Trumpalaikės ir ilgalaikės naujovės, deviancijos ir nustebimo pasekmės smegenims ir pažinimui (2015)

Neurologijos ir biologinės elgsenos apžvalgos

Galima rasti internete 11 May 2015

Pabrėžia

  • Stimuliuojantis naujumas pagerina suvokimą ir palengvina atsakymus.
  • Erdvinis naujumas didina motyvaciją ir skatina mokymąsi bei atmintį.
  • Poveikis suvokimui gali būti susijęs su limbinėmis sritimis.
  • Poveikis atsakams yra trumpalaikis ir gali būti susijęs su LC-NE atsakais.
  • Poveikis mokymuisi yra ilgalaikis ir yra susijęs su SN/VTA atsakais.

Abstraktus

Kai žmogus susiduria su nauju dirgikliu, tai sukelia smegenų reakcijų kaskadą, suaktyvindama keletą neuromoduliacinių sistemų. Dėl to naujumas turi platų poveikį pažinimui; gerinant suvokimą ir veiksmus, didinant motyvaciją, skatinant tiriamąjį elgesį ir skatinant mokymąsi. Čia apžvelgiame šiuos privalumus ir tai, kaip jie gali atsirasti smegenyse. Mes siūlome sistemą, kuri suskirsto naujumo poveikį smegenims ir pažinimui į tris grupes.

Pirma, naujumas gali laikinai sustiprinti suvokimą. Siūloma, kad šį poveikį tarpininkautų nauji dirgikliai, aktyvuojantys migdolinį kūną ir sustiprinantys ankstyvą jutimo apdorojimą.

Antra, nauji dirgikliai gali padidinti susijaudinimą, todėl per pirmuosius šimtus milisekundžių po pateikimo gali atsirasti trumpalaikis poveikis. Mes teigiame, kad šie poveikiai yra susiję su nukrypimu, o ne su naujumu per se, ir sieja juos su locus-coeruleus norepinefrino sistemos aktyvavimu.

Trečia, erdvinė naujovė gali suaktyvinti dopaminerginę mezolimbinę sistemą, skatinančią dopamino išsiskyrimą hipokampe, o tai turi ilgalaikį, iki dešimčių minučių, poveikį motyvacijai, atlygio apdorojimui, mokymuisi ir atminčiai.

 

IŠTRAUKOS IŠ STUDIJŲ

Taigi domėjimasis nauju gali būti naudingas, be to, jo gali prireikti norint aptikti galimas grėsmes ir išvengti žalos. Siekdamos optimaliai pritaikyti elgesį prie esamos situacijos, smegenys turi rasti kompromisą tarp gerai žinomų atlygio šaltinių išnaudojimo ir, kita vertus, naujų objektų ir situacijų, kurios gali reikšti pelningesnius rezultatus, tyrinėjimą. nežinomas grėsmės šaltinis.

Skaičiavimo sustiprinimo mokymosi teorijos teigia, kad naujumas gali skatinti tiriamojo elgesio naujumą, nes sukels „tyrinėjimo priedą“ (arba naujumo priedą), skatina tyrinėjantį elgesį ieškant atlygio (Düzel ir kt., 2010; Kakade ir Dayan, 2002). Knutsonas ir Cooperis, 2006). Ši idėja buvo išplėtota teorijoje: Dopamino arba NOMAD su naujovėmis susijusi laukimo ir tyrinėjimo motyvacija (Düzel ir kt., 2010). NOMAD teigia, kad suvokus naują stimulą atsiranda tiek laiko specifiniai faziniai DA pliūpsniai, kurie didėja. plastiškumas tiek pačiam naujam dirgikliui, tiek po jo sekančių dirgiklių saugojimui ir tonizuojančių DA lygių padidėjimui. Be to, vien naujovės numatymas jau padidintų tonizuojantį DA lygį. Šis tonizuojančiosios veiklos padidėjimas savo ruožtu sustiprintų atlygio numatymą ir skatintų tyrinėjantį elgesį.

Empiriniai šios teorijos įrodymai parodė, kad nauji dirgikliai ir naujų dirgiklių numatymas iš tiesų gali suaktyvinti dopaminerginę atlygio sistemą, sustiprinti atlygio prognozavimo atsakus (Bunzeck ir kt., 2012; Wittmann ir kt., 2007) ir užtikrinti, kad naujos galimybės atsirastų. yra vertinamos ir galimos rizikos vertinamos tol, kol paaiškėja rezultatas (Krebs ir kt., 2009). Be to, nov-elty padidina fazinį DA išsiskyrimą striatumoje, kad būtų atlyginta (Bunzecket al., 2007; Guitart-Masip ir kt., 2010; Krebs ir kt., 2011; Lismanand Grace, 2005). Be to, buvo nustatyta, kad VTA aktyvumas, kurį sukelia atlygio numatymas, koreliuoja su geresne epizodine atmintimi, o tai rodo, kad DA išleidimas iš tikrųjų gali pagerinti atmintį (Murty ir Adcock, 2014). Kita vertus, atlygis gali paspartinti naujovių apdorojimą (Bunzeck ir kt., 2009), procesą, kurį, kaip manoma, kontroliuoja DA, kuris taip pat moduliuoja atminties gavimo našumą (Apitz ir Bunzeck, 2013; Eckart ir Bunzeck, 2013; peržiūrai). apie dopamino ir atminties ryšį žr. Shohamy ir Adcock, 2010). Tačiau ryšys tarp naujumo ir mokymosi buvo siejamas ir su kitomis neuromoduliacinėmis sistemomis.

Tačiau ryšys tarp naujumo ir mokymosi taip pat buvo siejamas su kitomis neuromoduliacinėmis sistemomis. Visų pirma, NE taip pat buvo susijęs su naujovių sukelta mokymosi nauda, ​​ypač nežmoniniams gyvūnams (Straube ir kt., 2003b; Sara, 2009; Harley, 2007; Madison ir Nicoll, 1986). NE padidina neuronų jaudrumą krumplyne ir skatina ilgalaikį potenciją (LTP; Kitchigina ir kt., 1997; Kemp ir Manahan-Vaughn, 2008; Klukowski ir Harley, 1994), mechanizmą, kuris, kaip manoma, yra prisiminimų formavimosi pagrindas. (Cooke and Bliss, 2006).

Buvo pasiūlyta keletas neuromoduliacinių sistemų, kurios pagrindžia naujumo poveikį mokymuisi, pavyzdžiui, dopaminerginiai įėjimai (Lemon ir Manahan-Vaughan, 2006; Li ir kt., 2003; Lisman ir Grace, 2005; Roggenhofer ir kt., 2010; Sajikumar ir Frey, 2004), noradrenerginiai įėjimai (Kitchigina ir kt., 1997; Straube ir kt., 2003a; Uzakov ir kt., 2005; Vankov ir kt., 1995) per beta adrenoreceptorius (Kemp ir Manahan-Vaughan, 2008). ir cholinerginiai įėjimai (Barry ir kt., 2012; Bergado ir kt., 2007; Hasselmo, 1999; Meeter ir kt., 2004). Taip pat buvo pasiūlyta, kad dopaminerginės ir noradrenerginės sistemos tarpininkauja šiems poveikiams kartu, veikdamos per jų abipusius ryšius (Briand ir kt., 2007; Harley, 2004; Sara, 2009). Yra žinoma, kad visi trys neurotransmiteriai išsiskiria reaguojant į naujus dirgiklius ir yra susiję su smegenų plastiškumu.

Kita priežastis manyti, kad NE ar ACh yra labai svarbūs naujovės poveikiui atminčiai, yra laiko skalė, per kurią poveikis pasireiškia. Teigiama, kad ACh išsiskyrimo poveikis pasiekia aukščiausią lygį praėjus maždaug dviem sekundėms po išsiskyrimo (Hasselmo ir Fehlau, 2001), o NE išsiskyrimo poveikis gali veikti trumpiau.

Iš tiesų, buvo teigiama, kad naujos aplinkos poveikis vienai LTP indukcijai priklauso nuo dopaminerginių D1/D5 receptorių aktyvavimo (Li ir kt., 2003).

Toks ilgalaikis naujumo poveikis labiausiai atitinka idėją, kad DA moduliuoja naujovės sukeltą naudą atminčiai, kaip, be kita ko, pasiūlė Lisman ir Grace (2005). Taip pat sukaupta kitų įrodymų apie svarbų DA vaidmenį didinant hipokampo plastiškumą (Jay, 2003; Lemon ir Manahan-Vaughan, 2006; Li ir kt., 2003; Lisman ir Grace, 2005; Roggenhofer ir kt., 2010; Sadžikumaras ir Frey, 2004). Kartu šios išvados rodo, kad tuo pačiu mechanizmu grindžiama ir naujovės mokymuisi, ir tyrinėjimo priemoka (Düzel ir kt., 2010; Blumenfeld ir kt., 2006; Lisman ir Grace, 2005).

Sistema, skirta organizuoti naujumo poveikį smegenims ir elgesiui

Apibendrinant galima pasakyti, kad naujovė sukelia stiprius atsakymus įvairiose smegenų srityse ir stimuliuoja keletą neuromoduliacinių sistemų, veikiančių daugelį pažinimo aspektų. Čia mes teigėme, kad neurofiziologiniai atsakai į naujumą pasireiškia skirtingais laiko masteliais ir kad tai gali paaiškinti naujumo poveikio skirtingiems pažinimo procesams laiko skirtumus. Čia apžvelgtas tyrimas rodo, kad šiuos efektus galima suskirstyti į bent tris kategorijas. Pirmieji du susideda iš efektų, kurie atsiranda staiga po to, kai susiduriama su nauju stimulu. Trečiasis turi ilgalaikį poveikį.

Pirma, migdolinis kūnas, dažniausiai žinomas dėl savo vaidmens apdorojant emocijas, taip pat stipriai reaguoja į naujumą. (Zald, 2003; Blackford ir kt., 2010). Manoma, kad emociniai dirgikliai sustiprina vizualinį suvokimą, sukeldami dėmesio reakciją, aktyvindami migdolinį kūną ir jos ryšius su ankstyvomis regos žievės sritimis (Vuilleumier, 2005). Kadangi nauji dirgikliai gali patikimai suaktyvinti tas pačias smegenų grandines kaip ir emociniai dirgikliai, naujovė gali sustiprinti suvokimo procesus tais pačiais būdais. Jausmų poveikis regimajam suvokimui yra labai greitas; Nors tikslus šių poveikių laikas dar nežinomas, paprastai pranešama, kad pagerėjimas įvyksta per pirmuosius kelis šimtus milisekundžių po emocinio stimulo pateikimo (Sellinger ir kt., 2013). Įrodyta, kad nauji dirgikliai turi panašų pagerinantį poveikį suvokimui (Schomaker ir Meeter, 2012). Nors daug kas lieka neaišku, mes teigėme, kad dėmesio orientavimas į naujus dirgiklius gali atsirasti dėl migdolinio aktyvumo, turinčio įtakos ankstyviems jutimo apdorojimo regionams smegenyse.

Antra, nauji dirgikliai gali suaktyvinti LC (smegenų kamieno sritį, kuri yra išskirtinis NE tiekėjas priekinėse smegenyse), todėl fazinis NE išsiskyrimas pasiekia piką maždaug 200 ms po stimulo pateikimo. (Aston-Jones ir Cohen, 2005b; Mongeau ir kt., 1997). Ši LC-NE sistema buvo susijusi su susijaudinimu, bet taip pat gali pasirinkti elgseną labiau. Adaptyviojo stiprinimo teorija (Aston-Jonesand Cohen (2005a)) teigia, kad fazinis NE išlaisvinimas iš LC veikia kaip laikinas filtras, palengvinantis su užduotimi susijusią elgseną, skatinant sprendimų priėmimo procesus ir slopinant nesusijusią su tiksline smegenų veiklą. Gali palengvinti užduoties atlikimą naudojant šį mechanizmą. Naujausi tyrimai parodė, kad naujas stimuliatorius iš tiesų palengvina atsaką, tačiau poveikis labai priklauso nuo kitų veiksnių. irMeeter, 2014a). Tas pats pasakytina ir apie naują P3 ERP komponentą (Schomaker ir kt., 2014c), o tai rodo galimą bendrą mechanizmą.

Trečia, mezolimbinę dopaminerginę sistemą gali suaktyvinti naujovė. Skirtingai nuo trumpalaikio LC-NE atsako, naujovės sukeltos dopaminerginės reakcijos gali būti veiksmingos praėjus kelioms minutėms. (Li ir kt., 2003). Manoma, kad po naujumo aptikimo DA išsiskyrimą iš SN/VTA sukelia naujovės signalas iš hipokampo (Lisman ir Grace, 2005). Įrodyta, kad elgsenos požiūriu ypač erdvinis naujumas pagerina gyvūnų atmintį (Davis ir kt., 2004; McGaugh, 2005; Uzakov ir kt., 2005; Straube ir kt., 2003b) ir žmonių (Fenker ir kt. , 2008; Schomaker ir kt., 2014b)