tas pats pažįstamų vaizdų kontrastas (pažįstamas atlygis ir pažįstamas ne atlygis) buvo koreliuojamas su pagerėjusiu individualiu prisiminimo dažniu (elgsenos požiūriu, prisiminimo dažnis buvo žymiai didesnis pažįstamiems atlygiams, palyginti su vaizdais, už kuriuos nebuvo atlyginta, bet nebuvo pagerėjimas Fcorr). Kadangi žinomų atlygintinų vaizdų RT buvo žymiai greitesnis nei pažįstamų neapdovanojamų vaizdų, skirtumas tarp abiejų kiekvienam subjektui taip pat buvo įrašytas kaip regresorius. Čia mus domino tik tie regionai, kurie parodė reikšmingą teigiamą koreliaciją tarp HR skirtumų (pažįstamas atlyginimas vs. pažįstamas neapdovanojamas) ir padidėjusio prisiminimo rodiklio (pažįstamas apdovanotas vs. pažįstamas neapdovanojamas), bet ne tie regionai, kuriuose taip pat buvo kokia nors koreliacija su RT tobulinimas. Ši analizė atskleidė panašų poveikį kaip ir pirmoji regresinė analizė, t.Pav 7, pagalbinės informacijos lentelė S1), tačiau SN/VTA koreliacijos nėra. Statistiškai jautresnė post hoc SN/VTA vokselio analizė [4, -18, -16], kuri parodė reikšmingą naujų vaizdų koreliaciją, taip pat neatskleidė koreliacijos tarp hemodinaminių reakcijų ir pagerėjusio žinomų vaizdų prisiminimo greičio.r = −0.07, P = 0.811).

6 pav 

fMRT rezultatai 2 eksperimentas – regresinė analizė. Reikšminga koreliacija tarp atpažinimo atminties pagerėjimo už naujus atlyginimus, palyginti su neatlygintinais vaizdais (Δ koreguotas pataikymo dažnis) ir hemodinaminio atsako skirtumų tarp naujų ...
7 pav 

fMRT rezultatai 2 eksperimentas – regresinė analizė. Reikšminga koreliacija tarp atminimo dažnio pagerėjimo, kai žinomi atlyginami vaizdai, palyginti su pažįstamais neapdovanotais vaizdais (Δ prisiminimo dažnis), ir hemodinaminio atsako skirtumų tarp ...

DISKUSIJA

Mūsų išvada, kad vokselių grupė MTL (įskaitant hipokampą ir nosies žievę) parodė pagrindinį naujumo poveikį, bet ne pagrindinį atlygio poveikį (3A, B), palaiko idėją, kad hipokampas ir nosies žievė gali signalizuoti apie naujumą nepriklausomai nuo atlygio vertės. Šis atradimas atitinka daugybę gyvūnų ir žmonių tyrimų, kurie rodo, kad ir hipokampas, ir nosies žievė yra jautrūs naujovėms [Brown ir Xiang,1998; Dolanas ir Fletcheris, 1997; Riteris, 1996; Lisman ir Grace, 2005; Keista ir kt. 1999; Yamaguchi ir kt. 2004]. Tačiau kitas hipokampo regionas taip pat parodė hipotezę apie naujumo ir atlygio sąveiką (Pav 5) su žymiai patobulintomis hemodinaminėmis reakcijomis į pažįstamus neapdovanotus vaizdus, ​​​​jei jie pateikiami kontekste, kuriame už naujumą buvo atlyginta.

Ši naujovės ir atlygio sąveika hipokampe įrodo antrąją kontekstinio poveikio prognozę pagal tyrinėjimo premijos sistemą (žr. [Sutton ir Barto,1981] oficialaus žvalgymo premijos aprašymui žvalgymo ir eksploatavimo dilemos atveju). Remiantis samprata, kad naujovė gali veikti kaip tyrinėjimo premija už atlygį [Kakade ir Dayan, 2002] mes numatėme, kad kontekste, kuriame už naujumą yra atlyginama, taip pat turėtų būti geriau tiriami pažįstami dirgikliai (net jei jie nėra atlyginami). Suderinama su šia galimybe, pažįstami dirgikliai paskatino stipresnį hipokampo aktyvumą kontekste, kai apie atlygio prieinamumą buvo pranešta, kad tai yra naujas, palyginti su kontekstu, kuriame atlygį signalizuoja žinojimas. Tačiau šis kontekstiškai sustiprintas neuronų aktyvavimas hipokampe kodavimo metu tiesiogiai nevirto ilgalaike atmintimi, ty geresne pažįstamų daiktų atmintimi, kai ji pateikiama kartu su naujais atlygį nuspėjančiais elementais. Vietoj to, atpažinimo efektyvumą lėmė atlygio numatymo elemento būsena tiek už naujus (1 eksperimentas), tiek pažįstamus (2 eksperimentas) dirgiklius (žr. toliau). Tai rodo, kad eksperimentinėje aplinkoje, kurioje atlygio numatymas ir kontekstinis naujumas gali turėti įtakos mokymuisi, atlygio numatymas gali turėti dominuojančią įtaką.

Kita prognozė dėl žvalgymo premijos sistemos nepasitvirtino. Neradome jokių smegenų regionų, kuriuose būtų pagrindinis atlygio efektas ir tuo pačiu metu būtų žymiai stipresnis naujų atlyginimų nei pažįstamų atlygių vaizdų aktyvumas. Iš pirmo žvilgsnio atrodo, kad ši neigiama išvada prieštarauja ankstesniems tyrimams [Krebs ir kt.2009; Wittmann ir kt. 2008]. Tačiau abiejuose Krebs ir kt. [ 2009] ir Wittmann et al. [ 2008] tyrimo metu buvo nustatytas geresnis atlygio už naujus dirgiklius numatymas tokiomis sąlygomis, kai dirgiklių naujumo būsena buvo numanoma, o dalyviai atsilygino už nenumatytus atvejus. Tiesą sakant, Krebs ir kt. pranešė, kad šio patobulinimo nebuvo, kai dalyviai atsižvelgė į dirgiklių naujumo statusą, o ne atsižvelgė į nenumatytus atlygius (tačiau atkreipkite dėmesį, kad Krebs ir kt. naujumo statusas per se nenumatė atlygio). Taigi, skirtingai nei kontekstinė naujumo ir atlygio sąveika (Pav 5), šis priemokos už tyrinėjimą aspektas gali būti labai priklausomas nuo užduoties, o tai įvyksta tik tada, kai tiriamieji gali atsilyginti už nenumatytus atvejus, nevertinant naujumo. Remiantis graužikų tyrimais, buvo pasiūlyta, kad prefrontaliniai ir hipokampo įėjimai konkuruoja tarpusavyje dėl branduolio accumbens (ventralinio striatum dalies) kontrolės [Goto ir Grace, 2008]. Tikėtina, kad su užduotimi susijęs dėmesys naujumui ar atlygiui turėtų įtakos tokiai konkurencijai.

Atpažinimo atminties balai iš 1 eksperimento (Pav 2) buvo gerai suderinami su tyrinėjimo premijų sistema, rodydami su atlygiu susijusį elgsenos pagerinimą ilgalaikės atminties efektyvumui naujiems, bet ne pažįstamiems stimulams. Tačiau elgsenos rezultatai, gauti tokiomis sąlygomis, kai kodavimas įvyko fMRI skaitytuve (2 eksperimentas), skyrėsi tuo, kad pažįstamų dirgiklių atmintis pagerino atlygį (naujų dirgiklių atveju šis patobulinimas nepasiekė reikšmės). Viena iš šio neatitikimo priežasčių gali būti ta, kad 1 eksperimente kodavimo kontekstas ir paieškos kontekstas kitą dieną buvo identiški (subjektai mokėsi ir buvo tiriami toje pačioje patalpoje), o 2 eksperimente jie skyrėsi (subjektai užkoduoti fMRI ir buvo išbandyti bandymų kambaryje). Gerai žinoma, kad pokyčiai tarp kodavimo ir paieškos konteksto gali turėti didelės įtakos atminties veikimui [Godden ir Baddeley,1975]. Suderinama su šia galimybe, atminties našumas 2 eksperimente buvo žymiai mažesnis nei 1 eksperimente (Pav 2). Toks konteksto poveikis taip pat galėjo sukelti 1 ir 2 eksperimentuose pastebėtų elgesio modelių neatitikimą.

ventralinis striatumas (4A) ir medialinė prefrontalinė žievė (4 pav. C, D) išreiškė pagrindinį laukiamos atlygio vertės poveikį. Mūsų užduotyje atlygio numatymas priklausė nuo aiškios naujovės diskriminacijos, todėl akivaizdu, kad regionai, išreiškiantys laukiamą atlygio vertę (ventralinis striatum, pertvara / fornix), reikalauja prieigos prie pateikto paveikslėlio informacijos apie atmintį. Tikėtina tokios deklaratyvios atminties informacijos kilmė yra MTL. Tiesą sakant, hipokampas ir nosies žievė, kaip MTL dalis, ne tik išreiškė pagrindinį naujumo poveikį, bet taip pat gerai žinoma, kad jie siunčia eferentus į ventralinį striaumą ir medialinę prefrontalinę žievę (atkreipkite dėmesį, kad projekcija iš nosies žievės į NAcc pirmiausia kyla iš entorhinalinės žievės [Friedman ir kt.2002; Selden ir kt. 1998; Thierry ir kt. 2000]). Tačiau tikslūs mechanizmai ir skaičiavimo procesai, kurie gali būti susiję su naujumo pavertimu atsaku į atlygį, yra neaiškūs. Tai galbūt apima medialinę prefrontalinę žievę (įskaitant orbitines dalis), kuri, remiantis ankstesniais tyrimais [O'Doherty ir kt. 2004; Ranganathas ir Raineris, 2003] – išreiškė ir naujumą, ir su atlygiu susijusį aktyvavimą (3C ir 4C, D).

Mūsų rezultatų funkcinės pasekmės, susijusios su naujumo ir atlygio atsakų vaizdavimu hipokampe, SN / VTA, ventraliniame striatum ir medialiniame PFC, yra apibendrinti Figūra8. Siekdami paremti šį modelį, apskaičiavome koreliaciją tarp mūsų dominančių regionų aktyvavimo, naudodami Spearmano koreliacijos analizę kiekvienam subjektui dekonvoluotoje laiko eilutėje, kad gautume grupės koreliacijos koeficientą R ir Preikšmė.

8 pav 

Scheminis funkcinio ryšio tarp hipokampo, branduolio accumbens (NAcc), medialinės prefrontalinės žievės (mPFC) ir juodosios medžiagos/ventralinės tegmentinės srities (SN/VTA) iliustracija. Norėdami paremti šį modelį, apskaičiavome koreliaciją tarp ...

Kadangi atlygis priklausė nuo naujumo ir vienintelis regionas, reprezentuojantis abiejų tipų signalus, buvo mPFC, šis regionas greičiausiai bus naujovėmis pagrįsto atlygio signalizacijos šaltinis (R = 0.09; P < 0.001). Kita vertus, hipokampas greičiausiai yra mPFC naujovių signalo šaltinis (R = 0.11; P < 0.001). Tai tikėtina, nes yra tiesioginės projekcijos iš hipokampo į mPFC [Ferino ir kt.1987; Rosene ir Van Hoesen, 1977]. Taip pat tikėtina, kad tada mPFC atlygio signalas perduodamas į NAcc (R = 0.09; P < 0.001) ir SN/VTA (R = 0.03; P = 0.08). Reikėtų pažymėti, kad SN / VTA signalas koreliavo tik su naujoviškai reaguojančiu mPFC (R = 0.03; P = 0.08), bet ne į atlygį reaguojantis mPFC (R = 0.007; P > 0.6). Tai rodo, kad mOFC įvestis į SN / VTA gali būti stipresnė iš tų mPFC regionų, susijusių su naujoviškumu, o ne su atlygio apdorojimu. Mūsų pastebėjimas, kad mPFC reaguoja į naujumą ir koreliuoja su SN/VTA signalu, taip pat yra suderinamas su pasiūlymu [Lisman ir Grace, 2005], kad PFC yra naujovių signalo į dopaminerginę grandinę šaltinis. Tačiau NAcc vaidmuo signalizuojant apie naujumą vis dar lieka neaiškus [Duzel ir kt. 2009]. Tai yra, nors mes nepastebėjome naujovių signalų NAcc, buvo stiprus ryšys tarp signalų NAcc ir naujovėms reaguojančių mOFC regionų (R = 0.09; P < 0.001), NAcc ir į naujumą reaguojantys hipokampo regionai (R = 0.15; P < 0.001), ir NAcc bei SN/VTA (R = 0.19; P < 0.001). Galiausiai, reikėtų pažymėti, kad mūsų modelio rodyklės rodo numanomą kryptingumą remiantis žinomomis projekcijomis, o ne kiekybiškai įvertintu priežastiniu ryšiu.

Su atlygiu susijęs atpažinimo atminties pagerėjimas buvo susijęs su ventraliniu striatumu, SN/VTA ir MTL aktyvavimu (Pav 6). Svarbus hipokampo mokymosi ir plastiškumo aspektas yra DA reikalavimas išreikšti vėlyvosios fazės LTP (ilgalaikį potenciją), bet ne ankstyvosios fazės LTP [Frey ir Morris,1998; Frey ir kt. 1990; Huangas ir Kandelis 1995; Jay 2003; Morrisas 2006]. Tai patvirtina nuomonę, kad DA reikalinga ilgalaikei atminčiai konsoliduoti, o tai patvirtina naujausi graužikų elgesio duomenys [O'Carroll ir kt. 2006]. Mūsų duomenys yra suderinami su šiuo požiūriu, rodydami ryšį tarp ilgalaikės atminties pagerėjimo per atlygį praėjus vienai dienai po kodavimo ir aktyvavimo numanomuose dopaminerginiuose regionuose ir hipokampe. Visų pirma, matome koreliaciją tarp naujų atlyginamų ir neapdovanojamų elementų SN/VTA, ventraliniame striatum ir hipokampe bei koreliaciją tarp pažįstamų atlyginamų ir neapdovanojamų elementų ventraliniame striatum ir hipokampe. Atsižvelgiant į tai, kad ventralinis striatumas yra pirminė dopaminerginių vidurinių smegenų (SN/VTA) išėjimo struktūra [Fields ir kt. 2007] mūsų rezultatai rodo, kad gebėjimas stebėti su atlygiu susijusį ilgalaikės atminties pagerėjimą per hipokampo-SN/VTA neapsiriboja naujais dirgikliais, bet taip pat taikomas ir pažįstamiems dirgikliams. Tiesą sakant, tikėtina, kad pažįstamų dirgiklių klasės žinomumo laipsnis (kodavimo metu) buvo gana įvairus ir tie dirgikliai, kurių kodavimas buvo naudingiausias atlygiui, buvo mažiausiai pažįstami (santykinai nauji). Todėl pagrįsta manyti, kad naujų ir pažįstamų stimulų klasių koreliacijas lėmė tie patys mechanizmai.

Taip pat pastebėjome pagrindinį atlygio poveikį pertvaroje / fornix (4B), regionas, kuriame greičiausiai yra cholinerginių neuronų, kurie projektuojasi į medialines laiko struktūras. Įdomu tai, kad tyrimai su gyvūnais rodo, kad panašiai kaip DA neuronai, cholinerginiai neuronai (bazinėje priekinėje smegenyse) reaguoja į naujumą ir pripranta, kai dirgikliai tampa pažįstami [Wilson ir Rolls,1990b]. Tačiau atliekant užduotis, kuriose žinomi dirgikliai numato atlygį, bazinių priekinių smegenų neuronų veikla atspindi atlygio numatymą, o ne naujumo būseną [Wilson ir Rolls, 1990a]. Mūsų išvados (4B) yra suderinami su Wilsono ir Rollso stebėjimu (1990a), nors negalime pasakyti, kiek šios aktyvacijos iš tikrųjų apima cholinerginių neuronų atsakus.

Kartu pakartojame naujausius pastebėjimus, kad ventralinio striatumo, SN / VTA, hipokampo ir nosies žievės aktyvumas koreliuoja su atlygio gerinimu, suderinamu su hipokampo-SN / VTA kilpa. Svarbu tai, kad mūsų išvados suteikia naujų pagrindinių įžvalgų apie šios kilpos komponentų funkcines savybes. Atliekant užduotį, kai prekės naujumo būsena numatė atlygį, hipokampas pirmiausia išreiškė naujumo būseną, o ventralinio striatumo aktyvumas atspindėjo atlygio vertę nepriklausomai nuo naujumo statuso. Tikėtina, kad medialinis PFC (įskaitant orbitines dalis) buvo vieta, kur buvo integruoti naujumo ir atlygio signalai, nes jis išreiškė ir naujumą, ir atlygio poveikį ir, kaip žinoma, yra susijęs su hipokampu ir ventraliniu striatumu. Galiausiai, remiantis tyrinėjimo premijos teorija [Kakade ir Dayan,2002] nauji atlygį numatantys dirgikliai darė kontekstą sustiprinantį poveikį pažįstamiems (ne apdovanojamiems) daiktams, kurie buvo išreikšti kaip sustiprinti neuroniniai atsakai hipokampe.

Padėka

Norėtume padėkoti K. Herriot už paramą renkant duomenis.

Papildomą pagalbinę informaciją galite rasti internetinėje šio straipsnio versijoje.

NUORODOS

  • Adcock RA, Thangavel A, Whitfield-Gabrieli S, Knutson B, Gabrieli JD. Motyvuotas mokymasis: mezolimbinis aktyvinimas vyksta prieš atminties formavimąsi. Neuronas. 2006;50:507–517. [PubMed]
  • Andersson JL, Hutton C, Ashburner J, Turner R, Friston K. Geometrinių deformacijų modeliavimas EPI laiko eilutėse. Neurovaizdis. 2001;13:903–919. [PubMed]
  • Ashburner J, Friston KJ. Netiesinis erdvinis normalizavimas naudojant bazines funkcijas. Hum Brain Mapp. 1999;7:254–266. [PubMed]
  • Berridge KC. Diskusijos dėl dopamino vaidmens atlygyje: paskatų svarbos atvejis. Psichofarmakologija (Berlis), 2007; 191:391–431. [PubMed]
  • Brown MW, Xiang JZ. Atpažinimo atmintis: ankstesnio įvykio sprendimo neuroniniai substratai. Prog Neurobiol. 1998;55:149–189. [PubMed]
  • Bunzeck N, Duzel E. Absoliutus stimulų naujovės kodavimas žmogaus substantia Nigra / VTA. Neuronas. 2006;51:369–379. [PubMed]
  • Bunzeck N, Schutze H, Stallforth S, Kaufmann J, Duzel S, Heinze HJ, Duzel E. Mezolimbinis naujovės apdorojimas vyresnio amžiaus žmonėms. Smegenų žievė. 2007;17:2940–2948. [PubMed]
  • Bunzeck N, Doeller CF, Fuentemilla L, Dolan RJ, Duzel E. Atlygio motyvacija pagreitina nervinių naujovių signalų atsiradimą žmonėms iki 85 milisekundžių. Curr Biol. 2009;19:1294–1300. [PMC nemokamas straipsnis] [PubMed]
  • Bunzeck N, Dayan P, Dolan RJ, Duzel E. Bendras atlygio ir naujumo adaptyvaus mastelio mechanizmas. Hum Brain Mapp. 2010;31:1380–1394. [PMC nemokamas straipsnis] [PubMed]
  • Deichmann R, Gottfried JA, Hutton C, Turner R. Optimizuotas EPI orbitofrontalinės žievės fMRI tyrimams. Neurovaizdis. 2003;19(2 Pt 1):430–441. [PubMed]
  • Devenport LD, Devenport JA, Holloway FA. Atlygio sukeltas stereotipas: hipokampo moduliacija. Mokslas. 1981;212:1288–1289. [PubMed]
  • Dolan RJ, Fletcher PC. Prefrontalinės ir hipokampo funkcijos atsiskyrimas epizodinėje atminties kodavime. Gamta. 1997;388:582–585. [PubMed]
  • Duzel E, Bunzeck N, Guitart-Masip M, Wittmann B, Schott BH, Tobler PN. Žmogaus dopaminerginių vidurinių smegenų funkcinis vaizdavimas. Trends Neurosci. 2009;32:321–328. [PubMed]
  • Eckert T, Sailer M, Kaufmann J, Schrader C, Peschel T, Bodammer N, Heinze HJ, Schoenfeld MA. Idiopatinės Parkinsono ligos, daugialypės sistemos atrofijos, progresuojančio supranuklearinio paralyžiaus ir sveikos kontrolės diferencijavimas naudojant įmagnetinimo perdavimo vaizdą. Neurovaizdis. 2004;21:229–235. [PubMed]
  • Ferino F, Thierry AM, Glowinski J. Anatominiai ir elektrofiziologiniai įrodymai, patvirtinantys tiesioginę projekciją nuo Amono rago iki žiurkės medialinės prefrontalinės žievės. Exp Brain Res. 1987;65:421–426. [PubMed]
  • Laukai HL, Hjelmstad GO, Margolis EB, Nicola SM. Ventralinės tegmentinės srities neuronai išmokto apetitinio elgesio ir teigiamo sustiprėjimo metu. Annu Rev Neurosci. 2007;30:289–316. [PubMed]
  • Frey U, Morris RG. Sinapsinis žymėjimas: pasekmės vėlyvam ilgalaikio hipokampo stiprinimo palaikymui. Trends Neurosci. 1998;21:181–188. [PubMed]
  • Frey U, Schroeder H, Matthies H. Dopaminerginiai antagonistai užkerta kelią ilgalaikiam posttetaninio LTP palaikymui žiurkių hipokampo griežinėlių CA1 regione. Brain Res. 1990: 522: 69 – 75. [PubMed]
  • Friedman DP, Aggleton JP, Saunders RC. Hipokampo, migdolinio kūno ir peririninių projekcijų palyginimas su nucleus accumbens: kombinuotas anterogradinis ir retrogradinis sekimo tyrimas Makakų smegenyse. J Comp Neurol. 2002;450:345–365. [PubMed]
  • Friston KJ, Fletcher P, Josephs O, Holmes A, Rugg MD, Turner R. Įvykiu susijęs fMRI: skiriasi atsakymai. Neuroimage. 1998: 7: 30 – 40. [PubMed]
  • Gasbarri A, Packard MG, Campana E, Pacitti C. Antrogradinis ir retrogradinis išsiskyrimų iš ventralinio tegmentalio srities atsekimas į hippokampo formavimąsi žiurkėse. Brain Res Bull. 1994: 33: 445 – 452. [PubMed]
  • Gasbarri A, Sulli A, Packard MG. Dopaminerginės mezencepalinės projekcijos į hippokampo susidarymą žiurkėse. Prog Neuropsychopharmacol Biol psichiatrija. 1997: 21: 1 – 22. [PubMed]
  • Godden DR, Baddeley AD. Nuo konteksto priklausoma atmintis dviejose natūraliose aplinkose: sausumoje ir po vandeniu. British Journal of Psychology. 1975;66:325–331.
  • Goto Y, Grace AA. Limbinis ir žievės informacijos apdorojimas branduolyje accumbens. Tendencijos Neurosci. 2008: 31: 552 – 558. [PMC nemokamas straipsnis] [PubMed]
  • Helms G, Draganski B, Frackowiak R, Ashburner J, Weiskopf N. Patobulintas giliųjų smegenų pilkosios medžiagos struktūrų segmentavimas naudojant įmagnetinimo perdavimo (MT) parametrų žemėlapius. Neurovaizdis. 2009;47:194–198. [PMC nemokamas straipsnis] [PubMed]
  • Holscher C, Jacob W, Mallot HA. Atlygis moduliuoja neuronų aktyvumą žiurkės hipokampe. Behav Brain Res. 2003;142:181–191. [PubMed]
  • Huang YY, Kandel ER. D1 / D5 receptorių agonistai sukelia baltymų sintezės priklausomą vėlyvą potencialą hipokampo CA1 regione. Proc Natl Acad Sci US A. 1995, 92: 2446 – 2450. [PMC nemokamas straipsnis] [PubMed]
  • Hutton C, Bork A, Josephs O, Deichmann R, Ashburner J, Turner R. Vaizdo iškraipymo korekcija fMRI: kiekybinis įvertinimas. Neuroimage. 2002: 16: 217 – 240. [PubMed]
  • Hutton C, Deichmann R, Turner R, Andersson JL. 2004. Kombinuota geometrinio iškraipymo korekcija ir jo sąveika su galvos judesiu fMRT; ISMRM 12 byla, Kiotas, Japonija.
  • Ikemoto S. Dopamino atlygio schema: dvi projekcinės sistemos nuo vidurinių smegenų vidurinių smegenų iki branduolio accumbens-uoslės tuberkuliozės komplekso. Brain Res Rev. 2007;56:27–78. [PMC nemokamas straipsnis] [PubMed]
  • Jay TM. Dopaminas: potencialus substratas sinaptiniams plastikumui ir atminties mechanizmams. Prog Neurobiol. 2003: 69: 375 – 390. [PubMed]
  • Johnson JD, Muftuler LT, Rugg MD. Keli pakartojimai atskleidžia funkciškai ir anatomiškai skirtingus hipokampo aktyvumo modelius nuolatinio atpažinimo atminties metu. Hipokampas. 2008;18:975–980. [PMC nemokamas straipsnis] [PubMed]
  • Kakade S, Dayan P. Dopaminas: apibendrinimas ir premijos. Neuroninis tinklas. 2002;15:549–559. [PubMed]
  • Knight R. Žmogaus hipokampo regiono indėlis į naujumo aptikimą. Gamta. 1996;383:256–259. [PubMed]
  • Knutsonas B, Cooperis JC. Atlygio prognozavimo funkcinis magnetinio rezonanso vaizdavimas. Curr Opin Neurol. 2005;18:411–417. [PubMed]
  • Krebs RM, Schott BH, Schutze H, Duzel E. Naujovės tyrinėjimo premija ir jos dėmesio moduliavimas. Neuropsichologija. 2009;47:2272–2281. [PubMed]
  • Li S, Cullen WK, Anwyl R, Rowan MJ. Nuo dopamino priklausomas LTP indukcijos palengvinimas hipokampo CA1, veikiant erdviniam naujumui. Nat Neurosci. 2003: 6: 526 – 531. [PubMed]
  • Lisman JE, Grace AA. Hipokampo-VTA kilpa: informacijos įvedimo į ilgalaikę atmintį valdymas. Neuronas. 2005;46:703–713. [PubMed]
  • Ljungberg T, Apicella P, Schultz W. Avarinių dopamino neuronų reakcijos mokantis elgsenos reakcijų. J Neurophysiol. 1992: 67: 145 – 163. [PubMed]
  • Mesulamas MM. Nuo pojūčio iki pažinimo. Smegenys. 1998;121(6 p.):1013–1052. [PubMed]
  • Morrisas RG. Hipokampo funkcijos neurobiologinės teorijos elementai: sinapsinio plastiškumo, sinapsinio žymėjimo ir schemų vaidmuo. Eur J Neurosci. 2006;23:2829–2846. [PubMed]
  • Niv Y, Daw ND, Joel D, Dayan P. Tonic dopaminas: alternatyvios išlaidos ir reagavimo jėgos kontrolė. Psichofarmakologija (Berl) 2007, 191: 507 – 520. [PubMed]
  • O'Carrollas CM, Martinas SJ, Sandinas J, Frenguelli B, Morrisas RG. Dopaminerginė vieno bandymo nuo hipokampo priklausomos atminties patvarumo moduliacija. Sužinokite Mem. 2006; 13: 760–769. [PMC nemokamas straipsnis] [PubMed]
  • O'Doherty JP, Deichmann R, Critchley HD, Dolan RJ. Neuriniai atsakai numatant pirminį skonį. Neuronas. 2002: 33: 815 – 826. [PubMed]
  • O'Doherty J, Dayan P, Schultz J, Deichmann R, Friston K, Dolan RJ. Skirtingi ventralinio ir dorsalinio striatumo vaidmenys instrumentiniame kondicionavime. Mokslas. 2004: 304: 452 – 454. [PubMed]
  • Ploghaus A, Tracey I, Clare S, Gati JS, Rawlins JN, Matthews PM. Mokymasis apie skausmą: nervinis substratas, numatantis baisių įvykių prognozavimo klaidą. Proc Natl Acad Sci US A. 2000;97:9281–9286. [PMC nemokamas straipsnis] [PubMed]
  • Purves D, Bonardi C, Hall G. Latentinio slopinimo stiprinimas žiurkėms su elektrolitiniais hipokampo pažeidimais. Neurosci elgesys. 1995;109:366–370. [PubMed]
  • Ranganath C, Rainer G. Neuroniniai mechanizmai, skirti aptikti ir prisiminti naujus įvykius. Nat Rev Neurosci. 2003;4:193–202. [PubMed]
  • Rolls ET, Xiang JZ. Erdvinio vaizdo vaizdavimas ir mokymasis primatų hipokampe. J Neurosci. 2005;25:6167–6174. [PubMed]
  • Rosene DL, Van Hoesen GW. Hipokampo eferentai pasiekia plačiai paplitusias smegenų žievės ir migdolinio kūno sritis rezus beždžionėje. Mokslas. 1977;198:315–317. [PubMed]
  • Selden NR, Gitelman DR, Salamon-Murayama N, Parrish TB, Mesulam MM. Cholinerginių takų trajektorijos žmogaus smegenų pusrutulyje. Smegenys. 1998;121 (12 p.): 2249–2257. [PubMed]
  • Smith Y, Kijevas JZ. Bazinių ganglijų dopamino sistemos anatomija. Trends Neurosci. 2000;23(10 Suppl):S28–S33. [PubMed]
  • Sokolovas LT. Aukštesnės nervų funkcijos; orientacinis refleksas. Annu Rev Physiol. 1963;25:545–580. [PubMed]
  • Solomon PR, Vander Schaaf ER, Thompson RF, Weisz DJ. Hipokampas ir triušio klasikinio kondicionavimo niktuojančios membranos atsako pėdsakų kondicionavimas. Neurosci elgesys. 1986; 100:729–744. [PubMed]
  • Keista BA, Fletcher PC, Henson RN, Friston KJ, Dolan RJ. Žmogaus hipokampo funkcijų atskyrimas. Proc Natl Acad Sci US A. 1999, 96: 4034 – 4039. [PMC nemokamas straipsnis] [PubMed]
  • Sutton RS, Barto AG. Šiuolaikinės adaptyviųjų tinklų teorijos link: lūkesčiai ir numatymas. Psychol Rev. 1981;88:135–170. [PubMed]
  • Tabuchi ET, Mulder AB, Wiener SI. Hipokampo ir accumbens neuronų iškrovų sinchronizavimo padėtis ir elgsenos moduliavimas laisvai judančiose žiurkėse. Hipokampas. 2000;10:717–728. [PubMed]
  • Thierry AM, Gioanni Y, Degenetais E, Glowinski J. Hipokampo-prefrontalinės žievės kelias: anatominės ir elektrofiziologinės charakteristikos. Hipokampas. 2000;10:411–419. [PubMed]
  • Tulving E. Atmintis ir sąmonė. Kanados psichologija. 1985;26:1–12.
  • Weiner I. „Dviejų galvų“ latentinis šizofrenijos slopinimo modelis: teigiamų ir neigiamų simptomų modeliavimas ir jų gydymas. Psichofarmakologija (Berlis), 2003; 169 (3–4): 257–297. [PubMed]
  • Weiskopf N, Helms G. Daugiaparametis žmogaus smegenų žemėlapis 1 mm raiška per mažiau nei 20 minučių. ISMRM 16, Torontas, Kanada: 2008 m.
  • Weiskopf N, Hutton C, Josephs O, Deichmann R. Optimalūs EPI parametrai jautrumo sukeltų BOLD jautrumo praradimų mažinimui: viso smegenų analizė esant 3 T ir 1.5 T. Neurovaizdas. 2006;33:493–504. [PubMed]
  • Wilson FA, Rolls ET. Mokymasis ir atmintis atsispindi su sustiprinimu susijusių neuronų atsakuose primatų bazinėje priekinėje smegenyse. J Neurosci. 1990a;10:1254–1267. [PubMed]
  • Wilson FA, Rolls ET. Neuronų atsakai, susiję su regos dirgiklių naujumu ir žinomumu substantia innominata, įstrižinėje Broca juostoje ir primatų bazinės priekinės smegenų periventrikuliniame regione. Exp Brain Res. 1990b;80:104–120. [PubMed]
  • Wirth S, Avsar E, Chiu CC, Sharma V, Smith AC, Brown E, Suzuki WA. Bandymo rezultatai ir asociatyvūs mokymosi signalai beždžionių hipokampe. Neuronas. 2009;61:930–940. [PMC nemokamas straipsnis] [PubMed]
  • Wittmann BC, Schott BH, Guderian S, Frey JU, Heinze HJ, Duzel E. Dopaminerginio vidurinio smegenų atlyginimu susijusi FMRI aktyvacija siejama su padidėjusiu nuo hipokampo priklausomu ilgalaikiu atminties formavimu. Neuronas. 2005: 45: 459 – 467. [PubMed]
  • Wittmann BC, Bunzeck N, Dolan RJ, Duzel E. Naujovių numatymas įdarbina atlygio sistemą ir hipokampą, tuo pačiu skatindamas prisiminimus. Neuroimage. 2007: 38: 194 – 202. [PMC nemokamas straipsnis] [PubMed]
  • Wittmann BC, Daw ND, Seymour B, Dolan RJ. Striatų veikla yra naujoviško žmogaus pasirinkimo pagrindas. Neuronas. 2008: 58: 967 – 973. [PMC nemokamas straipsnis] [PubMed]
  • Yamaguchi S, Hale LA, D'Esposito M, Knight RT. Greitas prefrontalinis-hipokampo pripratimas prie naujų įvykių. J Neurosci. 2004;24:5356–5363. [PubMed]