Nuspėjamumas moduliuoja žmogaus smegenų reakciją į atlygį (2001)

PASTABOS: Nenuspėjami atlygiai lemia didesnius dopamino šuolius. Dėl šios priežasties didelės spartos interneto pornografija skiriasi nuo praeities pornografijos
 
J Neuroscience. 2001 Apr 15;21(8):2793-8.
 

Šaltinis

Psichiatrijos ir elgsenos mokslų katedra, Emory universiteto Medicinos mokykla, Atlanta, Gruzija 30322, JAV. [apsaugotas el. paštu]

Abstraktus

Tam tikros stimulų klasės, pvz., Maistas ir vaistai, yra labai veiksmingos aktyvuojant atlygio regionus. Žmonėms matome, kad aktyvumas šiuose regionuose gali būti reguliuojamas sekančio dviejų švelniai malonių stimulų, žodžiu pristatytų vaisių sulčių ir vandens pristatymo nuspėjamumu. Naudojant funkcinį magnetinio rezonanso tyrimą, aktyvumas, skatinantis stimulus tiek branduoliuose, tiek medialiniame orbitofrontiniame žieve, buvo didžiausias, kai dirgikliai buvo nenuspėjami. Be to, tiriamųjų teigiama, kad pirmenybė teikiama sultims ar vandeniui, nebuvo tiesiogiai susijusi su aktyvumu atlygio regionuose, bet buvo susijusi su aktyvumu sensomotorinėje žievėje. Dėl malonių stimulų šie rezultatai rodo, kad nuspėjamumas moduliuoja žmogaus atlygio regionų atsaką, o subjektyvus pageidavimas gali būti atskiriamas nuo šio atsako.

Įvadas

Natūralių atlygių, pvz., Maisto, gėrimų ir lyties, siekimas yra pagrindinis išorinis poveikis žmogaus elgesiui. Nepaisant to, klausimas, kaip atlygiai turi įtakos žmogaus elgesiui, išlieka neišspręstas. Yra daug veiksnių, kurie prisideda prie mūsų žinių trūkumo; tačiau vienas kliūčių buvo sunku apibrėžti ir matuoti atskirų pasekmių poveikį žmogaus elgesiui ar smegenų aktyvavimui. Gyvūnams atlygis yra apibrėžiamas kaip veiklos koncepcija: stimulas laikomas atlygiu, jei jis teigiamai sustiprina elgesį (Korpusas, 1943; Rescorla ir Wagner, 1972; Robbins ir Everitt, 1996), tai yra, patikimai padidina elgesio tikimybę. Ta pati sąvoka taikoma ir žmonėms; tačiau žmonės turi galimybę atlikti visokeriopą vykdomosios veiklos kontrolę, todėl vien elgesio tyrimai yra neišsamus būdas ištirti atlygio apdorojimą. Panašiai aiškius teigiamų ir nepatinkančių pranešimų pranešimus, t. Y., Pirmenybes, supainioja subjektyvus subjektyvus suvokimas, kas jam patinka ir ką jis nori pranešti. Norint įveikti šiuos eksperimentinius sunkumus, norėtųsi tiksliai apibrėžtos užduoties metu stebėti elgesio rezultatus, subjektyvius pageidavimus ir smegenų reakciją. Laikydamiesi tokio požiūrio, mes čia pranešame, kad veikla žmogaus atlygio regionuose yra labiau susijusi su malonių dirgiklių sekos nuspėjamumu, nei su aiškiai nurodytomis nuostatomis.

Žmonėms, po vaistinių preparatų, tokių kaip kokainas, pavartojimo funkcijų aktyvavimas gali būti vizualizuojamas naudojant funkcinę magnetinio rezonanso analizę (fMRI).Breiter ir kt., 1997); tačiau tokios infuzijos gali neatitikti įprastinio atlygio apdorojimo dėl tiesioginio ir netiesioginio kokaino poveikio. Be to, vaistai, tokie kaip kokainas, gali veikti skirtingose ​​atlygio sistemos dalyse nei vadinamieji natūralūs atlygiai, pvz., Maistas ir vanduo (Bradberry ir kt., 2000; Carelli ir kt., 2000). Apdoroti atlygiai, pvz., Pinigai, taip pat gali veikti skirtingose ​​atlygio sistemos dalyse (Thut ir kt., 1997; Elliott ir kt., 2000; Knutson ir kt., 2000) ir negali būti tinkamas pirminių atlygio grandinių zondas žmonėms. Alternatyvų metodą siūlo eksperimentai, rodantys, kad pirmiausia naudingo skatinimo nuspėjamumas yra kritinis parametras, skatinantis atlyginimo būdus (Schultz ir kt., 1992, 1997; Schultz, 1998; Garris ir kt., 1999). Fiziologiniai įrašai nežmoginiuose primatuose parodė, kad tokiuose regionuose kaip ventralinis tegmentalinis plotas (VTA), branduolys accumbens ir ventralinis striatumas neuronai prisitaiko prie atlygio skatinančių stimulų, tokių kaip vaisių sultys arba vanduo (Shidara ir kt., 1998). Taigi, stimulų sekos nuspėjamumas gali pats įdarbinti su atlygiu susijusias nervines struktūras tokiu būdu, kurį galima aptikti fMRI. Be to, teoriniai dopamino išsiskyrimo modeliai rodo, kad nenuspėjami atlygiai turėtų paskatinti didesnį aktyvumą šiuose regionuose (Schultz ir kt., 1997). Mes siekėme išbandyti šią hipotezę naudodami fMRI, kad būtų galima įvertinti nuspėjamumo poveikį žmogaus smegenų reakcijai į punktualių, malonių stimulų sekas.

MEDŽIAGOS IR METODAI

Dalykai. Dvidešimt penki normalūs suaugusieji patyrė fMRI skenavimą, kai buvo vartojami nedideli kiekiai burnos vaisių sulčių arba vandens. Temos buvo nuo 18 iki 43 amžiaus, ir visi dalykai davė informuotą sutikimą dėl protokolo, patvirtinto Emory universiteto Žmogaus tyrimų komiteto.

Eksperimentinė užduotis. Skenerio metu asmenys, kuriems buvo numatytas arba nenuspėjamas būdas, gavo nedidelį kiekį žodžiu tiekiamų vaisių sulčių ir vandens. Mes pasirinkome sekančią vaisių sulčių ir vandens tiekimą dėl trijų priežasčių: (1) žmonės subjektyviai mėgsta tiek sulčių, tiek vandens; (2) abu dirgikliai yra reguliariai naudojami kaip stiprinimo stimulai, mokant nežmoginius primatus elgsenos užduotims; ir (3) vidurio smegenų dopaminerginiai neuronai, ir, galbūt, neuronai, kuriems jie projektuoja, rodo fazinius kepimo greičio pokyčius, kurie priklauso nuo nuosekliųjų stimulų laiko prognozavimo (Schultz ir kt., 1992). Dalyviai dviem skenavimo operacijomis gavo tiek sulčių, tiek vandens nuspėjamu arba nenuspėjamu būdu (1 pav.). 1). Nuspėjamojo važiavimo metu sultys ir vandens boliusai buvo pakaitomis 10 sek. Nenuspėjamos eigos metu sultys ir vanduo buvo atsitiktinės atrankos būdu, o paskatos intervalas taip pat buvo atsitiktinės atrankos būdu paimant Poisson intervalo pasiskirstymą vidutiniu 10 sek. Kiekvienas važiavimas truko 5 min. Kadangi laikas prisitaikyti prie nuspėjamumo ar nenuspėjamumo buvo nežinomas ir dėl to, kad dažnai perjungus sąlygas gali susidurti tarpusavio sąveika, ty „nuspėjamumo nuspėjamumas“, mes pasirinkome atskirti skenavimo eigą, o ne naudoti mažesnius būklės blokus skenavimo metu. Kadangi visi eksperimento aspektai siejasi su manipuliavimu nuspėjamumu, mes pasirinkome ne pakartoti sąlygų dalykuose ir vietoj to, daugiausia dėmesio skirti daugiau subjektų skaičiui.

Pav. 1.  

FMRI eksperimento projektavimas. Buvo panaudotas 2 × 2 faktorinis dizainas, turintis preferencinius veiksnius (sultis ar vandenį) ir nuspėjamumą (nuspėjamas arba nenuspėjamas). Pacientai vartojo 0.8 ml sulčių ir vandens boliusus nuspėjamoje arba nenuspėjamoje sekoje. Naudojant su įvykiu susijusią fMRI, smegenų aktyvacija buvo analizuojama pagal pirmenybę ir nuspėjamumą, taip pat jų tarpusavio sąveiką.

Su dviem plastikiniais vamzdeliais tiriamieji vartojo 0.8 ml abiejų vaisių sulčių ir vandens boliusus. Kandiklis laikė vamzdžio galus ant liežuvio, o vaisių sultys buvo suleidžiamos iš kairiojo kandiklio pusės ir vandens iš dešinės. Vamzdžiai buvo N10 m ilgio ir buvo prijungti prie kompiuterio valdomo dvigubo švirkšto siurblio (Harvard Apparatus, Holliston, MA) už skenerio patalpos. Subjektai skenavimo metu neatliko jokių kitų užduočių ir jiems buvo liepta tiesiog nuryti skysčio kiekvieną kartą, kai jis buvo skiriamas. Po nuskaitymo sesijos, subjektai buvo supažindinti su jų skysčių pasirinkimu.

MRI duomenų įsigijimas. Skenavimas buvo atliktas naudojant „1.5 Tesla Philips NT“ skaitytuvą. Įgiję didelės skiriamosios gebos T1 svertinį anatominį nuskaitymą, tiriamiesiems buvo atliekami du viso smegenų funkciniai 150 nuskaitymai (echo-planar vaizdavimas, gradientas atšauktas aidas; kartojimo laikas, 2000 msec; aido laikas, 40 msec; 90 °; 64 × 64 matrica, 24 5 mm ašinės griežinėliai, įgyti lygiagrečiai su anteroposterioro komisine linija), kad būtų galima nustatyti nuo kraujo deguonies kiekio priklausomą (BOLD) efektą (Kwong ir kt., 1992; Ogawa ir kt., 1992). Galvos judėjimas buvo sumažintas pagal poliravimą ir suvaržymus.

Analizė. Duomenys buvo analizuojami naudojant statistinį parametrų nustatymą (SPM99; Wellcome Cognitive Neurology departamentas, Londonas, Jungtinė Karalystė).Friston ir kt., 1995b). Pirmojo funkcinio nuskaitymo judesio korekcija buvo atlikta tiriamiesiems naudojant šešių parametrų standžiojo kūno transformaciją. Kadangi rijimas neišvengiamai sukelia reikšmingą galvos judėjimą, judesio korekcijos parametrai taip pat buvo naudojami siekiant nustatyti, ar galvos judėjimas skirtingai skiriasi. Tada judesio pataisytų vaizdų vidurkis buvo užregistruotas asmens 24 riekelių struktūriniame MRT, naudojant 12 parametrų afininę transformaciją. Tada vaizdai buvo normalizuoti pagal Monrealio neurologijos instituto (MNI) šabloną (Talairach ir Tournoux, 1988) taikant 12 parametrų afino transformaciją, po to atliekant netiesinį deformavimą naudojant pagrindines funkcijas (Ashburner ir Friston, 1999). Vėliau vaizdai buvo išlyginti 8 mm izotropiniu Gauso branduoliu ir juostiniu praėjimu, filtruotu laikiname domene. Buvo atliktas atsitiktinis poveikis, susijęs su įvykiu, statistinė analizė atlikta su SPM99 (Friston ir kt., 1995a, 1999). Eksperimentas buvo analizuojamas kaip 2 × 2 faktorinis dizainas. Pirma, kiekvienam subjektui buvo nustatytas atskiras bendrasis linijinis modelis (GLM), su keturiomis sąlygomis, atspindinčiomis keturis galimus įvykių tipus: nuspėjamą, pageidaujamą skysčio, nuspėjamą, netinkamą skystį, nenuspėjamą, pageidaujamą skystį ir nenuspėjamą skystį. Kiekvienai iš keturių sąlygų buvo sukurti keturi delta funkcijų vektoriai su laikais, atitinkančiais kiekvieną įvykį. Jie buvo sujungti su bendrąja hemodinaminio atsako funkcija ir įrašyti į keturių stulpelių dizaino matricą. Kiekvieno skenavimo eigos vidurkis buvo pašalintas pagal voxelwise pagrindą. Apskaičiavome tris dvipusius kontrastinius vaizdus, ​​atitinkančius pagrindinius pirmenybės [kontrastinio vektoriaus (1-11-1)], nuspėjamumo [kontrasto vektoriaus (11-1-1)] efektus ir sąveikos terminą [kontrastinis vektorius (1 -1-11)]. Sąveika aprašo, kaip nuspėjamumas moduliuoja preferencijos poveikį. Šie individualūs kontrastiniai vaizdai buvo įtraukti į antros pakopos analizę, naudojant atskirą vieno mėginio analizę t testas (df = 24) kiekvienam terminui kiekvienoje GLM pusėje (iš viso šeši kontrastai). Mes apibendrinome šiuos suvestinius statistinius žemėlapius p <0.001 (nekoreguota daugybei palyginimų). Šie žemėlapiai buvo uždengti didelės raiškos struktūriniu vaizdu MNI orientacijoje.

Teorinis modelis. Kaip įrankis, skirtas fMRI eksperimento projektavimui ir interpretavimui, mes naudojome esamą neuroprocesorinį dopamino išsiskyrimo modelį, kad imituotų smegenų reakciją į skirtingus laiko atlyginimų skatinimo modelius (1 pav.).2). Šis modelis buvo pagrįstas laikinųjų skirtumų metodu (TD), kuris teigia, kad sinchroniškai sustiprinanti medžiaga, pvz., Dopaminas, yra atleista atsakant į atlygio prognozavimo klaidas (Schultz ir kt., 1997). Šis modelis buvo naudojamas įvairiose programose, įskaitant sudėtingas mokymosi užduotis, tokias kaip backgammon (Sutton, 1988; Tesauro ir Sejnowski, 1989), taip pat sėkmingai prognozuojant dopamino neuronų aktyvumą daugelyje kondicionavimo paradigmų (Houk ir kt., 1995; Montague ir kt., 1995) ir variklio sekos nustatymo užduotis (Berns ir Sejnowski, 1998).

Pav. 2.  

Eksperimento neuronų tinklo modelis ir smegenų regionai, susiję su informacijos apdorojimu. A, Diagrama rodo mūsų hipotezę, kaip stimulų seka gali turėti įtakos dopaminerginei išėjimui. Šioje hipotezėje nurodėme, kad dopaminerginės produkcijos pokyčiai gali paveikti tikslines nervines struktūras tokiu būdu, kurį galima nustatyti fMRI BOLD matavime. Nustatyta, kad sultys ir vanduo turi tiek jutimo (projekcija nuo riboto laiko)langas) ir atlygis ( r keliai) jų įtaka dopaminerginiam aktyvumui. Norėdami sukurti tikėtiną hemodinaminį atsaką iš šios hipotezės, mes sukūrėme ribinį laiko langą (mažos dėžės sultims ir vandeniui), kuri nustatė tiesioginio atlygio vertęr(t) (Jei atsirado sulčių, 1, jei pasireiškė vanduo, ir 0.5, jei nebuvo stimulo). Šis manevras savavališkai nustatė dvigubą vandens vertę. Tai nėra svarbu pagrindiniam lūkesčiui, kurį sukuria modelis.B, Prognozuojamas dopamino poveikis prognozuojamoms ir nenuspėjamoms sulčių ir vandens tiekimo sekoms. Horizontali ašis yra nuskaitymo numeris. Vertikali ašis yra numatomas hemodinaminis atsakas, prognozuojamas pagal laiko skirtumo modelį. Skalė ant vertikali ašis yra savavališkas. Svarbu atkreipti dėmesį į tai, kad nuspėjamas važiavimas vyksta iki 0, o nenuspėjamas važiavimas išlieka didelis amplitudė. Pėdsakai buvo sukurti konjuguojant hemodinaminį atsako branduolį su laiko skirtumo modelio išvestimi. Tai rodo, kad vidutinis BOLD atsakas būtų didesnis, kai dirgikliai buvo nenuspėjami.

Trumpai tariant, TD mokymasis priklauso nuo dviejų pagrindinių prielaidų. Pirma, trumpalaikis prisitaikymas prie tam tikros nervų grandinės, siekiant numatyti visų būsimų premijų diskontuotą sumą. Atlygio apibrėžimas priklauso nuo konteksto, kuriame jis gaunamas. Jei tariamas atlygis padidina tam tikro elgesio atsiradimą, tai laikoma teigiamu vertintoju. Priklausomai nuo gyvūno vidaus būklės, tas pats atlygis negali sustiprinti elgesio, pvz., Kai gyvūnas yra prisotintas. FMRI eksperimento kontekste, kuris paprastai yra nenatūralus, pažįstamas apetitas, pvz., Vanduo ar vaisių sultys, subjektyviai patiriamas kaip malonus ir todėl naudingas. Antra, atlygio prognozės priklauso tik nuo dabartinio stimulo rinkinio. Stimulio reprezentacija yra šiek tiek savavališka modelyje, ir ji apima tam tikrą atvaizdą atgal per laiką, ty stimulą. Tokių medžiagų, kaip vanduo ar vaisių sultys, yra tiek jutiminiai matmenys (pvz., Temperatūra ir lytėjimo pojūtis ant liežuvio), tiek faktinis atlygis, kuris subjektyviai patiriamas kaip malonumas. Todėl tikslinga laikyti, kad skysčio tiekimo taktiniai matmenys yra neutralūs ir skiriasi nuo naudingo matmens. Taip pat manoma, kad šie skirtingi matmenys apdorojami skirtingomis smegenų grandinėmis, kurias galima vaizduoti su fMRI. Norėdami išreikšti modelį išvesties matmeniu, analogišku matavimui, gautam naudojant fMRI, mes apibendrinome tiek neutralaus, tiek naudingo kelio rezultatus, kuriuos mes manėme suvienodinę ventraliniame striatume ir branduolyje accumbens. Pripažįstame, kad nėra tiesioginių įrodymų, ir priklausomai nuo specifinio receptoriaus, dopaminas gali turėti kintamą poveikį neuronų aktyvumui. Tikslus eksperimentinis dizainas buvo įvestas į modelį, kuris buvo modeliuojamas su Matlab 5.3 (MathWorks, Natick, MA). Skaičiuojant prognozuojamus ir nenuspėjamus važiavimus, buvo apskaičiuoti išvestys, atitinkančios tiek galimus dopamino neuronus, tiek jų projekcijos vietas. 2).

Turėtume atkreipti dėmesį į skaitytojus, kad laikino skirtumo modelio panaudojimas, kad paaiškintume savo dizainą ir tolesnį jo aiškinimą (toliau), grindžiamas ankstesne sėkme apibūdinant smailių pokyčių pokyčius dopaminerginiuose neuronuose primatuose, kurie vykdo susijusias elgesio užduotis. Yra ir kitų patikimų skaičiavimo aprašymų, kurie taip pat gali pakakti.

REZULTATAI

Po nuskaitymo dalykai buvo klausiami dėl jų pirmenybės dviem dirgikliams. Aštuoniolika 25 tiriamųjų (72%) pasirinko sultis, o likusi dalis - vandenį. Dauguma dalykų turėjo išskirtinį pirmenybę vienai ar kitai, nors neprašėme jų kiekybiškai įvertinti. Nors skenavimo metu buvo didelis judesys, visi vertimai ir rotacijos aplink kiekvieną stimulą paprastai buvo nedideli ir nebuvo reikšmingai skirtingi tarp bet kokių sąlygų. Pavyzdžiui, vidutinis ± SD vertimas, susijęs su kiekvienu stimuliu, buvo 0.041 ± 0.069 mm prognozuojamoje būsenoje ir 0.044 ± 0.069 mm nenuspėjamoje būsenoje (suporuotas) t bandymas;p = 0.853).

Smegenų atsakas į pageidaujamą skystį parodė stebėtinai nedidelį diferencinį aktyvumą, palyginti su nepreferuotu skysčiu (lentelė1). Mes nepastebėjome jokio reikšmingo aktyvumo skirtumo klasikiniuose atlygio regionuose, tokiuose kaip branduolys accumbens, hipokampas ar medialinė prefrontalinė žievė. Pagrindinis pageidaujamo> nenustatyto aktyvumo pokytis įvyko somatosensorinėje žievėje srityje šalia burnos ir liežuvio srities (t = 4.19, MNI koordinatės, −60, -12, 16).

Peržiūrėkite šią lentelę:  

1 lentelė.  

Smegenų regionai, kuriuose matuojami reikšmingi matuojamo aktyvumo pokyčiai (p <0.001 nekoreguotas; sankaupos dydis> 10 vokselių, išskyrus atvejus, kai pažymėta)

Pagrindinis nuspėjamumo poveikis buvo gerokai didesnis už pagrindinį pirmenybės poveikį. 3). Nenuspėjamai veiklai, palyginti su nuspėjamu važiavimu, buvo pastebėta dvišalė aktyvacija dideliame medialinio orbitoforontinio žievės plote, kuris apėmė branduolį accumbens (lentelė 1). Papildomos aktyvacijos sritys apima didelį parietalinės žievės plotą dvišaliu ir paracentriniu ir mažu židinio aktyvavimu kairiajame thalamus ir dešiniojo smegenų branduolyje. Kadangi nė vienas iš šių regionų nesutampa su pagrindiniu pirmenybės poveikiu, jie buvo maksimaliai suaktyvinti nenuspėjamomis dirgikliais, nepriklausomai nuo pirmenybės. Dėl nuspėjamojo važiavimo, palyginti su nenuspėjamu bėgimu, buvo suaktyvintas dešiniojo viršutinio laiko girusas, taip pat židinio aktyvavimas kairiajame viduriniame gyrus ir dešiniajame šoniniame orbitofrontiniame žieve.

Pav. 3.  

Pagrindinis nuspėjamumo poveikis parodė, kad su regionais susiję atlyginimai turėjo didesnį BOLD atsaką į nenuspėjamus stimulus. A, Lėktuvai (0, 4, −4) rodo, kad dvišalis branduolys accumbens / ventralinis striatumas (ŠAT) ir dvišalė geresnė parietinė žievė buvo aktyvesnė nuspėjamoje būsenoje. BMažas regionas, esantis dešinėje viršutinėje laikinojoje giroje, buvo gana aktyvus prognozuojamų dirgiklių. Reikšmė buvo ribojamap <0.001 ir mastas> 10 gretimų vokselių.

Pasirinkimo ir nuspėjamumo sąveika nustatė sritis, kuriose vienas efektas kito, nepriklausomai nuo abiejų pagrindinių efektų. Dešinėje pusėje, dešinėje pusėje, kairėje pusėje, ir dešiniajame smegenyje buvo reikšminga kontrasto sąveika (pageidautina - nenaudojama) × (nuspėjama - nenuspėjama). Priešingas kontrastas (pageidaujamas - nepagrįstas) × (nenuspėjamas - nuspėjamas) neparodė jokio aktyvaus aktyvumo. p <0.001 lygis; tačiau mažas kraštas kairiajame viršutiniame laikinajame gyrus (MNI koordinatės, −48, −4, −16) buvo reikšmingas p <0.01 lygis (t = 3.15).

Kompiuterinis modeliavimas parodė, kad nenuspėjami atlygiai turėtų sukelti daugiau dopamino išsiskyrimo nei prognozuojamieji (Fig.2 B). Kai atlygis yra nuspėjamas, kiekvienas stimulas puikiai prognozuoja vėlesnį, o klaidos signalas, kuris, kaip manoma, tarpininkauja dopamino, palaipsniui mažėja. Kai apdovanojimai yra nenuspėjami, sistema neturi galimybių mokytis, o atsakas į kiekvieną stimulą yra didesnis.

DISKUSIJA

Mūsų rezultatai parodė įdomų smegenų atsako į nuspėjamumą ir subjektyvių pranešimų apie pirmenybę atskyrimą. Smegenų reakcija į pirmenybę buvo išskirtinai žievė, tačiau atsakas į nuspėjamumą parodė specifinį atlygio sistemų aktyvumą, kuris taip pat žinomas kaip vidutinio smegenų dopaminerginių neuronų tikslas. Jei manome, kad šių atlygio sričių aktyvavimas žmonėms yra malonus, tuomet ši išvada leidžia manyti, kad subjektyvi pirmenybės ataskaita gali būti atskirta nuo neuronų grandinių, žinomų kaip galingi sąlyginio elgesio veiksniai.

Ir vanduo, ir vaisių sultys sukėlė reikšmingą aktyvumą visose smegenyse, ir nors kai kurie iš šių atsakymų buvo susiję su motoriniais užduoties aspektais, specifiniai šių regionų pogrupiai buvo suskirstyti į pirmenybės ir nuspėjamumo matmenis. Pirmenybės poveikis buvo apribotas žievės regionuose, susijusiuose su sensoriniu apdorojimu, ir pirmenybė teikiama didesniam aktyvavimui šiuose regionuose. Šie regionai yra netoli jutiklio korpuso žievės, kuri, kaip žinoma, yra aktyvuota liežuvio judėjimo metu (Corfield ir kt., 1999) ir rijimas (Hamdy ir kt., 1999). Ankstesniame darbe, susijusiame su smegenų reakcija į liežuvio judėjimą, buvo smarkiai aktyvuota smegenų ląstelė. Diferencijuotas smegenų atsakas, ty pageidaujamas, nepanaudotas, pašalina bendrus aktyvinimo regionus; todėl, nesant aktyvaus smegenų aktyvumo, mažai tikėtina, kad diferencialiniai liežuvio judesiai sukeltų žievės aktyvacijos modelį subjektyviai. Tai, kad somatosensorinis regionas buvo koreliuojamas su nurodytu pirmeniu, rodo, kad abiem dirgikliams įvyko tam tikras diferencialinis neuronų apdorojimas. Stebina tai, kad tai pasireiškė pirminėje jutimo apdorojimo srityje, o ne klasikinėse atlyginimų srityse. Nors subjektai buvo priversti paskirti vieną cheminę medžiagą kaip kitą, abu skysčiai buvo pasirenkami, kad jie būtų malonūs, priešingai nei vienas. Kadangi abu skysčiai apskritai buvo malonūs, pirmenybės poveikis gali būti nepakankamas, kad būtų pasiektas didelis aktyvumo skirtumas atlygio regionuose. Tai atitiktų išvadas, kad vidutinio smegenų dopamino neuronai yra aktyvesni, o ne apčiuopiami stimulai (Mirenowicz ir Schultz, 1996). Nepaisant to, mūsų išvados rodo, kad subjektyvus pranašumas skiriasi nuo paprasto atlygio, o tai patvirtina ankstesnes hipotezes, kad „noras“ nėra toks pat, kaip „patinka“ (Robinson ir Berridge, 1993).

Skirtingai nuo pirmenybės poveikio, nenuspėjamumas kaip reikšmingas pagrindinis poveikis buvo susijęs su aktyvumu branduolio accumbens, talamoje ir medialiniame orbitofrontiniame žieve. kadangi nuspėjamumas daugiausia siejamas su veikla dešiniajame viršutiniame laiko gyrus. Ankstesni regionai glaudžiai atitinka žinomas dopamino projekcines vietas (Koob, 1992; Cooper ir kt., 1996). Buvo šiek tiek nustebinti, kad nenuspėjamumas, o ne pirmenybė, buvo susietas su veikla šiose atlygio srityse. Jei padidėjęs aktyvumas šiuose regionuose buvo siejamas su malonumu, galima daryti išvadą, kad nenuspėjami atlygiai buvo malonesni už nuspėjamus. Tačiau dauguma dalykų nepastebėjo jokio skirtumo tarp nuspėjamų ir nenuspėjamų sąlygų. Jei nenuspėjami atlygiai buvo malonesni nei nuspėjamieji, arba atvirkščiai, tai turi įvykti pasąmonės lygmenyje. Alternatyvus paaiškinimas reiškia, kad dopaminas išsiskiria padidintomis sumomis ir yra netikėtas atlygis (Montague ir kt., 1996; Schultz ir kt., 1997;Schultz, 1998). Dopaminas gali sumažinti nervų susijaudinimą (Cooper ir kt., 1996) ir taip pat gali tiesiogiai suspausti mikrovaskuliaciją (Krimer ir kt., 1998), bet padidėjęs akumbenso aktyvumas taip pat buvo susijęs su subjektyviu kokaino malonumu (Breiter ir kt., 1997). Šie rezultatai leidžia manyti, kad mūsų pastebėtas aktyvacijos padidėjimas su nenuspėjamumu gali būti susijęs su padidėjusiu dopamino išsiskyrimu dėl to, kad „accumbens“ projektuoja į VTA arba dėl to, kad ji gauna projekciją iš VTA, kurios abi atitiktų modelio rezultatus. Šį aiškinimą turėtų sušvelninti du svarbūs faktai: (1) mechanizmai, kurie susietų padidėjusį dopaminerginį perdavimą su BOLD signalo pokyčiais, yra nežinomi, ir (2) mes neturime nepriklausomo dopaminerginio perdavimo matavimo, tik BOLD atsako pokyčiai. Galimybė, kad mes stebime netiesioginius dopaminerginio aktyvumo pokyčius, yra įdomi, tačiau fMRI eksperimente negali būti aiškiai nustatyta. Tačiau tai atitinka ankstesnius teiginius, naudojant pozronų emisijos tomografiją, kad dopaminas yra išleidžiamas į ventralinę striatą pinigų skatinimo sąlygomis (Koepp et al., 1998). Kartu su didėjančiu nenuspėjamumo poveikiu, jis taip pat atitinka hipotezinį dopamino poveikį neuronų „padidėjimui“ (Cohen ir Servan-Schreiber, 1992), o galutinis rezultatas, kad kai kurie regionai padidės ir kiti sumažės.

Konkretūs regionai, aktyviai palyginti nenuspėjamumo, atitiko smegenų regionus, susijusius su apetitinėmis funkcijomis. Be branduolio accumbens, medialinė orbitofrontinė žievė parodė pagrindinį poveikį nenuspėjamumui. Šis regionas primatuose parodė, kad turi integruoti tiek naudingus, tiek neutralius skonio pojūčių aspektus, ir manoma, kad tai pirmiausia atspindi šių dirgiklių motyvacines vertes („Rolls“, „2000“). Šiame regione taip pat yra neuronų, kurie diskriminuoja santykinį pranašumą už atlygį (Tremblay ir Schultz, 1999). Orbitofrontalinę žievę paprastai sunku atvaizduoti su fMRI dėl jautrumo artefakto iš nosies sinusų (Ojemann ir kt., 1997). Tačiau regionas, kurį nustatėme, paprastai yra pranašesnis ir paprastesnis už įprastą artefaktų vietą. Šis regionas anksčiau buvo rastas reaguojant į malonius skonius (Francis ir kt., 1999). Antrasis regionas geriausiame parietiniame skiltyje tikriausiai nebuvo susijęs su atlygio už užduotį aspektais, o dėl dėmesio pokyčių. Šis regionas anksčiau buvo susijęs su visuospatišku dėmesiu, ypač per lūkesčius (Nobre ir kt., 1999). Kitas regionas, kairiajame laiko žieve, parodė ribinį reikšmingą moduliavimą nenuspėjamumu. Paskutiniuose fMRI eksperimentuose kairysis laikinasis skilimas buvo susijęs su sekos stimuliatorių nuspėjamumo apdorojimu (Bischoff-Grethe ir kt., 2000). Čia mes išplečiame šiuos ankstesnius rezultatus iš neutralių stimulų į malonius stimulus, o tai rodo, kad šis regionas gali atlikti bendrą nuspėjamumo stebėjimą nepriklausomai nuo stimulo valentės.

Smegenų regionai, kuriuos mes nustatėme reaguojant į nenuspėjamumą tiesioginiu ar moduliuojančiu būdu, buvo susiję su daugeliu eksperimentų su finansiniu atlygiu. Pinigai gali būti naudingi žmonėms, bet tai tik stiprėja, nes ji įgijo šias savybes per sudėtingą kondicionavimą. Panašiai kaip ir išvada, kad kokainas veikia skirtingus neuronus nei natūralūs stiprintuvai (Carelli ir kt., 2000), gali būti, kad kondicionuoti armai, pvz., pinigai, veikia skirtingoms nervų sistemoms nei natūralūs stiprikliai, tokie kaip maistas ir vanduo. Veikimas tiek ventralinėje, tiek vidurinėje smegenyse buvo koreliuojamas su absoliučiais finansinio atlygio lygiais (Thut ir kt., 1997;Delgado ir kt., 2000; Elliott ir kt., 2000; Knutson ir kt., 2000), mūsų rezultatuose ypač trūksta. Kaip jau buvo minėta, tiek sultys, tiek vanduo buvo maloniai malonūs, todėl absoliutus atlygis gali būti nevienodas, nors teorinį modelį mes turėjome šiek tiek skirtis. Be to, mes nenaudojome jokių aversiškų stimulų ar nieko, kas galėtų būti suprantama kaip neigiamas atlygis, kuris taip pat gali būti susijęs su šiuo skirtumu. Įdomu tai, kad regionai, kuriuos mes nustatėme kaip tiesiogiai paveikti ar sustiprinti nenuspėjamumu, atitiko anksčiau nustatytus regionus, kurie buvo jautrūs priklausomybei nuo finansinio atlygio (Rogers ir kt., 1999; Elliott ir kt., 2000). Visų pirma, tiek subgenualinis cingulatas, tiek medialinis talamus buvo koreliuojami su nenuspėjamumu mūsų tyrime, ir buvo nustatyta, kad jie priklauso nuo konteksto Elliott ir kt. (2000).

Kadangi nuspėjamumas prisitaikė prie pirmenybės poveikio, svarbu atskirti galimus prognozavimo šaltinius. Klasikinio kondicionavimo eksperimente neutralus stimulas prieš atlygį. Po treniruotės anksčiau neutralus stimulas tampa prognozuojamu arba sąlyginiu stimuliu. Kadangi yra palyginti nedaug duomenų apie burnos stimuliatorių naudojimą fMRI, mes pasirinkome supaprastinti eksperimentą ir kontroliuoti užduoties motorinius aspektus naudojant du skirtingus burnos stimulus, vandenį ir vaisių sultis. Taigi, mūsų eksperimento prognozavimo šaltinis būtinai kilo iš pačių stimulų sekos. Tam tikrais būdais tai yra paprastesnė, nei įvesti kitą stimuliavimo būdą, pavyzdžiui, vizualinį atspalvį, bet kadangi abu dirgikliai buvo naudingi, negalime daryti išvadų dėl kondicionavimo proceso. Tiek teorinis modelis (Schultz ir kt., 1997) ir neurofiziologiniai duomenys (\ tSchultz ir kt., 1992, 1993) rodo, kad atlyginimų prognozės apskaičiuojamos per intervalą prieš atlygį. Kadangi nežinome laiko, per kurį skaičiuojamos tokios prognozės, mes nusprendėme analizuoti eksperimentą kaip tik dvi sąlygas - nuspėjamą ir nenuspėjamą. Palaikydama psichologiškai pagrįstą intervalą tarp stimulų, 10 sek, nebuvo pakankamai laiko tarpstimulio apdorojimo skirtumams išspręsti. Manoma, kad toks apdorojimas vyksta, o tai galėtų būti išspręsta skirtingai suprojektuotu eksperimentu.

Apibendrinant galima teigti, kad aktyvumas žmogaus atlygio regionuose gali būti keičiamas pagal laiko prognozavimą, pvz., Vandens ir sulčių. Šie rezultatai suteikia svarbią paramą skaičiavimo modeliams, kurie teigia, jog atlyginimų prognozavimo klaidos gali paskatinti sinaptinį modifikavimą ir išplėsti šias išvadas iš nežmoginių primatų į žmones. Šio moduliavimo regioninis specifiškumas taip pat rodo, kad informacija, kurią atspindi santykinis stimulo srauto nuspėjamumas, gali būti neuronų valiutos forma, kurią galima aptikti su fMRI.

Išnašos

    • Įstojo į Lapkričio 11, 2000.
    • Gauta peržiūra Sausio 17, 2001.
    • Priimta Sausio 26, 2001.
  • Šį darbą palaikė Nacionalinis piktnaudžiavimo narkotikais institutas K08 DA00367 (GSB) ir RO1 DA11723 (PRM), Nacionalinis šizofrenijos ir depresijos tyrimų aljansas (GSB) ir Kane šeimos fondas (PRM). Dėkojame H. Mao, R. King ir M. Martin už pagalbą duomenų rinkimo srityje.

    Korespondenciją galima kreiptis į Gregory S. Berns, psichiatrijos ir elgsenos mokslų katedrą, Emory universiteto Medicinos mokyklą, 1639 Pierce Drive, Suite 4000, Atlanta, GA 30322, E-mail:[apsaugotas el. paštu], arba P. Skaityti Montague, Neurologijos skyrius, Baylor medicinos koledžas, 1 Baylor Plaza, Hiustonas, TX 77030, el.[apsaugotas el. paštu].

Straipsniai, kuriuose minimas šis straipsnis