- Neuroimage. 2007 oktober 15; 38 (1-9): 194 – 202.
- gjør jeg: 10.1016 / j.neuroimage.2007.06.038
PMCID: PMC2706325
Bianca C. Wittmann, Nico Bunzeck,b Raymond J. Dolan,a og Emrah Düzelb,c,⁎
Denne artikkelen har vært sitert av Andre artikler i PMC.
Abstrakt
Den dopaminerge mellomhinnen, som omfatter substantia nigra og det ventrale tegmentalområdet (SN / VTA), spiller en sentral rolle i belønningsprosessering. Denne regionen aktiveres også av nye stimuli, noe som øker muligheten for at nyhet og belønning har felles funksjonelle egenskaper. Det er foreløpig uklart om funksjonelle aspekter ved belønningsprosessering i SN / VTA, nemlig aktivering av uventede belønninger og ledetråder som forutsier belønning, også kjennetegner nyhetsbehandling. For å ta opp dette spørsmålet gjennomførte vi et fMRI-eksperiment der forsøkspersoner så på symbolsk signaler som spådde enten nye eller kjente bilder av scener med 75% validitet. Vi viser at SN / VTA ble aktivert av signaler som forutsi romanbilder, så vel som av uventede romanbilder som fulgte kjennskap-forutsigbare signaler, en "uventet nyhet" respons. Hippocampus, en region involvert i å oppdage og kode nye stimuli, viste en forventet nyhetsrespons, men skilte seg fra responsprofilen til SN / VTA når han responderte på utfallet til forventet og 'uventet' nyhet. I en atferdsutvidelse av eksperimentet økte erindringen relativt til kjent når man sammenligner forsinket gjenkjennelsesminne for forventet romanstimuli med uventet romanstimuli. Disse dataene viser fellestrekk i SN / VTA-svar for å foregripe belønning og forutse nye stimuli. Vi foreslår at denne forventningsfulle responsen koder et motiverende utforskende nyhetssignal som sammen med forventet aktivering av hippocampus fører til forbedret koding av nye hendelser. Generelt sett tyder dataene på at dopaminerg prosessering av nyhet kan være viktig for å drive utforskning av nye miljøer.
Introduksjon
Enkelt-nevronopptak hos dyr og nyere studier av funksjonell magnetisk resonansavbildning (fMRI) hos mennesker gir konvergerende bevis for at SN / VTA-mellomhjerneregionen er aktivert ikke bare ved belønning (Schultz, 1998) men også ved nye stimuli, selv i mangel av forsterkning (Schultz et al., 1997; Schott et al., 2004; Bunzeck og Duzel, 2006). SN / VTA-aktivering ved nyhet øker muligheten for at nyhet kan ha iboende givende egenskaper. I så fall bør kjennetegn ved belønningsbehandling, for eksempel den tidsmessige forskyvningen av responser ved kondisjonering, også gjelde for nyhetsbehandling. I antagelsesparadigmer belønner dopaminergiske nevroner prediksjon når beredskapen mellom en prediktiv stimulus og påfølgende belønningstilførsel har blitt lært. Spesielt svarer disse nevronene til den første pålitelige prediktoren for belønning, men ikke lenger på mottak av belønning (Ljungberg et al., 1992; Schultz et al., 1992, 1997; Schultz, 1998). Hvorvidt nyhetsbehandling i SN / VTA også viser disse belønningsrelaterte egenskapene er uklart.
Hippocampus er kritisk når det gjelder dannelse av episodiske langtidsminner for nye hendelser (Vargha-Khadem et al., 1997; Duzel et al., 2001) og antas å gi hovedinngangene for et nyhetssignal i SN / VTA (Lisman og Grace, 2005). Dopamin frigitt av SN / VTA-nevroner er på sin side kritisk for å stabilisere og opprettholde langvarig potensiering (LTP) og langvarig depresjon (LTD) i hippocampal region CA1 (Frey et al., 1990, 1991; Huang og Kandel, 1995; Sajikumar og Frey, 2004; Sitron og Manahan-Vaughan, 2006; for en anmeldelse se Jay, 2003). fMRI-data har vist at ledd SN / VTA og hippocampal aktivering er assosiert med vellykket langtidsminnedannelse (Schott et al., 2006) og belønningsrelatert forbedring i ny stimulansekoding (Wittmann et al., 2005; Adcock et al., 2006). I lys av slike konvergerende bevis, understreker nylige modeller av hippocampus-avhengig minnedannelse et funksjonelt forhold mellom nyhetsdeteksjon i hippocampus og forbedring av hippocampal plasticitet ved nyhetsindusert dopaminerg modulasjon som oppstår fra SN / VTA (Lisman og Grace, 2005). Derfor spørsmålet om SN / VTA aktiveres ved å forutse nyhet, går utover en konseptuell forståelse av forholdet mellom nyhet og belønning for å omfavne mekanismer for hippocampal plasticitet. Videre har det nylig blitt antydet at forståelse av forholdet mellom nyhet og belønningsprosessering i SN / VTA kan avdekke koblinger mellom motivasjon, nyhetssøkende atferd og utforsking (Bunzeck og Duzel, 2006; Knutson og Cooper, 2005).
Vi undersøkte forventningsfulle svar på nye og kjente stimuli i et fMRI-paradigme som ble modellert etter prosedyrer for belønningsforventning (Fig. 1). Fargede firkanter tjente som ledetråder som spådde påfølgende presentasjon av nye eller tidligere kjente bilder av scener. Forsøkspersonene ble bedt om å ivareta hver enkelt signal og deretter indikere så raskt og nøyaktig som mulig om det påfølgende bildet var kjent eller nytt. Ettersom fMRI-eksperimentet krevde et stort antall studier, gjennomførte vi også en rent atferdsversjon der forsøkstallene var mer optimale for å vurdere hvordan episodisk hukommelsesytelse ble påvirket av forventning om nyhet ved hjelp av et husk / kjenn-paradigme (Tulving, 1985).
Eksperimentelle prosedyrer
Fag
Femten friske voksne (gjennomsnittsalder [± SD] 24.5 ± 4.0 år, alle høyrehendte, 7 menn) deltok i eksperimentet. Alle deltakerne ga skriftlig informert samtykke til å delta, og studien var i samsvar med retningslinjene til etikkomiteen ved Universitetet i Magdeburg, Det medisinske fakultet.
Eksperimentelt paradigme
Vi brukte 245 landskapsfotografier i gråtoner med normalisert luminans. Deltakerne mottok skriftlige instruksjoner inkludert utskrifter av fem bilder som var valgt for å bli kjent. Før du gikk inn i skanneren, ble hvert av disse bildene presentert åtte ganger på en dataskjerm i randomisert rekkefølge (varighet: 1500 ms, ISI: 1200 ms) mens deltakerne ble bedt om å se nøye. I skanneren ble både anatomiske og funksjonelle bilder samlet. Deltakerne deltok i 12 økter med en varighet på 5.7 minutter, hver med 40 studier på 4.5–12 s. Under hvert forsøk så deltakerne en gul eller blå firkant (1500 ms) som med 75% nøyaktighet indikerte om det følgende bildet ville være kjent eller nytt (se Fig. 1A for oppgave og instruksjoner). Etter en variabel forsinkelse (0–4.5 s) ble et bilde fra den forutsagte kategorien vist i 75% av forsøkene, og et bilde fra den uforutsagte kategorien, roman etter en fortrolighetssignal og kjent etter en nyhetstegn, ble vist i 25 % av forsøkene (1500 ms). Begge kategoriene ble vist like ofte. Deltakerne indikerte med et raskt trykk på knappen (høyre eller venstre pekefinger eller langfinger) om bildet var fra den kjente kategorien eller ikke. En fikseringsfase med variabel varighet fulgte (1.5–4.5 s). Køfargene assosiert med hver bildekategori ble motvektet på tvers av deltakerne, i tillegg til den responderende hånden og tildelingen av fingrene til kategoriene.
fMRI prosedyrer
Vi anskaffet 226 ekko-plane bilder (EPI) per økt på en 3 T-skanner (Siemens Magnetom Trio, Erlangen, Tyskland) med en TR på 1.5 s og en TE på 30 ms. Bildene besto av 24 skiver langs midtbanens lengdeakse (64 × 64 matrise; synsfelt: 19.2 cm; voxelstørrelse: 3 × 3 × 3 mm) samlet i en sammenflettet sekvens. Dette delvolumet dekket hippocampus, amygdala, hjernestamme (inkludert diencephalon, mesencephalon, pons og medulla oblongata) og deler av prefrontal cortex. Skannerstøy ble redusert med ørepropper, og motivets hodebevegelser ble minimert med skumputer. Stimulanssekvens og timing ble optimalisert for effektivitet angående pålitelig separasjon av cue- og utfallsrelaterte hemodynamiske responser (Hinrichs et al., 2000). En inversjonsgjenvinnings-EPI-sekvens (IREPI) ble anskaffet for hvert individ for å forbedre normaliseringen. Skanningsparametere var de samme som for EPI-sekvensen, men med full hjernedekning.
Forbehandling og dataanalyse ble utført ved hjelp av statistisk parametrisk kartlegging programvare implementert i Matlab (SPM2; Wellcome Trust Center for Neuroimaging, Institute of Neurology, London, UK). EPI-bilder ble korrigert for skivetiming og bevegelse og deretter normalisert romlig til Montreal Neurological Institute-mal ved å vride motivets anatomiske IREPI til SPM-malen og bruke disse parametrene på de funksjonelle bildene, transformere dem til 2 x 2 × 2 mm størrelse voxels. De ble deretter glattet ut med en 4 mm Gauss-kjerne.
For statistisk analyse ble dataene skalert voxel-by-voxel på det globale middelverdien og høytpassfiltrert. Forsøksrelatert aktivitet for hvert individ ble vurdert ved å konvolvere en vektor av forsøksstart med en kanonisk hemodynamisk responsfunksjon og dens temporale derivater (Friston et al., 1998). En generell lineær modell (GLM) ble spesifisert for hver deltaker for å modellere effekter av interesse ved bruk av to begynnelser per prøve, en for start av signal og en for resultatutgang (kovariater var: nyhetskontakt, kjennskapskontakt, forventet / uventet nytt resultat, forventet / uventet kjent utfall) og seks kovariater uten interesse for å fange gjenværende bevegelsesrelaterte artefakter. Følgende kontraster ble analysert: roman vs. kjente signaler, roman vs. kjente utfall, uventede kontra forventede utfall, uventede kontra forventede romanutfall og uventede kontra forventede kjente utfall. Etter å ha laget statistiske parametriske kart for hver deltaker ved å anvende lineære kontraster til parameterestimatene, ble det foretatt en analyse av tilfeldige effekter på andre nivå for å vurdere gruppeeffekter. Gitt vår a priori-hypotese om aktivering av belønningen og hippocampal-systemene, ble effektene testet for betydning i en prøve t-tester på en terskel av p <0.005, ukorrigert, og en minimum klyngestørrelse på k = 5 vokser, med mindre annet er oppgitt. Sfærisk korreksjon med lite volum ble deretter utført sentrert på toppvokslene, ved bruk av diametre som tilsvarer størrelsen på strukturene [7.5 mm for aktivering i den fremre hippocampus (se Lupien et al., 2007) og 4.5 mm for aktivering i substantia nigra (se Geng et al., 2006)]. Betaverdier av toppvokser i substantia nigra og hippocampus ble ekstrahert og korrigert med verdien av HRF for generelt aktiveringsnivå i studien for å gi prosent av signalendring. Alle atferdsgjennomsnitt er gitt som middelverdier ± standardfeil av gjennomsnittet (SEM).
For å lokalisere mellomhjerneaktivitet ble aktiveringskart lagt over et gjennomsnittlig bilde av 33 romlig normaliserte magnetiseringsoverføringsbilder (MT) -bilder som ble anskaffet tidligere (Bunzeck og Duzel, 2006). På MT-bilder kan substantia nigra lett skilles fra omgivende strukturer (Eckert et al., 2004). For å hjelpe lokaliseringen av aktiveringer, ble toppstempene for hver kontrast overført til Talairach-rommet (Talairach og Tournoux, 1988) ved å bruke Matlab-funksjonen mni2tal.m (Matthew Brett, 1999) og tilpasset anatomiske områder ved bruk av programvaren Talairach Daemon Client (Lancaster et al., 2000; Versjon 1.1, Research Imaging Center, University of Texas Health Science Center i San Antonio). Alle stereotaksiske koordinater er derfor gitt på Talairach-rommet.
Separat minnevurdering
I en egen atferdsoppfølgingsstudie motivert av fMRI-funnene, fullførte 12-deltakere (2 hann) de samme prosedyrene for bekjentgjørelse og nyhetsforventning som implementert for fMRI-eksperimentet. Atferdseksperimentet ble separert fra fMRI-eksperimentet fordi varigheten og antallet stimuli i fMRI ble optimalisert for å forbedre signalkvaliteten, men for omfattende til at minneytelsen kan forbli over sjansen. For å lette memorering i atferdseksperimentet ble antallet forsøk som inneholder forventede romanbilder redusert til 120, antallet uventede romanbilder til 40. En dag etter studieøkten gjennomførte deltakerne en minnetest som inneholder alle 160 nye bilder fra studiefasen (nå 'gamle' bilder) og 80 nye distraksjonsbilder som deltakerne ikke hadde sett før (Fig. 1B). I denne delen av studien tok deltakerne to påfølgende beslutninger for hvert bilde, som begge ble cued av tekst som ble presentert under bildet. Den første avgjørelsen var å ta en "gammel / ny" dom, den andre avgjørelsen var "husk / vet / gjetning" (etter et "gammelt" svar), eller et "sikkert / gjetning" (etter et "nytt" svar) dømmekraft. Tidtakingen var i tempo, med en tidsbegrensning for avgjørelsene på henholdsvis 3 s og 2.5 s, etterfulgt av en 1 s fikseringsfase før presentasjon av neste bilde.
Resultater
Atferdsmessige resultater
For studiefasen viste en 2 × 2 × 2 ANOVA på deltakernes reaksjonstider på riktige studier med faktorbildekategorien (roman / kjent), forventning (forventet / uventet) og gruppe (skannet gruppe / minnegruppe) hovedeffekter av bildekategori og forventning og et samspill mellom gruppe- og bildekategorieffekt (se Tabell 1 for reaksjonstider; kategori effekt: F[1,25] = 31.57, p <0.001; forventningseffekt: F[1,25] = 8.47, p <0.01; interaksjonseffekt: F[1,25] = 5.49, p <0.05). Post hoc paret t-tester bekreftet at reaksjonstiden for både forventede kjente bilder og forventede romanbilder var betydelig kortere enn for de tilsvarende uventede bildene (p <0.01 og p <Henholdsvis 0.05). Reaksjonstiden for både forventede og uventede kjente bilder var betydelig kortere enn for de tilsvarende romanbildene (p <0.001 og p = 0.001, henholdsvis). Interaksjonseffekten var ikke resultatet av en signifikant kategorieffekt i bare en deltakergruppe, som t-tester som sammenlignet reaksjonstider med nye og kjente bilder var viktige for begge gruppene (p <0.05 for den skannede gruppen og p <0.001 for minnegruppen). Disse resultatene bekrefter at deltakerne var oppmerksomme på signalene og brukte dem for å oppnå en atferdsmessig fordel for diskriminering av nye og kjente bilder. Korrekt responsrate varierte ikke mellom kategoriene eller mellom gruppene (gjennomsnitt for forventede nye bilder: 95.1% ± 3.7%, for uventede nye bilder: 94.1 ± 3.6%, for forventede kjente bilder: 93.8% ± 3.9% og for uventede kjente bilder : 93.4% ± 3.5%).
Vi analyserte deretter resultatene fra hukommelsestesten som ble utført 1 dagen etter studiefasen i atferdsoppfølgingen. En toveis ANOVA med faktorene minne (korrigert huske / kjenne priser) og nyhetsforventning (forventet / uventet) viste en interaksjonseffekt (F[1,11] = 5.66, p <0.05). Post hoc paret t-test avdekket en signifikant høyere forskjell mellom korrigerte huske / kjenne-priser for forventede (8.9 ± 5%) enn uventede (0.9 ± 4%) nye bilder (p <0.05; for svarprosent se Tabell 2). Ytterligere post hoc sammenkoblet t-tester bekreftet at verken korrigert huskerate vs. korrigert kunnskapsrate eller forventet vs. uventet alene var signifikant forskjellig. Andelen gjetningsresponser var ikke forskjellige mellom kategoriene (11.1 ± 2.3% for forventet og 12.3 ± 2.4% for uventede bilder).
Vi analyserte også bidragene fra erindring og kjennskap under en uavhengighetsforutsetning på grunnlag av en allment akseptert modell (Yonelinas et al., 1996), i henhold til hvilken erindring representerer en hippocampus-avhengig terskelprosess mens kjenthet representerer en signaldeteksjonsprosess som kan støttes i fravær av en intakt hippocampus. Erindring ble estimert ved å trekke fra hastigheten for huske falske alarmer (RFA) fra huskefrekvensen. Kjennskap ble estimert ved først å beregne fortrolighetsresponser (FR, se ligning nedenfor) og deretter oppnå den tilsvarende d-prim-verdien.
For å kunne sammenligne estimater av erindring (RE), som er responsforhold i prosent, og kjenthetsestimater (FE), som er d'verdier, ble begge målene forvandlet til z-poeng før statistiske analyser. En toveis ANOVA med faktorminnet (erindringsestimat / kjenthetsestimat) og nyhetsforventning (forventet / uventet) bekreftet interaksjonseffekten oppnådd i ANOVA på svarprosentene (F[1,11] = 5.78, p <0.05).
fMRI resultater
Merknader som førte til forventning om nye bilder, i motsetning til forventning om kjente bilder, førte til betydelig høyere aktivitet i hjerneområder som danner det dopaminergiske systemet (venstre striatum; høyre midtre hjerne, mest sannsynlig SN; Fig. 2A, B; Tabell 3), områder som tidligere er assosiert med belønningsforventning (Knutson et al., 2001a, b; O'Doherty et al., 2002; for en anmeldelse se Knutson og Cooper, 2005). For utfallskontrasten aktiverte uventede kontra forventede romanutfall også riktig SN / VTA (Fig. 4A, B; Tabell 4). Dette aktiveringsmønsteret ligner et aktiveringsmønster sett i dopaminerg midtbakke med belønningsparadigmer der dopaminergiske nevroner rapporterer en prediksjonsfeil i belønning (Schultz et al., 1997). I motsetning til dette, viste ikke aktivitet som respons på kjente spor og uventede kontra forventede kjente bilder dette mønsteret. Dermed demonstrerer disse resultatene paralleller mellom behandlingen av nyhet og belønning i SN / VTA.
I hippocampus ble både nyhetsforventning og nye utfall assosiert med forbedret bilateral aktivitet sammenlignet med forventning og utfall av kjente stimuli (Fig. 2C, D og 3; Tabell 3). Den høyre hippocampus var også mer aktiv for uventede romanbilder enn for forventede romanbilder (Fig. 4C, D; Tabell 4). Videre viste venstre hippocampus (Talairach-koordinater: - 36, - 14, - 14) høyere aktivitet for presentasjon av alle uventede bilder i kontrast til alle forventede bilder, i samsvar med hippocampus-prosessering av kontekstuell nyhet (Ranganath og Rainer, 2003; Bunzeck og Duzel, 2006).
I køfasen var det en signifikant positiv sammenheng mellom riktig SN / VTA-aktivering og høyre hippocampusaktivitet som testet ved bruk av gjennomsnittlig prosent signalendring som respons på nyhetstegn i toppvokser av kontrast til 'nyhet vs. fortrolighetsforventning' over deltakere Pearson's r = 0.48, p <0.05 ensidig; Fig. 5). Dermed indikerer dataene våre en funksjonell interaksjon så vel som funksjonelle dissosiasjoner mellom SN / VTA og hippocampus i nyhetsprosessering.
Diskusjon
Atferdsmessig var signaturvaliditet assosiert med en signifikant effekt på fagpersons reaksjonstider under diskriminering av nye og kjente stimuli, og viste at signaler som forutsier nye eller kjente hendelser ble behandlet av fag. fMRI-analyse avslørte at signaler som forutsier nye bilder fremkalte signifikant høyere SN / VTA-aktivering enn signaler som forutsier kjente stimuli (Fig. 2A, B; Tabell 3). Dette SN / VTA-aktiveringsmønsteret som svar på nyhet ligner et mønster som finnes i belønningsparadigmer der en respons sees til den tidligste prediktoren for belønning (Knutson et al., 2001a; Wittmann et al., 2005). En annen egenskap av belønningsbehandling i SN / VTA, nemlig økt aktivitet for uventede sammenlignet med forventet belønning (Schultz, 1998), ble også parallellert av SN / VTA-svar på nyhet. SN / VTA-aktiveringen var sterkere som svar på uventet presentasjon sammenlignet med forventet presentasjon av nye artikler (Fig. 4A, B; Tabell 4). Legg merke til at det er usannsynlig at foregripende SN / VTA-aktivering reflekterte forurensning av det hemodynamiske signalet indusert av påfølgende nye stimuli, da det ikke var noen SN / VTA-aktivering ved forutsagt nye stimuli eller kjennskap til bevis, noe som viser effektiviteten av den jitterende protokollen.
Våre funn indikerer at likheten mellom nyhet og belønning går utover deres vanlige innflytelse på SN / VTA-hippocampal-kretsløp og hever muligheten for at nyheten i seg selv blir behandlet i likhet med en belønning. Dette er forenlig med en rekke observasjoner fra dyreforskning, inkludert data som viser redusert selvadministrering av amfetamin under utforskning av nye gjenstander (Klebaur et al., 2001), utvikling av stedspreferanse for miljøer som inneholder nye stimuli (Bevins og Bardo, 1999) og kondisjonering til nyhet (Reed et al., 1996). Imidlertid påvirker dette forholdet mellom nyhet og belønning ikke slutninger avledet fra tradisjonelle forsterkningsprotokoller, som fungerer effektivt med kjente stimuli. Dette taler til det faktum at det i mange situasjoner er klart fordelaktig for en agent å danne belønningssammenslutninger til velkjente ting. Ikke desto mindre gir våre data støtte for ideen om at egenspremieegenskaper ved nye stimuli kan ligge til grunn for utforskende atferd som vanligvis observeres i nye sammenhenger og gjenstander (Ennaceur og Delacour, 1988; Stansfield og Kirstein, 2006). En annen egenskap ved SN / VTA nevralkoding av belønningsutfall er adaptiv koding (Tobler et al., 2005), som er preget av et annet nivå av å svare på den samme forventede belønningsverdien avhengig av de alternative belønningene som er tilgjengelige i hver sammenheng. Belønninger av middels verdi fører til en høyere dopaminerg respons hvis de presenteres i sammenheng med belønninger med lav verdi enn i sammenheng med belønninger med høy verdi. Denne egenskapen til SN / VTA-belønningsprosessering er ennå ikke kopiert for nyhet hos mennesker. Det er faktisk bevis på at i motsetning til belønning, kan nyhet kanskje ikke kodes kodende i det menneskelige SN / VTA (Bunzeck og Duzel, 2006), noe som antyder funksjonelle forskjeller mellom nyhet og belønning som bærer videre undersøkelse.
Det stimulusrelaterte aktivitetsmønsteret under nyhetsprosessering i hippocampus skilte seg fra mønsteret som ble sett i SN / VTA. I motsetning til SN / VTA, viste hippocampus høyere aktivitet for forventet ny stimuli selv (Fig. 3). Dessuten ble hippocampus også mer aktivert av kontekstuell nyhet (Lisman og Grace, 2005) uavhengig av stimulusnyhet, tydelig i sitt svar på den uforutsette presentasjonen av kjente bilder. Dette bekrefter tidligere data (Bunzeck og Duzel, 2006), inkludert funn som indikerer en sensitivitet av denne strukturen for misforhold i innlærte sekvenser (Kumaran og Maguire, 2006). Aktiveringen av hippocampus ved nye stimuli per se er godt forenlig med den såkalte VTA-hippocampal loop-modellen, i henhold til hvilken hippocampal nyhetssignaler til SN / VTA resultatet av en intrahippocampal sammenligning av stimulusinformasjon med lagrede assosiasjoner (Lisman og Grace, 2005). Hippocampal aktivering som svar på nyhetsforutsigende signaler (Fig. 2C, D; Tabell 3) kan derimot ikke forklares med denne modellen. Vi foreslår at et dopaminerg prediksjonssignal induserer hippocampal aktivering via dopaminerg inngang til CA1 (Jay, 2003), en tolkning som er kompatibel med en signifikant korrelasjon mellom cue-relatert aktivitet i SN / VTA og hippocampus funnet i denne studien.
Tidligere resultater indikerer at flere hjerneområder utenfor det mesolimbiske systemet viser forskjellige forventningsresponser i belønningsparadigmer. Et nylig eksempel er demonstrasjonen av slike svar i primær visuell cortex V1 (Shuler og bjørn, 2006). Disse svarene antas å være drevet av dopaminerg modulasjon. En lignende mekanisme kan gjelde for behandling av nyhet. Uavhengig av om den dopaminerge mellomhinnen driver hippocampus eller omvendt, kan koaktivering av hippocampus og SN / VTA være assosiert med økt dopaminerg tilførsel til hippocampus under forventning. Dette kan i sin tur indusere en tilstand som forbedrer læring for kommende romanstimuli, en modell som er beregningsdyktig (Blumenfeld et al., 2006).
I tillegg til SN / VTA-hippocampal prosessering av forventning om nyhet, var det også andre hjerneregioner som viste aktivitet som respons på nyhetssignaler, spesielt områder i frontal cortex som tidligere var assosiert med nyhetsprosessering (Daffner et al., 2000; Tabell 3) og regioner i parahippocampal cortex (Duzel et al., 2003; Ranganath og Rainer, 2003). Ettersom hypotesene våre var fokusert på SN / VTA og hippocampal prosessering, ligger nærmere undersøkelse av disse resultatene utenfor omfanget av denne studien. Fremtidig utredning av det frontoparietale nyhetsnettverket og dets interaksjoner med SN / VTA og hippocampus vil bidra vesentlig til den økende forståelsen av nyhetsbehandling.
I tråd med ideen om at preaktivering av hippocampus under forventning forenkler læring, viser atferdsdataene våre at forventede romanbilder ga en høyere husk / kjenner responsforskjell enn uventede nye bilder da minnet ble testet 1 dagen senere. Et husk svar krever tilbakekalling av kontekst fra studieepisoden og reflekterer derfor episodisk minne i motsetning til det kjente, ikke-episodiske aspektet av gjenkjennelsesminnet (Tulving, 1985; Duzel et al., 2001; Yonelinas et al., 2002). Hippocampus har vært assosiert med vellykket episodisk hukommelsesdannelse i tidligere studier (f.eks Brewer et al., 1998; Wittmann et al., 2005; Daselaar et al., 2006), og det er vist at lesjoner i hippocampus først og fremst svekker husk-komponenten for gjenkjennelse (Duzel et al., 2001; Aggleton og Brown, 2006). Vi rapporterte nylig at hukommelse for belønning-forutsigende stimuli også var assosiert med et høyere husk / kjennelsesforhold sammenlignet med stimuli som spådde fraværet av belønning (Wittmann et al., 2005), og denne hukommelsesforbedringen var assosiert med økt SN / VTA og hippocampal aktivering som respons på belønning-forutsigende stimuli på tidspunktet for koding. Våre nåværende resultater utvider disse funnene til å inkorporere en SN / VTA-indusert forbedring av hippocampal plastisitet som er etablert av den tidligste prediktoren for nyhet. Interessant er at nyere elektrofysiologiske data fra hodebunnopptak fremhever en sammenheng mellom hjerneaktivitet kort tid før begynnelsen av en ny stimulus og episodisk minne for den stimulansen (Otten et al., 2006). Våre data antyder at forventning om nyhet kan være en mekanisme der prestimulusaktivitet kan modulere stimuluskoding. Våre funn utvider også nyere fMRI-data der forventet belønning og forventning om en emosjonell stimulans ble forbedret hukommelsen (Adcock et al., 2006; Mackiewicz et al., 2006).
Den funksjonelle og anatomiske overlappingen mellom belønning og ny prosessering i SN / VTA kan godt tjene til å styrke utforskende atferd, slik at dyr kan finne nye matkilder og kode deres beliggenhet, og dermed forbedre overlevelsen. En interessant mulighet for fremtidig forskning vil være å bestemme forholdet mellom nyhetsforventning og en nyhetssøkende personlighetstrekk. Hos mennesker er økt nyhetssøking assosiert med pengespill og avhengighet (Spinella, 2003; Hiroi og Agatsuma, 2005) øke muligheten for en avveining mellom gunstige effekter av å forutse nyhet i minnet og bivirkninger i forhold til avhengighet. En bedre forståelse av sammenhengen mellom forventning om nyhet, hukommelsesdannelse og nyhetssøking kan også informere forskning om de spesifikke hukommelsesunderskuddene som finnes i dopaminerg dysfunksjon som Parkinsons sykdom og schizofreni.
I enkeltcelle dyrestudier av belønningsprosessering har observasjonen av at SN / VTA responderer på belønningsprediksjon og uventet belønning inspirert til "tidsmessig forskjell" (TD) modeller for belønningsprosessering (Schultz, 1998, 2002). Det skal bemerkes at i vår studie var fMRI-aktiveringer for nyhetsforventning og uventet nyhet lokalisert i litt forskjellige deler i SN / VTA. Dette øker muligheten for at det også kan være regionale responsforskjeller mellom belønningsprediksjon og uventede belønningsresponser hos dyr, og at enkeltnevronsundersøkelser av nyhetsforventning og uventet nyhet også kan vise at tilsvarende nevronsvar er lokalisert i forskjellige deler av SN / VTA. Et forbehold her er det faktum at vi ikke kan utelukke muligheten for at i vår studie den samme nevronpopulasjonen som responderte på nyhetsprediksjon, også responderte på uventet nyhet.
Oppsummert indikerer fMRI-dataene våre at hippocampalformasjonen og SN / VTA tjener delvis forskjellige funksjoner i prediksjon og prosessering av nyhet. SN / VTA behandler forutsigbarhet og hippocampus den forventede og faktiske tilstedeværelsen av nyhet i en gitt kontekst. Sammen med atferdsdataene våre antyder funnene våre at koaktivering av SN / VTA og hippocampus til den tidligste prediktoren for nyhet i prestimulusfasen fører til en forbedret minnedannelse for den kommende nye stimulansen. Disse funnene viser bevis for en nær sammenheng mellom prosessering av belønning og stimulansnyhet og utvider nyere modeller for dopaminerg-hippokampal interaksjon. De understreker viktigheten av prestimulus-perioden for episodisk koding. Effekter av nyhet ved koding kan derfor avhenge av induksjon av en foregripende tilstand i det mediale tidsminnesystemet, formidlet av modulerende påvirkninger fra dopaminerge mellomhjerneområder. Imidlertid gir fMRI-data ikke direkte bevis for involvering av spesifikke nevrotransmitter-systemer. Til tross for dette er fMRI et verdifullt verktøy for å undersøke hendelsesrelatert aktivitet i SN / VTA hos mennesker. Integrering av molekylærgenetiske tilnærminger i nevroimaging (Schott et al., 2006) og farmakologisk fMRI kan bidra til å belyse rollen til nevromodulerende transmisjonssystemer i human nyhetsprosessering og forholdet mellom SN / VTA-responser og dopaminerge nevrotransmisjon.
Erkjennelsene
Dette arbeidet ble støttet av tilskudd fra Deutsche Forschungsgemeinschaft (KFO [Cognitive Control of Memory, TP3]). Vi takker Michael Scholz for bistand med fMRI-design, Kolja Schiltz for bistand med fMRI-analyse og Kerstin Möhring, Ilona Wiedenhöft og Claus Tempelmann for bistand med fMRI-skanning.
Referanser