Kontekstinė naujovė keičia atlygio reprezentacijas „Striatum“ (2010)

 Visas tyrimas: kontekstinė naujovė keičia atlygio reprezentacijas „Striatum“


J Neurosci. Autoriaus rankraštis; galima įsigyti „PMC 2010 Aug 3“.
Paskelbta galutine redaguota forma:

Marcas Guitartas-Masipas,*,1,2 Nico Bunzeck,*,1 Klaasas E Stephanas,2,3 Raymondas J Dolanas,2 ir Emrah Düzel1,4

Leidėjo galutinę redaguotą šio straipsnio versiją galima nemokamai rasti adresu J Neuroscience

Žr. Kitus PMC straipsnius citata paskelbtas straipsnis.

Eiti į:

Abstraktus

Atlyginimą reprezentacijoje ventraliniame stiatume skatina suvokimo naujovė, nors šio efekto mechanizmas lieka silpnas. Tyrimai su gyvūnais rodo funkcinę kilmę (Lismanas ir Grace, 2005), kuri apima hipokampą, ventralinę striatumą ir vidurinę smegenis, kaip svarbų reguliuojant atributikos priskyrimą naujų stimulų kontekste. Remiantis šiuo modeliu, naujoviškumo kontekste turėtų būti sustiprintas atsakas į ventralinę striatumą ar vidurinę smegenis, net jei atlygis ir naujumas yra nesusiję, nepriklausomi, įvykiai. Naudodamiesi fMRI, parodome, kad bandymai su atlygio nuspėjamuoju ir vėlesniais rezultatais sukelia didesnį atsaką striatume, prieš kurį atsiranda nesusijęs naujas vaizdas, rodantis, kad atlygio reprezentacija yra sustiprinta naujumo kontekste. Pažymėtina, kad šis efektas buvo pastebėtas tik tada, kai atlygio atsiradimas ir dėl to atlyginimai buvo maži. Šie faktai patvirtina požiūrį, kad kontekstinė naujovė didina nervų atsaką, kuris yra pagrindinė atlygio reprezentacija ir sutampa su naujumo apdorojimo poveikiu, kaip prognozuojama pagal modelį Lismanas ir Grace (2005).

Raktiniai žodžiai: naujovė, atlygis, striatumas, hipokampas, vidurio smegenys, fMRI

Įvadas

Pagrindiniai ganglijos kartu su jų dopaminerginiais afferentais suteikia mechanizmą, kaip sužinoti apie skirtingų elgesio galimybių atlygio vertę (Berridge ir Robinson, 2003; Frank ir kt., 2004; Pessiglione ir kt., 2006). Vadovaudamiesi šiuo požiūriu, fMRI tyrimai rodo, kad atlygis už nuspėjamus užuominas, skatina smegenų veiklą striatume (pvz.Delgado ir kt., 2000; Knutson ir kt., 2000; O'Doherty ir kt., 2003; O'Doherty ir kt., 2004) ir vidurinės smegenys (Aron ir kt., 2004; Wittmann ir kt., 2005). Tačiau vidutinio smegenų dopaminerginė sistema taip pat reaguoja į neuždirbtus naujus stimulus beždžionėms (Ljungberg ir kt., 1992) ir žmonėms (Bunzeck ir Duzel, 2006; Wittmann ir kt., 2007). Iš skaičiavimo perspektyvos buvo pasiūlyta, kad pati naujovė gali veikti kaip motyvacinis signalas, skatinantis atlygio reprezentaciją ir skatinant nežinomo, naujojo pasirinkimo galimybių tyrimą (Kakade ir Dayan, 2002).

Nors naujovių ir atlygio apdorojimas yra bendras neuronų mechanizmas, nervų substratas, palaikantis naujovių ir atlygio sąveiką, lieka nepakankamai suprantamas. Tyrimai su gyvūnais parodo, kad hippokampo naujumo signalai reguliuoja dopamino neuronų gebėjimą parodyti sprogimo šaudymo veiklą. Atsižvelgiant į tai, kad sprogimo šaudymas yra pagrindinis dopaminerginio atsako modelis, koduojantis už atlygį ir galbūt kitus svarbius įvykius, yra pagrindo manyti, kad hippokampo naujumo signalai gali reguliuoti atlygio apdorojimo ir atributikos priskyrimą (Lismanas ir Grace, 2005). Hipokampo naujumo signalai perduodami į VTA per subikuliaciją, ventralinę striatumą ir ventralinę pallidumą, kur jie sukelia tylių dopamino neuronų slopinimą, kad sukeltų toninį aktyvumą (Lismanas ir Grace, 2005; Grace ir Bunney, 1983). Svarbu tai, kad tik toniškai aktyvūs, bet ne tylūs dopamino neuronai perkeliami į sprogimo šaudymo režimą ir rodo fazinius atsakymus (Floresco ir kt., 2003). Tokiu būdu hippokampo naujumo signalai gali padidinti fazinius dopamino signalus ir palengvinti naujos informacijos kodavimą į ilgalaikę atmintį.

Nors naujausi tyrimai parodė, kad stimulo naujovė didina striatros atlygio prognozavimo klaidą (Wittmann ir kt., 2008), ši išvada neapima fiziologinės hipotezės, kad kontekstinė naujovė daro įtaką vėlesniems atlygio signalams (Lismanas ir Grace, 2005). Tam reikia atlikti nepriklausomą manipuliavimą naujumo ir atlygio lygiu, kad naujovė (ir susipažinimas) veiktų kaip laikinai išplėstas kontekstas prieš atlygį. Ištyrėme striatriško atlygio apdorojimo moduliacijos išraišką naujumo kontekste, pateikdami naują stimulą prieš užuominų, numatančių atlygį, pateikimą. Be to, mes manipuliavome abu veiksnius (naujumą ir atlygį) nepriklausomai; tai leido mums atskirti jų atitinkamus neuroninius vaizdus. Mes pristatėme dalykus su vienu iš trijų skirtingų fractal vaizdų, kurie davė atlygio pristatymą tam tikra tikimybe (be atlygio (p = 0), žemo (p = 0.4) ir didelės atlygio tikimybės (p = 0.8)). Tokiu būdu mūsų dizainas taip pat leido mums ištirti, ar konteksto naujovės įtaką atlygio atsakams paveikė atlygio atsiradimo tikimybė. Tikėtina priklausomybė nuo naujovės dėl apdovanojimų apdorojimo suteiktų tvirtą paramą prognozei, kad naujovė ir apdovanojimų apdorojimas funkcionuoja tarpusavyje. Priešingai, naujovės įtaka su smegenų veikla susijusiai veiklai, kuri nepriklauso nuo atlygio tikimybės ir dydžio, rodo, kad naujovė ir atlygis dalijasi smegenų regionais ir sukuria papildomą neuroninį aktyvumą be funkcinės sąveikos.

Medžiaga ir metodai

Tematika

16 suaugusieji dalyvavo eksperimente (9 patelė ir 7 vyrai; 19-32 metų amžiaus vidurkis; vidutinis 23.8, SD = 3.84 metai). Visi tiriamieji buvo sveiki, dešiniaisiais ir buvo normalūs arba pakoreguoti iki normalaus. Nė vienas iš dalyvių nepranešė apie neurologinius, psichikos ar medicininius sutrikimus ar galimas medicinines problemas. Visi eksperimentai buvo atlikti su kiekvieno asmens rašytiniu sutikimu ir pagal vietinį etikos patikrinimą (Londono universiteto koledžas, Jungtinė Karalystė).

Eksperimentinis projektas ir užduotis

Užduotis buvo padalyta į 3 fazes. 1 fazėje tiriamieji buvo supažindinti su 10 vaizdų rinkiniu (5 patalpose, 5 lauke). Kiekvienas vaizdas 10ms buvo pateiktas 1000 kartus 1750 ± 500ms tarpinės stimuliacijos intervalu (ISI). Objektai nurodė patalpų / lauko būseną naudodami dešinįjį indeksą ir vidurinį pirštą. 2 fazėje 3 fractal vaizdai buvo susieti su skirtingomis tikimybėmis (0, 0.4 ir 0.8) su piniginiu atlygiu už 10 pensą kondicionavimo sesijoje. Kiekvienas fractal vaizdas buvo pateiktas 40 kartus. Kiekviename tyrime 3ms ekrane buvo rodomas vienas iš 750 fractal vaizdų, o subjektai nurodė, kad paspaudimu paspaudžiamas stimulo pateikimas. Tikimybinis rezultatas (10 arba 0 pensas) buvo pateiktas kaip numeris ekrane 750ms vėliau kitiems 750ms ir subjektai nurodė, ar jie laimėjo pinigus, ar nenaudoja savo indekso ir vidurinio piršto. Tarp bandymų intervalas (ITI) buvo 1750 ± 500ms. Galiausiai, bandymo fazėje (3 fazė) konteksto naujovės įtaka su atlyginimais susijusiems atsakymams buvo nustatyta per keturiasdešimties minučių sesijas (1 pav). Čia pateiktas 1000ms vaizdas, o subjektai nurodė patalpų / lauko būseną, naudodami dešinįjį indeksą ir vidurinius pirštus. Atsakymus galima padaryti, kai ekrane buvo rodomas scenos vaizdas ir vėlesnis fraktalinis vaizdas (iš viso 1750 ms). Vaizdas buvo arba iš supažindintų nuotraukų iš 1 fazės (vadinamas „pažįstamais vaizdais“), arba iš kitų nuotraukų, kurios niekada nebuvo pateiktos (vadinamos „naujais vaizdais“). Iš viso 240 buvo pateikti nauji vaizdai kiekvienam subjektui. Po to 3ms buvo pateiktas vienas iš 2 750 frazių 10 (vadinamas atlygio nuspėjamuoju atspalviu) (čia subjektai buvo nurodomi neatsakyti). Kaip ir antrajame etape, tikimybinis rezultatas (0 arba 750 pensas) vėliau buvo pateiktas 750ms kitiems 2500ms, o subjektai nurodė, ar jie laimėjo pinigus, ar nenaudoja savo indekso ir vidutinio piršto. Atsakymus galima padaryti, kai rezultatas buvo rodomas ekrane ir per kitą intertrial intervalą (iš viso 500 ± 1750 ms). ITI buvo 500 ± 20ms. Kiekvienos sesijos metu kiekvienas fractal vaizdas buvo pristatytas 20 laikais po naujo vaizdo ir 120 laikų po pažįstamo vaizdo, todėl per sesiją buvo atlikti 3 bandymai. Šešių bandomųjų tipų pateikimo tvarka buvo visiškai atsitiktinės atrankos būdu. Visos trys eksperimentinės fazės buvo atliktos MRI skenerio viduje, tačiau BOLD duomenys buvo gauti tik bandymo fazėje (20 fazė). Dalyviams buvo nurodyta, kaip atsakyti kuo greičiau ir teisingiau, ir kad jiems būtų mokama pajamų iki £ 10. Dalyviams buvo pranešta, kad 4 pensas bus atimamas už kiekvieną neteisingą atsakymą - šie tyrimai buvo pašalinti iš analizės. Visas uždarbis ekrane rodomas tik XNUMXth bloko pabaigoje.

1 pav 

Eksperimentinis dizainas

Visi vaizdai buvo pakoreguoti ir normalizuoti iki vidutinės pilkos 127 vertės ir 75 standartinio nuokrypio. Nei viena scena vaizdavo žmones ar žmogaus kūno dalis (įskaitant veidus) priekyje. Stimuliai buvo projektuojami į ekrano centrą ir subjektai stebėjo juos per veidrodinę sistemą, sumontuotą ant fMRI skenerio galvos ritės.

fMRI duomenų gavimas

fMRI buvo atliktas su 3-Tesla Siemens Allegra magnetinio rezonanso skaitytuvu (Siemens, Erlangen, Vokietija) su echo planar vaizdu (EPI). Funkcinėje sesijoje buvo gautas 48 T2 * svorinis atvaizdas vienam tūriui (apimantis visą galvą), priklausomai nuo kraujo deguonies lygio (BOLD) kontrasto (matrica: 64 × 64; 48 įstrižinės ašinės griežinėliai viename tūrio kampe, esant kampui –30 °) ašis, erdvinė skiriamoji geba: 3 × 3 × 3 mm, TR = 2880 ms, TE = 30 ms). FMRI gavimo protokolas buvo optimizuotas, siekiant sumažinti jautrumo sukeltus BOLD jautrumo nuostolius žemesnėse priekinės ir laikinės skilties dalyse (Weiskopf ir kt., 2006). Kiekvienam dalykui funkciniai duomenys buvo gauti keturiose skenavimo sesijose, kuriose sesijos metu buvo 224 apimtis. Kiekvienos serijos pradžioje buvo įsigyti šeši papildomi kiekiai, kad būtų galima pastoviai magnetuoti ir vėliau buvo išmesti. Anatominiai kiekvieno subjekto smegenų vaizdai buvo surinkti naudojant daugiaelektrinį 3D FLASH, kad būtų galima nustatyti protonų tankį (PD), T1 ir magnetizacijos perdavimą (MT) 1mm3 rezoliucija (Weiskopf ir Helms, 2008) ir pagal T1 svertinę inversijos atkūrimą paruoštos EPI (IR-EPI) sekos (erdvinė skiriamoji geba: 1 × 1 × 1 mm). Be to, buvo įrašyti individualūs lauko žemėlapiai naudojant dvigubą 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) įsigytų EPI vaizdų iškraipymo korekcijai (Weiskopf ir kt., 2006). „Lauko žemėlapio įrankių rinkinio“ naudojimasHutton ir kt., 2002) lauko žemėlapiai buvo apskaičiuoti pagal fazių skirtumą tarp trumpų ir ilgų TE.

fMRI duomenų analizė

Išankstinis apdorojimas apėmė perskirstymą, neperspaudimą naudojant atskirus lauko žemėlapius, erdvinį normalizavimą prie Monrealio neurologijos instituto (MNI) erdvės ir pagaliau išlyginant 4mm Gauso branduolį. FMRI laiko eilučių duomenys buvo filtruoti aukštu būdu (cutoff = 128 s) ir balinti naudojant AR (1) modelį. Kiekvienam subjektui statistinis modelis buvo apskaičiuotas taikant kanoninę hemodinaminę atsako funkciją (HRF) kartu su laiko ir dispersijos dariniais (Friston ir kt., 1998).

Mūsų 2 × 3 faktoriaus dizainas apėmė 6 interesų sąlygas, kurios buvo modeliuojamos kaip atskiri regresoriai: pažįstamas vaizdas su atlyginimų tikimybe 0, pažįstamas vaizdas su atlygio tikimybe 0.4, pažįstamas vaizdas su atlygio tikimybe 0.8, naujas vaizdas su atlygiu - galimybė 0, romanas-atvaizdas su atlygio tikimybe 0.4, romanas-atvaizdas su atlygio tikimybe 0.8. Atlyginimo-nuspėjamojo užuominų (ty fractal image) ir paties atlygio laikinas artumas kelia problemų dėl šių dviejų įvykių kylančių BOLD signalų atskyrimo. Todėl mes modeliavome kiekvieną bandymą kaip sudėtinį įvykį, naudojant mini-boxcar, kuris apėmė tiek cue, tiek rezultato pateikimą. Šis techninis apribojimas nebuvo problemiškas mūsų faktų analizei, kuri sutelkė dėmesį į naujovės ir atlygio apdorojimo sąveiką ir už atlygį bei naujovių poveikį. Klaidų bandymai buvo modeliuojami kaip regresorius, nesvarbu. Norint užfiksuoti likusius judesio artefaktus, buvo įtraukti šeši kovarianai (trys standūs kūno vertimai ir trys rotacijos, atsirandančios dėl perskirstymo) kaip regresoriai, kurių interesai nėra. Regioniniai specifiniai būklės efektai buvo išbandyti naudojant linijinius kontrastus kiekvienam subjektui ir kiekvienai būklei (pirmojo lygio analizė). Gauti kontrastiniai vaizdai buvo įtraukti į antros pakopos atsitiktinių efektų analizę. Čia kiekvienos būklės hemodinaminis poveikis buvo įvertintas naudojant 2 × 3 dispersijos analizę (ANOVA) su veiksniais „naujovė“ (nauja, pažįstama) ir atlygio tikimybe (0, 0.4, 0.8).

Savo analizę sutelkėme į 3 anatomiškai apibrėžtus dominančius regionus (striatum, midrain, hippocampus), kur sąveika tarp naujumo ir atlygio apdorojimo buvo hipotezė, remiantis ankstesniais tyrimais (Lismanas ir Grace, 2005; Wittmann ir kt., 2005; Bunzeck ir Duzel, 2006). Siekiant išsamumo, mes taip pat pranešame apie visas smegenis, kurios yra papildomos medžiagos. Striatumo ir hipokampo regionai (ROI) buvo nustatyti remiantis „Pick Atlas“ įrankių rinkiniu (Maldjian ir kt., 2003; Maldjian ir kt., 2004). Nors striatyvi ROI apėmė caudato, caudatinio kūno ir putameno galvą, hipokampo ROI išskyrė amygdalą ir aplinkinę rininę žievę. Galiausiai SN / VTA ROI buvo nustatyta rankiniu būdu, naudojant programinę įrangą MRIcro ir grupės vidutinį MT vaizdą. MT vaizduose SN / VTA galima atskirti nuo aplinkinių struktūrų kaip ryškią juostą (Bunzeck ir Duzel, 2006). Pažymėtina, kad primatuose apdovanoti atsakingi dopaminerginiai neuronai pasiskirsto per SN / VTA kompleksą, todėl yra tikslinga apsvarstyti viso SN / VTA komplekso aktyvavimą, o ne sutelkti dėmesį į jo subkomponentus (Duzel ir kt., 2009). Šiuo tikslu 3mm skiriamoji geba3, kaip naudojamas šiame eksperimente, leidžia atrinkti SN / VTA komplekso 20-25 voxels, kurių tūris yra 350 iki 400 mm3.

rezultatai

Elgesio dalykai parodė didelį užduočių atlikimo tikslumą per uždarą užduotį patalpose / lauke (vidutinis paspaudimų rodiklis 97.1%, SD = 2.8% žinomoms nuotraukoms; vidutinis paspaudimų rodiklis 96.8%, SD = 2.1% naujoms nuotraukoms;15= 0.38, ns), taip pat laimėjimo / be pergalės diskriminacijos rezultato metu (vidutinis paspaudimų rodiklis 97.8%, SD = 2.3% laimėjimų įvykiams; vidutinis paspaudimų rodiklis 97.7%, SD = 2.2% be laimėjimo įvykių; t15= 0.03, ns). Objektai greičiau aptiko vidaus ir lauko būklę, palyginti su naujais vaizdais (vidutinis reakcijos laikas (RT) RT = 628.2 ms, SD = 77.3ms žinomoms nuotraukoms; vidutinis RT = 673.8 ms, SD = 111 ms naujoms nuotraukoms;15= 4.43, P = 0.0005). Nėra jokio RT skirtumo dėl laimėjimo / ne laimėjimo diskriminacijos rezultato laiku (vidutinis RT = 542ms, SD = 82.2 ms laimėjimo bandymams; vidutinis RT = 551 ms, SD = 69 ms be laimėjimo bandymų;15= 0.82, ns). Panašiai kondicionavimo metu 3 skirtingų fractal vaizdų RT skirtumai nebuvo (0.8 tikimybė: RT = 370.1 ms, SD = 79 ms; 0.4 tikimybė: RT = 354.4, SD = 73.8ms; 0-tikimybė: RT = 372.2ms, SD = 79.3ms, F (1,12) = 0.045, ns). Pastaroji RT analizė pašalino tris dalykus dėl techninių problemų duomenų gavimo metu.

Analizuojant fMRI duomenis, 2 × 3 ANOVA su veiksniais „naujovė“ (nauja, pažįstama) ir atlygio tikimybe (p = 0, p = 0.4, p = 0.8) parodė pagrindinį naujovės dvipusį poveikį hippokampe (Pav. 2A) ir dešinysis striatumas, FDR pakoreguotas pagal IG paieškos apimtis. Kairiajame SN / VTA komplekse pastebėtas paprastas pagrindinis atlygio poveikis ('p = 0.8> p = 0') (Pav. 2B) ir dvišaliu striatumu (Pav. 2C). Pamatyti Lentelė 1 visiems aktyvuotiems smegenų regionams.

2 pav 

fMRI rezultatai
Lentelė 1 

fMRI rezultatai

Mes neatsižvelgėme į naujovės × atlygio tikimybės sąveiką taisydami kelis testus per visą mūsų ROI paieškos apimtis. Tačiau atlikus trijų didžiausių voxels post-analitinę analizę, rodančią pagrindinį atlygio poveikį striatumui, radome (ortogoninius) naujovės ir jos sąveikos su atlygiu poveikį: vienas voxel taip pat parodė pagrindinį poveikį: naujovė ir naujovė × atlygio sąveika, o kitas vokselis taip pat parodė pagrindinį naujovės poveikį.

Kaip parodyta pav. 2C (viduryje), pirmajame vokselyje ([8 10 0]; pagrindinis atlygio poveikis F (2,30) = 8.12, P = 0.002; pagrindinis naujumo efektas F (1,15) = 7.03, P = 0.02; naujumas × atlygio sąveika F (2,30) = 3.29, P = 0.05) šį poveikį lėmė didesni BOLD atsakymai į tyrimus, kurių atlygio tikimybė buvo 0.4, o prieš tai - naujas paveikslėlis (post-hoc t-testas: t (15) = 3.48 (P = 0.003). Antrajame vokselyje (2C dešinėje) ([−10 14 2] pagrindinis atlygio poveikis F (2,30) = 13.13, P <0.001; pagrindinis naujumo F poveikis (1,15) = 9.19, P = 0.008; ne reikšminga sąveika F (2,30) = 1.85, ns) post-hoc t-testai vėl parodė, kad pagrindinį naujumo poveikį lėmė skirtumai tarp naujų ir žinomų vaizdų esant dviem mažoms atlygio perdavimo tikimybėms (t (15) = 2.79, P = 0.014; ir t (15) = 2.19, P = 0.045, kai tikimybė p = 0 ir p = 0.4), (žr. pav. 2C). Priešingai, trečiasis vokselis (2C paliko [−22 4 0] pagrindinį atlygio efektą, F (2,30) = 9.1, P = 0.001) taip pat neparodė pagrindinio naujovės poveikio (F (1,15) = 2.33, ns) ir sąveika (F (2,30) = 1.54, ns).

Vidurio smegenyse esantis vokselis su maksimaliais su atlygiu susijusiais atsakais ([−8 −14 −8], F (2,30) = 12.19, P <0.001) taip pat parodė pagrindinio naujumo efekto tendenciją (F (1,15 , 4.18) = 0.059, P = 2,30), jei nėra reikšmingos sąveikos (F (0.048) = XNUMX, ns).

Diskusija

Nauji vaizdų vaizdai sustiprino striatros atlygio atsakymus, kuriuos sukėlė vėlesni ir nesusiję apdovanojimai (prognozuojant abstrakčius užuominas ir atlygio pristatymą). Kaip tikėtasi, nauji vaizdai taip pat aktyvavo hipokampą. Šie faktai, mūsų žiniomis, yra pirmas įrodymas, kad fiziologinė prognozė rodo, jog su hippokampu susijęs aktyvumas turėtų turėti kontekstą didinantį poveikį atlygio apdorojimui ventralinėje stiatumoje (Lismanas ir Grace, 2005; Bunzeck ir Duzel, 2006).

Dėl BOLD signalo savybių atlyginimų nuspėjamojo ir rezultato pristatymo laikinas artumas neleido įvertinti naujumo poveikio šiems įvykiams atskirai. Atvirkščiai, mes laikėme cue-rezultatų seką kaip sudėtinį įvykį ir nustatėme, kad naujovės įtaka apdovanojimų apdorojimui kinta priklausomai nuo atlygio įvykio tikimybės. Pagerinimas buvo pastebėtas tik tada, kai tikėtina atlygio tikimybė buvo maža (0 arba 0.4) ir nebuvo didelės atlygio tikimybės (0.8) (Pav. 2C). Svarbu pažymėti, kad šis rezultatų modelis negali būti paaiškintas nepriklausomu naujumo ir atlygio poveikiu tame pačiame regione. BOLD poveikis, kurį sukelia dvi funkciniu požiūriu skirtingos, bet erdviškai sutampančios nervinės populiacijos, būtų papildomas, neatsižvelgiant į atlygio tikimybę ir dėl to atsirastų naujovės efektas ir 0.8 tikimybės būsenoje. Todėl šie tikimybės priklausomi naujumo poveikiai apdovanojimų apdorojimui prieštarauja galimybei, kad jie atspindi naujus stimulus sukeltų BOLD atsakų užteršimą. Atvirkščiai, rezultatai rodo, kad kontekstinė naujovė padidino atlygio apdorojimą per se, nors ir tik esant mažai tikimybei.

Kaip paaiškinta pirmiau, negalėjome išskirti BOLD atsakymų tarp atlygio numatymo (užuominų) ir atlygio pristatymo (rezultatų). Naujumas galėjo būti pasirinktinai padidintas neapdairių rezultatų apdorojimas (be laimėjimų). Tai atitiktų tai, kad mes nesilaikėme jokio reikšmingo naujovių poveikio bandymams, turintiems didelę atlygio tikimybę, nes 80% šių tyrimų lėmė atlygį. Kita vertus, naujovė galėjo turėti įtakos atlyginimų numatymui už užuominas, kurios numatė atlygio pristatymą mažai tikėtina (ty 0 ir 0.4). Bet kuriuo atveju kontekstinė naujovė pagerino smegenų atstovavimą tiems įvykiams, kurie buvo objektyviai mažiau naudingi. Be to, mažai tikėtina, kad atlyginimų signalų naujumo moduliacijos nebuvimas didelės tikimybės būsenoje bus dėl lubų poveikio atlygio apdorojimui. Ankstesnis darbas parodė, kad atsakymai, susiję su žmogiškuoju striatumi, yra adaptuojami įvairiuose kontekstuose, todėl gaunamas signalas, rodantis, ar rezultatas yra palankus ar nepalankus tam tikroje aplinkoje (Nieuwenhuis ir kt. 2004). Taigi galima tikėtis, kad atlygio atsakymai taip pat turėtų būti pritaikyti naujoviškos premijos sąlygoms, kai yra didelė atlygio tikimybė.

Yra gerai nustatyta, kad primatų smegenys klasikinių kondicionavimo eksperimentų metu sužino apie įvairių dirgiklių, susietų su atlygiu, vertę, matuojamą labiau tikėjant rezultato (pvz., Padidėjusiam laižymui). Šiame eksperimente mes matavome reakcijos laiką kondicionavimo fazėje, tačiau neradome skirtumų tarp skirtingų prognozuojamų užuominų stiprumo lygių. Atsižvelgiant į užduoties paprastumą ir tiriamųjų atsakymo greitį (<375 ms visomis sąlygomis), diferencinio atsako nebuvimą gali lemti viršutinės ribos efektas. Nepaisant to, kad trūksta objektyvios elgesio priemonės sąlygojant, sėkmingas šio užuominos tipo naudojimas ankstesniuose tyrimuose (pvz., O'Doherty ir kt., 2003) rodo, kad subjektai vis dar sudarė ryšį tarp žymių ir skirtingų atlygio pristatymo tikimybių.

Ankstesniuose darbuose atlygio signalai striatume buvo susiję su įvairiomis atlyginimų savybėmis tiek žmonėms, tiek nežmoginiams primatams, įskaitant tikimybę (Preuschoff ir kt., 2006; Tobler ir kt., 2008), dydis (Knutson ir kt., 2005), netikrumas (Preuschoff ir kt., 2006) ir veiksmo vertė (Samejima ir kt., 2005). Ši striatume išreikštų su atlyginimais susijusių kintamųjų įvairovė puikiai tinka jos, kaip limbinio / sensorimotoriaus sąsajos, vaidmeniui, turinčiam svarbų vaidmenį organizuojant tikslo elgesį (Wickens ir kt., 2007). Tiek SN / VTA, tiek ir striatumas, viena iš svarbiausių vidutinio smegenų dopamino sistemos projekcinių vietų, taip pat reaguoja į premijų ir premijų už klasikinio kondicionavimo paradigmose atlygį (pvz.,Delgado ir kt., 2000; Knutson ir kt., 2000; Fiorillo ir kt., 2003; Knutson ir kt., 2005; Tobler ir kt., 2005; Wittmann ir kt., 2005; D'Ardenne ir kt., 2008). Remiantis keliomis skaičiavimo perspektyvomis, SN / VTA kilęs dopamino perdavimas moko striatum apie sąlyginių stimulų vertę naudojant prognozavimo klaidos signalą (Schultz ir kt., 1997).

Nors klasikinio kondicionavimo studijose, striatume išreikšti atlygio ir ne atlygio vaizdai ne visada turi akivaizdžių elgesio pasekmių (O'Doherty ir kt., 2003; den Ouden ir kt., 2009), fMRI tyrimai sistemingai parodė, kad striatų BOLD aktyvumo pokyčiai koreliuoja su prognozavimo klaidomis, susijusiomis su pasirinkimo galimybių verte, būdingais skaičiavimo modeliais, atitinkančiais elgesio duomenis (O'Doherty ir kt., 2004; Pessiglione ir kt., 2006). Su veiksmu nesusiję striatyviniai valstybinės vertės vaizdai gali būti susiję su atlygio prieinamumo signalais, kurie paverčiami parengiamaisiais atsakymais, pvz., Metodu, susijusiu su paviljonu, arba paviljono efektu, kaip matyti iš pavloviško instrumentinio perdavimo (PIT).Cardinal et al., 2002; Talmi ir kt., 2008). Mūsų duomenys rodo, kad naujovė moduliuoja tokias valstybės vertės reprezentacijas, didindama atlygio tikimybę arba atsaką į nepatenkinamus rezultatus. Šios naujovės ir atlygio sąveikos pasekmė galėtų būti besąlyginių parengiamųjų atsakymų generavimas. Realioje aplinkoje tokie atsakymai leistų sustiprinti požiūrį, kai naujumas identifikuojamas pagal pažymėjimą (Wittmann ir kt., 2008) arba atsitiktinai ištirti aplinką, kai aptinkamas naujumas, bet nesusijęs su konkrečiu atspalviu, kaip nurodyta gyvūnų literatūroje (Kablys ir Kalivas, 1994). Šis vaizdas taip pat atitinka įtakingus skaičiavimo modelius (Kakade ir Dayan, 2002).

Viena kritinė struktūra, kuri gali būti įtraukta į kontekstą sustiprintus atlygio atsakymus striatume, yra hipokampas. Kaip ir ankstesnėse studijose (Tulving ir kt., 1996; Strange ir kt., 1999; Bunzeck ir Duzel, 2006; Wittmann ir kt., 2007) parodome, kad kontekstinė naujovė aktyviau įkvėpė hipokampą nei žinojimas. Atsižvelgiant į stiprias (netiesiogines) SN / VTA prognozes, mes siūlome, kad ši struktūra yra tikėtinas šaltinio signalas į vidurio smegenų dopaminerginę sistemą (Lismanas ir Grace, 2005; Bunzeck ir Duzel, 2006). Dopaminerginė vidurinė smegenis taip pat gauna informaciją iš kitų smegenų sričių, tokių kaip prefrontalinė žievė, kuri taip pat galėjo perduoti jai naujumo signalus (Fields ir kt., 2007). Tačiau, atsižvelgiant į iki šiol pateiktus įrodymus, mes laikome hipokampus kaip labiausiai tikėtiną kandidatą, kad galėtume vairuoti vidurinės smegenų dopamino neuronų naujoves, o tai paaiškintų striatros premijų signalų stiprinimą naujumo kontekste. Kita vertus, kontekstinio naujumo efekto priklausomybės nuo priklausomybės moderacija gali atsirasti prefrontalinėje žievėje (PFC). Fiziologiniai tyrimai rodo, kad didėjantis PFC diskas į SN / VTA neuronus padidina tik PFC regionų dopaminerginį moduliavimą, bet ne dopaminerginį įėjimą į ventralinę striatumą (Margolis ir kt., 2006). Tokiu mechanizmu PFC galėtų reguliuoti priklausomybės nuo naujovės tikimybės priklausomybę nuo SN / VTA ir ventralinės striatros atlygio reprezentacijos.

Apibendrinant galima teigti, kad šie rezultatai rodo, kad kontekstinė naujovė didina atlygio apdorojimą striatume, reaguojant į nesusijusius užuominas ir rezultatus. Šie duomenys yra suderinami su polisynaptinio kelio modelio prognozėmis (Lismanas ir Grace, 2005), kur hippokampo naujumo signalai yra mechanizmas, leidžiantis reguliuoti nesusijusius įvykius.

Papildoma medžiaga

Padėka

Šį darbą rėmė „Wellcome Trust“ projekto dotacija (ED ir RJD 81259; www.wellcome.ac.uk; RD remia „Wellcome“ pasitikėjimo programos dotacija. MG turi Marie Curie stipendiją (www.mariecurie.org.uk). KES pripažįsta paramą „SystemsX.chh“ projektui NEUROCHOICE.

Nuorodų sąrašas

  • Aron AR, Shohamy D, Clark J, Myers C, Gluck MA, Poldrack RA. Žmogaus vidurinės smegenų dalies jautrumas kognityviniam grįžtamajam ryšiui ir netikrumas mokantis klasifikavimo. J Neurofiziolis. 2004; 92: 1144 – 1152. [PubMed]
  • Berridge KC, Robinson TE. Parsing atlygis. Tendencijos Neurosci. 2003: 26: 507 – 513. [PubMed]
  • Bunzeck N, Duzel E. Absoliutus stimulo naujovės kodavimas žmogaus materia nigra / VTA. Neuronas. 2006: 51: 369 – 379. [PubMed]
  • Kardinolas RN, Parkinson JA, Hall J, Everitt BJ. Emocija ir motyvacija: amygdala, ventralinė striatum ir prefrontalinė žievė. Neurosci Biobehav Rev. 2002; 26: 321 – 352. [PubMed]
  • D'Ardenne K, McClure SM, Nystrom LE, Cohen JD. BOLD reakcijos, atspindinčios dopaminerginius signalus žmogaus ventralinėje pagrindinėje srityje. Mokslas. 2008; 319: 1264 – 1267. [PubMed]
  • „Delgado MR“, „Nystrom LE“, „Fissell C“, „Noll DC“, „Fiez JA“. Hemodinaminių reakcijų į atlygį ir bausmę stebėjimas striatumoje. J Neurofiziolis. 2000; 84: 3072 – 3077. [PubMed]
  • den Ouden HE, Friston KJ, Daw ND, McIntosh AR, Stephan KE. Dvigubas numatymo klaidos vaidmuo asociatyviame mokymesi. Galūnių žievė. 2009; 19: 1175 – 1185. [PMC nemokamas straipsnis] [PubMed]
  • „Duzel E“, „Bunzeck N“, „Guitart-Masip M“, „Wittmann B“, „Schott BH“, „Tobler PN“. Funkcinis žmogaus dopaminerginės smegenų dalies vaizdas. Tendencijos Neurosci. 2009 [PubMed]
  • Laukai HL, Hjelmstad GO, Margolis EB, Nicola SM. Ventralinis tegmentalinės srities neuronas, įgudęs apetitinį elgesį ir teigiamą sustiprinimą. Annu Rev Neurosci. 2007: 30: 289 – 316. [PubMed]
  • „Fiorillo CD“, „Tobler PN“, „Schultz W“. Dopetinio tikimybės ir neapibrėžties diskretiškas kodavimas dopamino neuronais. Mokslas. 2003: 299: 1898 – 1902. [PubMed]
  • Floresco SB, Vakarų AR, Ash B, Moore H, Grace AA. Afropentinis dopamino neurono degimo moduliavimas reguliuoja toninį ir fazinį dopamino perdavimą. Nat Neurosci. 2003: 6: 968 – 973. [PubMed]
  • Frank MJ, Seeberger LC, O'Reilly RC. Morka ar lazda: pažinimo stiprinimas mokantis parkinsonizmo. Mokslas. 2004; 306: 1940 – 1943. [PubMed]
  • Friston KJ, Fletcher P, Josephs O, Holmes A, Rugg MD, Turner R. Įvykiu susijęs fMRI: skiriasi atsakymai. Neuroimage. 1998: 7: 30 – 40. [PubMed]
  • Grace AA, Bunney BS. Nigralinių dopaminerginių neuronų intraląstelinė ir tarpląstelinė elektrofiziologija – 1. Identifikavimas ir apibūdinimas. Neuromokslas. 1983; 10: 301–315. [PubMed]
  • Kabliukai MS, Kalivas PW. Dopamino ir sužadinamųjų aminorūgščių perdavimo įsitraukimas į naujovių sukeltą motorinį aktyvumą. J Pharmacol Exp Ther. 1994; 269: 976 – 988. [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]
  • Kakade S, Dayan P. Dopaminas: apibendrinimas ir premijos. Neuroninis tinklas. 2002; 15: 549 – 559. [PubMed]
  • Knutson B, Westdorp A, Kaiser E, Hommer D. FMRI smegenų veiklos vizualizacija atliekant piniginės paskatos uždelsimo užduotį. Neuro vaizdas. 2000; 12: 20 – 27. [PubMed]
  • Knutsonas B, Tayloras J, Kaufmanas M, Petersonas R, Gloveris G. Paskirstytas laukiamos vertės nervinis vaizdas. J Neurosci. 2005; 25: 4806 – 4812. [PubMed]
  • Lisman JE, Grace AA. Hippokampo-VTA kilpa: informacijos įvedimo į ilgalaikę atmintį kontrolė. 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]
  • Maldjian JA, Laurienti PJ, Burdette JH. Precentralinis gyruso neatitikimas elektroninėse „Talairach“ atlaso versijose. Neuro vaizdas. 2004; 21: 450 – 455. [PubMed]
  • Maldjian JA, Laurienti PJ, Kraft RA, Burdette JH. Automatinis metodas, skirtas fMRI duomenų rinkinių neuroanatominei ir cytoarchitektoninei atrankai pagrįsti. Neuroimage. 2003: 19: 1233 – 1239. [PubMed]
  • „Margolis EB“, „Lock H“, „Chefer VI“, „Shippenberg TS“, „Hjelmstad GO“, „Fields HL“. Kappos opioidai selektyviai kontroliuoja dopaminerginius neuronus, išsikišančius į priekinę priekinę žievę. „Proc Natl Acad Sci“, JAV A. 2006; 103: 2938 – 2942. [PMC nemokamas straipsnis] [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]
  • „O'Doherty JP“, „Dayan P“, „Friston K“, „Critchley H“, „Dolan RJ“. Laiko skirtumų modeliai ir su atlygiu susijęs mokymasis žmogaus smegenyse. Neuronas. 2003; 38: 329 – 337. [PubMed]
  • Pessiglione M, Seymour B, Flandin G, Dolan RJ, Frith CD. Nuo dopamino priklausančios prognozės klaidos yra pagrindas atlyginti žmonėms. Gamta. 2006; 442: 1042 – 1045. [PMC nemokamas straipsnis] [PubMed]
  • „Preuschoff K“, „Bossaerts P“, „Quartz SR“. Laukiamo atlygio ir rizikos neuroninė diferenciacija žmogaus subkortikinėse struktūrose. Neuronas. 2006; 51: 381 – 390. [PubMed]
  • „Samejima K“, „Ueda Y“, „Doya K“, „Kimura M.“. Mokslas. 2005: 310: 1337 – 1340. [PubMed]
  • Schultz W, Dayan P, Montague PR. Nervinis prognozavimo ir atlygio substratas. Mokslas. 1997: 275: 1593 – 1599. [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]
  • „Talmi D“, „Seymour B“, „Dayan P“, „Dolan RJ“. Žmogaus pavloviškas-instrumentinis perdavimas. J Neurosci. 2008; 28: 360 – 368. [PMC nemokamas straipsnis] [PubMed]
  • Tobler PN, Fiorillo CD, Schultz W. Dopamino neuronų adaptyvus atlygio vertės kodavimas. Mokslas. 2005: 307: 1642 – 1645. [PubMed]
  • Tobler PN, Christopoulos GI, O'Doherty JP, Dolan RJ, Schultz W. Neuroniniai atlygio tikimybės iškraipymai be pasirinkimo. J Neurosci. 2008; 28: 11703 – 11711. [PMC nemokamas straipsnis] [PubMed]
  • „Tulving E“, „Markowitsch HJ“, „Craik FE“, „Habib R“, „Houle S.“. Cereb Cortex. 1996: 6: 71 – 79. [PubMed]
  • Weiskopf N, Helms G. Žmogaus smegenų kelių parametrų žemėlapis 1mm skiriamąja geba per mažiau nei 20 minutes; ISMRM 16; Torontas, Kanada. 2008.
  • Weiskopf N, Hutton C, Josephs O, Deichmann R. Optimalūs EPI parametrai jautrumo sukeliamiems BOLD jautrumo nuostoliams sumažinti: visos smegenų analizė 3 T ir 1.5 T. Neuroimage. 2006; 33: 493 – 504. [PubMed]
  • Wickens JR, Horvitz JC, Costa RM, Killcross S. Dopaminerginiai veiksmai ir įpročiai. J Neurosci. 2007; 27: 8181 – 8183. [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]
  • 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]