Oppdagelsen av nyhet er avhengig av dopaminerg signalisering: Bevis fra Apomorfins innvirkning på nyheten N2 (2013)

PLOS One. 2013; 8 (6): e66469.

Publisert på nettet 2013 Jun 20. gjør jeg:  10.1371 / journal.pone.0066469

Mauricio Rangel-Gomez,1,* Clayton Hickey,1 Therese van Amelsvoort,2 Pierre Bet,3 og Martijn Meeter1

Stefano L. Sensi, redaktør

Denne artikkelen har vært sitert av Andre artikler i PMC.

Gå til:

Abstrakt

Til tross for mye forskning er det uklart om dopamin er direkte involvert i nyhetsdeteksjon eller spiller en rolle i orkestrering av den etterfølgende kognitive responsen. Denne tvetydigheten stammer delvis fra en avhengighet av eksperimentelle design hvor nyhet er manipulert og dopaminerg aktivitet blir senere observert. Her vedtar vi den alternative tilnærmingen: Vi manipulerer dopaminaktivitet ved hjelp av apomorfin (D1 / D2 agonist) og måler endringen i nevrologiske indekser for nyhetsbehandling. I separate stoff- og placebo-sesjoner fullførte deltakerne en von Restorff-oppgave. Apomorfin økte hastigheten og forsterket den nyhetsfremkalte N2, en eventrelatert potensiell (ERP) komponent, menes å indeksere tidlige aspekter ved nyhetsdeteksjon, og forårsaket at nye skrifttypes ord blir bedre tilbakekalt. Apomorfin reduserte også amplituden til nyheten-P3a. En økning i D1 / D2-reseptoraktivering synes således å forsterke nevral sensitivitet til nye stimuli, noe som fører til at dette innholdet blir bedre kodet.

Introduksjon

Evnen til å reagere nøyaktig og raskt på nye stimuli er avhengig av en kaskade av nevrologiske mekanismer som ligger til grunn for oppfatning, oppmerksomhet, læring og minne [1]. Selv om stimulus nyhet har fått mye studier, er det fortsatt ikke sikkert hvordan nyhetsdeteksjon oppstår, hvilke strukturer er involvert, og hvilke neurotransmittersystemer som inngår.

Event-relaterte potensielle (ERP) markører er ideell for å forstå de neuromodulerende mekanismene for nyhetsbehandling. Nye stimulanser fremkaller vanligvis to ERP-komponenter i rekkefølge: den fremre nyheten N2 (N2b i Pritchard og kolleger [2] deling av N2), og P3, knyttet til tildeling av oppmerksomhet til den nye stimulansen [3], [4]. N2 ser vanligvis ut til å gjenspeile behandling involvert i automatisk deteksjon og anerkjennelse av nye stimuli [5], [6], og komponenten blir sterkt redusert etter en enkelt gjentagelse av en ny stimulus [7]. Den har blitt dekomponert i tre delkomponenter: N2a, N2b og N2c [2]. Disse tilsvarer mismatch negativiteten (N2a), den fremre N2 eller nyheten N2 (N2b) og posterior N2 (N2c; [8]). N2a / mismatch negativitet har en fronto-sentral maksimal fordeling og antas å reflektere en automatisk nevrale respons på en auditiv outlier [9], [10], mens N2b ofte går foran P3a-komponenten og blir ofte fremkalt i den visuelle oddball-oppgaven [11], [12]. Den sistnevnte komponenten anses semiautomatisk, ved at den fremkalles av oddball stimuli uavhengig av relevans for oppgaven [5], [6]. N2c, som ofte går foran P3b-komponenten, er knyttet til klassifikasjonsoppgaver [13].

P3-komponenten har også blitt delt i to delkomponenter: den sentrale P3a-fronten (eller nyheten P3) og den sentroparietale P3b. P3a har vært assosiert med evalueringen av nye stimuli for påfølgende adferdsvirkning og er postulert til å være en markør for en bevisst overvåkingsmekanisme [14] og muligens en indeks av distraherbarhet [15]. P3b er heller å indeksere prosesser relatert til anerkjennelse av stimulans betydning og betydning [4], [7]. I samsvar med dette er P3b forbedret for stimuli som er relatert til senere beslutninger eller svar [16].

Flere farmakologiske studier har benyttet N2 og P3 for å utforske molekylære grunnlaget for nyhetsdeteksjon, hovedsakelig med stoffer som påvirker et bredt spekter av nevrotransmittere. Soltani og Knight [17], i en omfattende litteraturgjennomgang, antyder at amplituden til oddball-fremkalt P3 er avhengig av operasjonen av flere monoaminer, spesielt dopamin og norepinefrin. I overensstemmelse med dette, Gabbay og kolleger [18] fant at d-amfetamin, en ikke-selektiv dopamin og norepinefrinagonist, endrer P3a, N100 og reorienterer negativitet (RON) reaktivitet til nye stimuli. Deltakere med preferanse for d-amfetamin presenterte større P3a amplitude, redusert amplitud N100 og redusert amplitude RON etter d-amfetamin, sammenlignet med deltakere uten preferanse for stoffet.

Mer spesifikke farmakologiske inngrep har blitt brukt i forskning med dyr eller i studier hvor pasienter testes under forhold på og av medisiner. I skizofreni, som er forbundet med dysfunksjoner i dopaminsystemet, reduseres mismatch negativiteten (MMN) når pasienter får nevrologisk behandling som blokkerer dopaminerge veier [19]. I en studie med pasienter med Parkinsons sykdom (PD) endret ikke administreringen av L-Dopa eller dopaminerge agonister nyhetens preferanser, som vurderes av en trearmet banditoppgave. Imidlertid er dette funnet vanskelig å tolke på grunn av komorbiditet i prøven, som inkluderte pasienter med impulsiv kompulsiv atferd [20].

Andre studier har brukt en korrelasjonssammenheng, der aktivering i visse regioner og nevrotransmittergenpolymorfismer har vært assosiert med indekser av nyhetsbehandling. Funksjonell magnetisk resonansbilding (fMRI) -data viser nyhetstiltaket aktivitet i dopaminrike mesolimbiske områder som substantia nigra og ventral tegmentalområdet [21]. Polymorfier av gener relatert til dopamintilgjengelighet (COMT) og tetthet av D2-reseptorer (ANKK1) har blitt funnet å modulere behandlingen av nyhet, slik at høyere P3a amplitude er relatert til balansen mellom disse to variablene [22]. Gener som koder for dopaminerge transporters (DAT1) har også blitt underforstått i påvisning av oppgave nyhet [23]. Disse studiene antyder at høyere dopaminerg tilgjengelighet øker gjenkjenningen og videre behandling av nye stimuli. I tillegg reduseres P3a amplitude når dopaminnivåene er lave, som vist ved studier med Parkinsons sykdomspasienter [24], [25].

Men i en nylig gjennomgang Kenemans og Kähkönen [26] antyder at effekten av dopaminmanipulering på nyhetsrelaterte komponenter, som MMN og P3, er svak, og at hovedvirkningen av dopamin er snarere på subkortisk behandling relatert til konfliktovervåking. Disse forfatterne antyder også at effekten av dopamin er reseptoravhengig, og at agonisme av D1 / D2-reseptorene er implisert i hastigheten av perceptuelle prosesser.

Selv om bevisene som er diskutert ovenfor, antyder en funksjon for dopamin i nyhetsbehandling, er den nøyaktige naturen til denne rollen uklart. Det kan være at dopamin virker for å skape neurale følsomhet til nye stimuli, og spiller dermed en kritisk rolle i nyhetsdeteksjon [27]. Alternativt kan nyhetsinducert aktivitet i dopaminerge hjerneområder reflektere en påfølgende reaksjon til nye stimuli, indeksering av kognitiv respons på miljøhendelser som trolig vil være adferdsrelevant [28].

I den foreliggende studien manipulerte vi dopaminsystemet ved administrering av D1 / D2 agonisten apomorfin og målte nyhet-relaterte ERP-komponenter. Denne tilnærmingen gjør at vi kan disentangle rollen som dopamin i nyhetsbehandling [29], [30]. Deltakere fullførte to eksperimentelle økter, en etter administrasjon av apomorfin og en etter administrering av en salin-placebo. For å bestemme D1 / D2-reseptorens engasjement i nyhetsbehandling hadde deltakerne fullført en von Restorff-oppgave i hver økt mens elektroencefalogram ble registrert. I denne oppgaven studerer deltakerne en liste med ord, hvorav noen skiller seg ut på grunn av unikt skrift og farge. Disse blir senere bedre husket [31] på grunn av deres relative nyhet [32].

Eksisterende ERP-studier av nyhetsbehandling har en tendens til å benytte 'oddball' paradigmer i stedet for von Restorff-oppgaven. I standard oddball-oppgave blir den fysiologiske responsen på sjeldne ikke-standard stimuli vurdert. Denne oppgaven krever at deltakerne reagerer på et bestemt mål som presenteres i en sekvens av stimuli som også inneholder sjeldne, oppgave-irrelevante nye stimuli. Vi brukte den mindre vanlige von Restorff-oppgaven av to grunner. For det første gir den en atferdsindeks for nyhetsbehandling, nemlig tilbakekallingsrater for nye stimuli. For det andre utgjør nyhetsinduserte endringer i tilbakekalling et mål på nyhetens innvirkning på minne og læring. Som nevnt ovenfor ble den nåværende studien motivert av ideen om at dopamin kan påvirke læring gjennom sin rolle i deteksjon av nyheter, og vår grunnleggende interesse er i hvordan nyhet kommer til å påvirke læring og minne. Vi valgte derfor å bruke en oppgave som gir perspektiv på hvordan nyheten påvirker disse påfølgende kognitive prosessene (se også [33], [34].).

Hvis dopamin D1 / D2-reseptor aktivering øker sensitiviteten til hjernen til nyhet, var vår forventning at stimuleringen av dopaminreseptorer forårsaket av apomorfin ville skape en større nyhet N2 til nye skrifttypes ord. Hvis dopamin er ganske involvert i den etterfølgende kognitive reaksjonen, bør dette gjenspeiles i senere komponenter som P3a, men N2 bør ikke påvirkes.

Resultater

Behavioral Data

Figur 1 presenterer tilbakekallingsnøyaktighet som en funksjon av skrifttype-nyhet (roman / standard) og stofftilstand (apomorfin / placebo). Gjennomsnittlig nøyaktighet på tvers av stoffforhold for nye ord var 30.2% og for standardord 27.3%. Statistisk analyse tok form av en gjentatt måleanalyse av varians (RM ANOVA) med faktorer for nyhet og narkotikabetingelse. Dette viste ingen hovedvirkning av stofftilstanden (F1,25 = 2.27, p = 0.143), ingen hovedeffekt av nyhet (F1,25 = 2.02, P = 0.174), men kritisk sett en interaksjon mellom faktorene (F1,25  = 4.32, p = 0.048). Oppfølgingskontraster viste at ytelse for nye fontord var bedre enn for standard fontord i apomorfin-tilstand (t25 = 2.61, p = 0.015), men at det ikke var noen tilbakekallingsforskjell mellom ny skrift og standardord i placebo-tilstanden (t25 = 0.12, P = 0.913). Merk at statistiske verdier for disse planlagte kontrastene gjenspeiler rå, ukorrigerte verdier.

Figur 1 

Behavioral data. Nøyaktighet (%) presenteres i y-aksen, og stavene er plottet for roman og standard stimuli, både under apomorfin og placebo.

ERP-data

Som standard skrifttype uttrykte ikke en klar N2 (se høyre panel av Figur 2) identifiserte vi N2-komponenten basert på responsen til nye skrifttypestimuli (se venstre panel av Figur 2). Konsistent med eksisterende litteratur [6], N2 var maksimal ved fronto-sentrale elektrodesider omtrent tilsvarende Fz og FCz i 10-10-elektrodenavnekonvensjonen. Tomtene presenteres i Figur 2 reflektere potensialene som er registrert ved midtlinjelektroder omtrent like som elektrodene Fz og Cz i 10-10-elektrodensystemet.

Figur 2 

ERPs fremkalt av roman og standard stimuli etter administrering av apomorfin og placebo ved elektroder Fz og Cz.

Som illustrert i øverste venstre panel av Figur 2, var N2 observert i apomorfin tilstanden både tidligere og større når den ble fremkalt av nye skriftord. N2 overlapper med en samtidig positiv komponent, P2, som selv tinder seg rundt 180 ms. Den topografiske fordeling og de observerte latensforskjellene mellom stoff og placebo-forhold peker imidlertid på en bestemt modulering av N2.

Vi begynte statistisk analyse ved å teste påliteligheten til N2 latency shift. Dette ble oppnådd ved bruk av en jackknifed bootstrap-prosedyre hvor N2 startetid ble definert som øyeblikket da denne komponenten nådde 50% av sin maksimale amplitude (se [35].) Denne analysen viste at N2 utbruddet er tidligere i apomorfin tilstanden (166 ms) enn i placebo tilstanden (176 ms; t25 = 2.19, p = 0.041).

Gitt dette mønsteret er vår analyse av N2 amplitude basert på forskjellige latensintervaller for apomorfin- og placeboforholdene. For hver tilstand, beregnet vi gjennomsnittlig amplitude observert over et 20 ms intervall sentrert på toppen av N2 [36]. Således ble N2 for apomorfintilstanden definert som gjennomsnittlig amplitude mellom 156 og 176 ms, og for placebo-tilstanden mellom 166 og 186 ms. Resultatene viste en pålitelig større N2 som respons på roman font stimuli i apomorfinen enn i placebo tilstanden (t25 = 2.88, p = 0.008). Se Tabell 1.

Tabell 1 

Beskrivelse av et kontrolleksperiment, designet for å teste effekten av størrelse på uttrykket av ERP-komponentene som presenteres i dette dokumentet.

Vi observerte ingen medikament-induserte forskjeller i amplitude av P3a (~250-350 ms. Post-stimulus). I motsetning til dette, vises P3b fremkalt av nye skriftord mindre i apomorfintilstanden (øverste venstre panel av Figur 2). Peak P3b amplitude ble observert ved posteriorelektrodsider, og statistisk analyse ble derfor basert på gjennomsnittlig potensial observert fra 350-450 ms post-stimulus ved en elektrode som befinner seg i en posisjon tilsvarende Cz-merket i 10-10-montasjen. Denne analysen viste en pålitelig reduksjon i P3b amplitude fremkalt av nye skriftord i apomorfin tilstand sammenlignet med placebo tilstanden (t25 = 2.37, p = 0.026).

Diskusjon

Vi undersøkte rollen som dopamin D1 / D2 reseptor aktivering i behandlingen av nye stimuli. Etter administrering av D1 / D2 agonisten apomorfin hadde vi deltakerne utføre en minneoppgave med presentasjon av roman-skriftordstimuli. EEG ble registrert mens deltakerne fullførte oppgaven, og vi isolerte nyheten-induserte fremre N2 og P3a ERP komponenter.

Gitt at den fremre N2 har vært relatert til deteksjon av stimulus nyhet [5], [6], og antas å indeksere tiltak av et nyhetsdetekteringsnett som ligger i stor grad i frontale cortex [37], [38], kan den brukes som en indeks for nyhetsdeteksjon innenfor rammen av et farmakologisk inngrep som påvirker dopaminsystemet. Eksisterende arbeid tyder på at dopamin er involvert i deteksjon av nyhet [23], og spesielt med hastigheten på perceptuelle prosesser [26]. Hvis D1 / D2-reseptoraktivering spiller en kritisk rolle i påvisning av nyhet, var vår forventning at apomorfin skulle ha en markert innvirkning på den fremre N2. Konsistent med dette var denne komponenten pålitelig større og tidligere i apomorfin tilstanden.

Det er viktig at virkningen av apomorfin på den fremre N2 som er identifisert i studien, står i kontrast til virkninger av apomorfin observert i tidligere arbeid. For eksempel, i Ruzicka et al. [29] administrering av apomorfin til Parkinsons pasienter førte til at N2 og P3 fremkalt av auditive målstimuli var mindre og senere enn de som ble fremkalt under tilstander utenfor legemidlet. Ruzicka et al. konkluderte med at apomorfin bremser kognitive prosesser som ligger til grunn for diskriminering og kategorisering (se også [29], [39], [40]), mye som er observert etter administrering av levodopa til Parkinsons pasienter (f.eks. [41)]. I denne sammenhengen er hastigheten og forsterkningen av N2 som er tydelig i resultatene våre slående: apomorfin ser ut til å ha en effekt spesifikt på den nyhetsinduserte N2 som er direkte motsatt den generelle bremsen som ble sett i N2 og P3-komponenter i tidligere studier.

I samsvar med dette tidligere arbeidet som demonstrerer en generelt forstyrrende effekt av apomorfin, fant vi en bred reduksjon i P3-amplitude - spesielt i P3b - når deltakerne var under påvirkning av stoffet (se Figur 2). Disse resultatene er uforenlige med tidligere genetiske bevis, som relaterer til forbedret dopaminerg aktivitet med økt amplitude av P3a [42]. På forsiden av dette, kan dette foreslå en negativ påvirkning av stoffet på de oppmerksomme og mnemoniske mekanismer indeksert av P3. Men i tråd med andre funn i litteraturen [40], viste resultatene ikke noe forhold mellom katecholomin-indusert P3 variabilitet og atferdsprestasjon. Apomorfin hadde faktisk en pålitelig gunstig innvirkning på minnet av roman-skriftord.

Dette mønsteret antyder for oss at variasjon i tilbakekalling av ord med romanfont - von Restoff-effekten - reflekteres i den fremre N2, ikke P3, og reflekterer dermed endring i nevrale følsomhet for nyhet snarere enn påfølgende kognitive prosesser. Dette stemmer overens med en mengde funn fra laboratoriet vårt som viser en dissosiasjon mellom P3-amplitude og sannsynligheten for at et nytt fontord vil bli tilbakekalt. [43]. Det tilsynelatende fraværet av noen medikamenteffekt på P3a kan alternativt reflektere den kombinerte effekten av to samtidige legemiddelpåvirkninger: På den ene side kan apomorfin virke for å øke P3a amplitude ved å øke følsomheten for nyhet (som foreslått av de nåværende N2-resultatene) på Apomorfin av annen hånd kan virke for å redusere P3a amplitude gjennom sin bredere negative påvirkning på amplituden til ERP-komponenter.

Som nevnt ovenfor, foreslår eksisterende arbeid at apomorfin har en generell forstyrrende effekt på kognisjon, men våre resultater viser tydelig at det letter nyhetsdetekteringsmekanismer indeksert av den fremre N2. Dette er i tråd med ideene til Redgrave og Gurney [27], som hevder at nye, uventede stimuli forårsaker rask, automatisk dopaminfrigjøring. Rollen til denne utgivelsen vil være å sensibilisere andre hjerneområder for forekomsten av ny miljøkonfigurasjon, og legge til rette for læring både av disse stimuli og av responsene som kan ha forårsaket deres utseende. Nyhet på denne måten blir nøkkelen til atferdsmessig plastisitet - setter scenen gjennom dopamin, for læring.

Som tydelig i Figur 2, overlapper N2-komponenten som observeres i denne studien med P2-komponenten i ERP, og resultatene våre kan derfor reflektere en kombinasjon av effekter på disse to komponentene. Både N2 og P2 forekommer i mye det samme latensintervallet og er vanskelige å skille (annet enn ved polaritet), da de er i stor grad sensitive for de samme eksperimentelle manipulasjonene og har mye den samme topografien. De ser ut til å reflektere aktivitet i fysisk tette generatorer, om ikke i samme hjernekonstruksjoner (som ville være mulig dersom polaritetsforskjellen skyldtes kortikalfolding).

Det er imidlertid svært lite sannsynlig at variasjoner i P2 kun kan utgjøre resultatene våre. Først ble P2 amplitude fremkalt av standardfonter ikke påvirket av apomorfin, i samsvar med eksisterende resultater som antyder at P2 er mottakelig for oppgavets relevans i stedet for nyhet [44]. For det andre er det usannsynlig at det observerte N2 latency skiftet kunne opprettes ved endring i P2. N2 er en relativt høyfrekvent komponent i dette datasettet, mens P2 har lavere frekvens (og kommer til sammen med P3a). Variasjon i dette lavfrekvente positivpolaritetskomplekset er usannsynlig å skape et skifte i den høyere frekvensen N2-topp.

Vi foreslår at de nåværende resultatene reflekterer variasjon i den fremre N2, men en alternativ tolkning kan være at vår eksperimentelle manipulasjon påvirker negativitetsnegativiteten [45], [46]. Tidligere studier tyder imidlertid på at dopamin ikke har noen innflytelse i genereringen eller moduleringen av MMN [47]. Dessuten ser generatorer av det visuelle MMN ut til å ligge i bakre cortex, med maksimalt over oksipitale områder [48] i stedet for på de fremre stedene tydelig i resultatene våre.

Vi konkluderer derfor med at apomorfin påvirker nyhetsprosessen som indeksert i den fremre N2. Apomorfin antas generelt å ha en agonistisk innvirkning på D1 / D2-reseptorer, i tråd med ideen om at økt aktivitet i dopamin-systemet kan være forbundet med økt sensitivitet for nye stimuli. Imidlertid må to advarsler knyttes til denne ideen. For det første er det uklart om apomorfin ved lav dosering virker som en agonist, eller heller som en effektiv antagonist gjennom påvirkning av autoreceptorer [49], [50]. Denne potensielle antagonistiske effekten er blitt foreslått som en forklaring på skadelige kognitive effekter hos Parkinson-pasienter [51], [52], men har ennå ikke blitt konkludert med. I vår studie hadde apomorfin ingen effekt på baseline memory, men selektivt forbedret minne for nye stimuli. Tanken om at en dopaminantagonist ville opprette dette mønsteret er vanskelig å forene med en hvilken som helst nåværende teoretisk konto. I motsetning dersom dette apomorfin fungerte som en agonist, er denne betraktningsforbedringen svært konsistent med ideen om at dopamin er involvert i nyhetsdeteksjon.

For det andre er vår tolkning basert på ideen om at den sentrale eksperimentelle manipuleringen er stimulans nyhet. Nye skrifttypes ord adskiller seg også fra standard skriftord i de fysiske egenskapene til farge, størrelse og skrifttype, som teoretisk også kunne spille en rolle i genereringen av svarene analysert her. Det er imidlertid ikke sannsynlig at disse fysiske egenskapene vil fremkalle svar som N2 og P3a, og dette ble kontrollert for størrelsen i et kontrolleksperiment. Videre viser variasjon i disse typene stimulusfunksjon ingen korrelasjon med endringer i aktivitet av dopaminrike midterkjerner [53].

Som konklusjon viser resultatene at administrering av D1 / D2 agonisten apomorfin førte til forbedret deteksjon av stimuli med ny farge, skrift og størrelse, som reflektert i tidligere utbrudd og økt amplitude av den fremre N2-komponenten i ERP. Etter vår kunnskap er dette den første studien som viser at aktivering av D1 / D2-reseptorer selektivt øker hjernens følsomhet for nyhet. Rollen av denne økte følsomheten kan være å lette læring av nye stimuluskonfigurasjoner og responsene som er forbundet med dem. I tråd med dette fant vi ut at nye objekter er bedre tilbakekalt etter D1 / D2 reseptor aktivering.

Eksperimentell prosedyre

Deltakere

Tjuefem friske frivillige med normal eller korrigert til normal visjon ble rekruttert fra studentbefolkningen ved Universitetet i Amsterdam. Ingen av deltakerne rapporterte noen kjent nevrologisk eller psykiatrisk patologi. Alle deltakerne ga skriftlig informert samtykke og mottok € 150 for deltakelse i studien pluss kompensasjon for reiseutgifter. Deltagergruppen var sammensatt av 17 kvinner og 9 menn, med alder fra 18 til 32 år (gjennomsnitt, 22 yr; sd, 3.9 yr). Tjuefire av deltakerne var høyrehendt. Studien ble utført i samråd med Helsinkierklæringen og godkjent av etikkutvalget ved Universitetet i Amsterdam.

Farmakologisk intervensjon

Deltakere ble testet en gang etter subkutan administrering av apomorfin og en gang etter placebo, dobbeltblindet. De to testmøtene var planlagt en uke fra hverandre for å redusere overføringseffekter, og rekkefølgen av øktene var balansert mellom deltakerne.

I apomorfin-økten ble legemidlet administrert av en sertifisert forsker i et forhold på 0.005 mg / kg. Apomorfin ble oppnådd fra Brittannia Pharmaceuticals Ltd. (handelsnavn Apo-Go). I placebo-sesongen ble saltoppløsning administrert på samme måte og volum. Doser av apomorfin og saltoppløsning ble levert til forskeren i skillebare injeksjonsnåler med koding beholdt av apoteket.

Tretti minutter før administrering av både apomorfin eller placebo-deltakere fikk en 40 mg oral dose av domperidon, en D2-antagonist som selektivt påvirker det perifere nervesystemet (se også [52]). Domperidon ble oppnådd i orale tabletter på 10 mg fra Johnson & Johnson (kommersielt navn Motilium), og ble administrert for å motvirke kjente bivirkninger av D2-agonister, som inkluderer kvalme og søvnighet [54]. Ikke desto mindre rapporterte 11-deltakere kvalme og søvnighet etter administrering av apomorfin. Konsistent med eksisterende arbeid som benytter denne kombinasjonen av rusmidler [52], [55], disse bivirkningene var kortvarige, vanligvis ikke lenger enn 15 minutter, og deltakerne rapporterte å være våken og oppgavebehandlet etter dette intervallet.

Prosedyre og Stimuli

Figur 3 viser en skjematisk representasjon av testingssesjonen. Da apomorfin har en 40 til 50 minutt stiger tid, så testet startet førti minutter etter injeksjon [52], [55]. Vi jobbet med en modifisert von Restorff verbal læringsoppgave der ord som presenteres i standard skrifttype og ord som presenteres i ny skrifttype studeres og senere tilbakekalles. Nye skriftord blir vanligvis husket bedre enn standard skriftord [31]. En skjematisk representasjon av oppgaven er vist i Figur 3. Den besto av en studiefase, en tilbakekallingsfase og en endelig anerkjennelsesfase, men ytelsen i den siste anerkjennelsesfasen var i taket, og bare resultater fra den tilbakekalte tilbakekallingsfasen diskuteres nedenfor.

Figur 3 

Skjematisk representasjon av test-økten og oppgaven (cutout).

I studiefasen ble deltakerne presentert en liste over 80 konkrete substantiver på engelsk, med ordlengde som varierte mellom 5 og 10 tegn. To separate lister ble brukt, en for hver testsesjon, med rekkefølge av disse lister motvektet over fag. Ordene var de ansatt hos Van Overschelde og kolleger [56], suppleres med hjelp av en ordbok.

Ord i hver liste ble presentert enten i en standard skrifttype (Courier New, 60-forekomster) eller en ny skrifttype (20-forekomster). Nye skriftord har en variabel farge (en av ti mulige farger, hver farge gjentas to ganger i listen), variabelt skrifttype (unikt for hvert nytt ord i en liste) og en større størrelse.

Hver liste ble vist to ganger i hver test sesjon, uten endring i rekkefølge, skrift eller farge, og deltakerne tok en kort pause etter den første presentasjonen. Ordene ble presentert midt på en grå skjerm (størrelse 21 ") som ligger 80 cm foran motivet, slik at standardord (skriftstørrelse 17) subtended 2.5 til 5 grader av visuell vinkel, avhengig av ordlengde og roman ord (skriftstørrelse 30) 5.7 til 9.6 grader av visuell vinkel.

Hver prøve startet med presentasjonen av et fikserings kryss for et tilfeldig intervall på 400 til 500 ms (uniform distribusjon). Et ord ble senere presentert midt på skjermen og ble synlig for 3500 ms.

I studiefasen ble deltakerne instruert til å lære ordene. I den tilbakekalte tilbakekallingsfasen ble deltakerne gitt signaler for 40 av de tidligere lærte ordene (20-ordene og en tilfeldig 20 av standardordene - ikke alle standardordene ble cued for å redusere varigheten av oppgaven). Cues besto av de to første bokstavene i hvert ord, presentert en om gangen i tilfeldig rekkefølge, og deltakerne fullførte det studerte ordet ved å skrive de resterende bokstaver. Hvert av de studerte ordene hadde en unik kombinasjon av to første bokstaver.

I tillegg til den visuelle ordstimuleringen ble i løpet av studiefasen en auditorisk stimulus presentert etter det visuelle begynnelsen av hvert ord etter et intervall. Intervallet mellom visuell og auditiv start ble tilfeldig valgt fra en jevn fordeling av 817 til 1797 ms. Lyder var av to typer; enten en standard "pipetone" (2.2 KHz, 300 ms), som ble presentert i 58 ut av 80-forsøk, eller et prøve-unikt lydklipp (300 ms), som ble presentert i 22 ut av 80-forsøk. Det var ingen sammenheng mellom den auditive stimuli og de visuelle ordene, og deltakerne ble instruert til å ignorere lydene. Den auditive stimuli ble inkludert i eksperimentell design for å gi et uavhengig mål for nyhetsbehandling, men i tråd med andre etterfølgende resultater fra laboratoriet var det ikke noe bevis i dataene om differensial behandling av standardtoner og unike lydklipp, og denne manipulasjonen er ikke diskutert videre.

EEG-opptak og dataanalyse

EEG ble registrert fra 128 skalpesteder ved hjelp av BioSemi Active2-systemet (BioSemi, Amsterdam, Nederland). Elektroder ble plassert i henhold til radial ABC BioSemi montasje. Vertikal elektrookulogram (EOG) ble i tillegg registrert fra 2-elektroder plassert 1 cm. lateral til ytre canthi i hvert øye ble det registrert horisontal EOG fra 2 elektroder plassert over og under høyre øye, og referansesignaler ble registrert fra elektroder plassert over høyre og venstre mastoider. Samplingsfrekvensen var 512 Hz. Biosemi er en forsterker med forsterker, i stedet for en tradisjonell differensial EEG-forsterker, og bruker dermed ikke jordelektroder.

Analyse ble utført med EEGlab [57] og skreddersydde Matlab-skript. EEG-data ble referert til gjennomsnittet av signalet fra de to mastoidelektroder, resamplert til 500 Hz, digitalt filtrert (0.05-40 hz; finite impuls minste-kvadratkjernen med 6 db-overgang av 0.01 hz. For lavpassfilter og 6 db-overgang av 2 hz. for høypassfilter) og baselined på 100 ms-intervallet før stimulusutbrudd.

Uavhengig komponenter analyse ble beregnet fra epoched data kollapset over forholdene [58], [59]. Komponenter som regner med blinkende artefakter ble identifisert og fjernet manuelt fra dataene, og forsøk som viste betydelige muskelartefakter ble også identifisert og avvist fra videre analyse (terskel for avvisning ble satt til 100 / -100 μV). Dette resulterte i avvisning av ca. 5% av data per fag, og påfølgende analyser er basert på per-subjekt gjennomsnitt av a.) 37 nye studier i stofftilstanden, b.) 38 nye studier i placebo tilstanden, c.) 112 standardforsøk i stofftilstanden, og d.) 116 standardforsøk i placebo-tilstanden.

Finansieringserklæring

MM støttes økonomisk av VIDI-bevilgningen 452-09-007 fra NWO. CH støttes økonomisk av VENI-bevilgningen 016-125-283 fra NWO. Funders hadde ingen rolle i studiedesign, datainnsamling og analyse, beslutning om å publisere eller utarbeide manuskriptet.

Referanser

1. Ranganath C, Rainer G (2003) Nevrale mekanismer for å oppdage og huske nye hendelser. Nat Rev Neurosci 4: 193-202 [PubMed]
2. Pritchard W, Shappell S, Brandt M (1991) Psykofysiologi av N200 / N400: En gjennomgang og klassifiseringsordning. I: Jennings J, Ackles P, redaktører. Fremskritt i psykofysiologi: En forskning årlig. London: Jessica Kingsley. 43-106.
3. Spencer KM, Dien J, Donchin E (1999) En komponentiell analyse av ERP fremkalt av nye hendelser ved bruk av en tett elektrodmatrise. Psykofysiologi 36: 409-414 [PubMed]
4. Squires NK, Squires KC, Hillyard SA (1975) To varianter av langvarige positive bølger fremkalt av uforutsigbare auditive stimuli hos mennesker. Electroencephalogr Clin Neurophysiol 38: 387-401 [PubMed]
5. Daffner KR, Mesulam MM, Scinto LF, Calvo V, Faust R, et al. (2000) En elektrofysiologisk indeks av stimulus ukjent. Psykofysiologi 37: 737-747 [PubMed]
6. Tarbi EC, Sun X, Holcomb PJ, Daffner KR (2010) Overraskelse? Tidlig visuell nyhetbehandling er ikke modulert av oppmerksomhet. Psykofysiologi 48: 624-632 [PMC gratis artikkel] [PubMed]
7. Ferrari V, Bradley MM, Codispoti M, Lang PJ (2010) Detekterer nyhet og betydning. J Cogn Neurosci 22: 404-411 [PMC gratis artikkel] [PubMed]
8. Folstein JR, Van Petten C (2008) Påvirkning av kognitiv kontroll og feilmatching på N2-komponenten i ERP: en gjennomgang. Psykofysiologi 45: 152-170 [PMC gratis artikkel] [PubMed]
9. Kujala T, Kallio J, Tervaniemi M, Naatanen R (2001) Manglende samsvar negativitet som en indeks for temporal behandling i audisjon. Clin Neurophysiol 112: 1712-1719 [PubMed]
10. Alho K, Woods DL, Algazi A (1994) Behandling av auditiv stimuli under auditiv og visuell oppmerksomhet som avslørt av hendelsesrelaterte potensialer. Psykofysiologi 31: 469-479 [PubMed]
11. Szucs D, Soltsz F, Czigler I, Csepe V (2007) Elektroencefalografiske effekter til semantisk og ikke-semantisk mismatch i egenskaper av visuelt presentert enkelt tegn: N2b og N400. Neuroscience brev 412: 18-23 [PubMed]
12. Crottaz-Herbette S, Menon V (2006) Hvor og når den fremre cingulære cortex modulerer bevisst respons: kombinert fMRI og ERP bevis. Journal of Cognitive Neuroscience 18: 766-780 [PubMed]
13. Kopp B, Wessel K (2010) Hendelsesrelaterte hjernepotensialer og kognitive prosesser knyttet til perseptuell-motorisk informasjonsoverføring. Kognitiv, affektiv og atferdsmessig nevrovitenskap 10: 316–327 [PubMed]
14. Friedman D, Cycowicz YM, Gaeta H (2001) Nyheten P3: et hendelsesrelatert hjernepotensial (ERP) tegn på hjernens evaluering av nyhet. Neurosci Biobehav Rev 25: 355–373 [PubMed]
15. SanMiguel I, Morgan HM, Klein C, Linden D, Escera C (2010) På funksjonell betydning av Novelty-P3: tilrettelegging av uventede nye lyder. Biol Psychol 83: 143-152 [PubMed]
16. Courchesne E, Hillyard SA, Galambos R (1975) Stimulus nyhet, oppgaverelevans og det visuelle fremviste potensialet i mennesket. Electroencephalogr Clin Neurophysiol 39: 131-143 [PubMed]
17. Soltani M, Knight RT (2000) Neural opprinnelse til P300. Kritiske vurderinger i neurobiologi 14: 199-224 [PubMed]
18. Gabbay FH, Duncan CC, McDonald CG (2010) Brain potensielle indekser av nyhet behandling er forbundet med preferanse for amfetamin. Eksperimentell og klinisk psykofarmakologi 18: 470-488 [PubMed]
19. Grzella I, Muller BW, Oades RD, Bender S, Schall U, et al. (2001) Nyhetsutviklet misforholdsnegativitet hos pasienter med schizofreni ved innleggelse og utskrivning. Journal of psychiatry & neuroscience: JPN 26: 235–246 [PMC gratis artikkel] [PubMed]
20. Djamshidian A, O'Sullivan SS, Wittmann BC, Lees AJ, Averbeck BB (2011) Nyhet som søker atferd i Parkinsons sykdom. Neuropsykologia 49: 2483–2488 [PMC gratis artikkel] [PubMed]
21. Wittmann BC, Bunzeck N, Dolan RJ, Duzel E (2007) Forutsetning av nyhet rekrutterer belønningssystem og hippocampus, mens du fremmer tilbakemelding. Neuroimage 38: 194-202 [PMC gratis artikkel] [PubMed]
22. Garcia-Garcia M, Barcelo F, Clemente IC, Escera C (2011) COMT og ANKK1 gen-gen-interaksjon modulerer kontekstuell oppdatering av mentale representasjoner. Neuroimage 56: 1641-1647 [PubMed]
23. Garcia-Garcia M, Barcelo F, Clemente IC, Escera C (2010) Rollen som DAT1-gen på den hurtige gjenkjenningen av oppgavens nyhet. Neuropsychologia 48: 4136-4141 [PubMed]
24. Polich J, Criado JR (2006) Neuropsykologi og neurofarmakologi av P3a og P3b. Int J Psychophysiol 60: 172-185 [PubMed]
25. Polich J (2007) Oppdatering av P300: en integrert teori om P3a og P3b. Clin Neurophysiol 118: 2128-2148 [PMC gratis artikkel] [PubMed]
26. Kenemans JL, Kahkonen S (2011) Hvordan menneskelig elektrofysiologi informerer psykofarmakologi: fra nedadgående drevet behandling til topp-ned-kontroll. Neuropsykofarmakologi 36: 26-51 [PMC gratis artikkel] [PubMed]
27. Redgrave P, Gurney K (2006) Korttidsdopaminsignalet: En rolle i å oppdage nye handlinger? Nat Rev Neurosci 7: 967-975 [PubMed]
28. Hazy TE, Frank MJ, O'Reilly RC (2010) Nevrale mekanismer for ervervede fasiske dopaminresponser i læring. Neurosci Biobehav Rev 34: 701–720 [PMC gratis artikkel] [PubMed]
29. Ruzicka E, Roth J, Spackova N, Mecir P, Jech R (1994) Apomorfin induserte kognitive endringer i Parkinsons sykdom. J Neurol Neurosurg Psychiatry 57: 998–1001 [PMC gratis artikkel] [PubMed]
30. Nakamura K, Kurasawa M, Tanaka Y (1998) Apomorfininducert hypoattensjon hos rotter og reversering av valgetes funksjonsnedsettelse av aniracetam. Eur J Pharmacol 342: 127-138 [PubMed]
31. Von Restorff H (1933) Über die Wirkung von Bereichsbildungen im Spurenfeld [Effektene av feltdannelse i sporfeltet]. Psykologi Forschung 18: 299-234
32. Kishiyama MM, Yonelinas AP, Lazzara MM (2004) Den von Restorff effekten i hukommelsestap: Hippocampalsystemets bidrag til nyhetsrelaterte minneforbedringer. Journal of Cognitive Neuroscience 16: 15-23 [PubMed]
33. Meeter M, Talamini LM, Murre JMJ (2004) Modus skifter mellom lagring og tilbakekalling basert på nyhetsdeteksjon i oscillerende hippocampalkretser. Hippocampus 14: 722-741 [PubMed]
34. Hasselmo ME, Bradley P, Wyble BP, Wallenstein GV (1996) Koding og gjenfinning av episodiske minner: Rolle av kolinerg og GABAerg modulering i hippocampus. Hippocampus 6: 693-708 [PubMed]
35. Kiesel A, Miller J, Jolicoeur P, Brisson B (2008) Måling av ERP-latensforskjeller: En sammenligning av single-deltaker og jackknife-basert scoring-metoder. Psykofysiologi 45: 250-274 [PubMed]
36. Hoormann J, Falkenstein M, Schwarzenau P, Hohnsbein J (1998) Metoder for kvantifisering og statistisk testing av ERP-forskjeller på tvers av forhold. Atferdsforskningsmetoder Instrumenter og datamaskiner 30: 103–109
37. Tulving E, Markowitsch HJ, Craik FE, Habib R, Houle S (1996) Nyhet og kjennskapsaktivering i PET-studier av minnekoding og gjenfinning. Cereb Cortex 6: 71-79 [PubMed]
38. Barcelo F, Knight RT (2007) En informasjons-teoretisk tilnærming til kontekstuell behandling i den menneskelige hjerne: Bevis fra prefrontale lesjoner. Cereb Cortex 17 Suppl 1i51-60 [PubMed]
39. Takeshita S, Ogura C (1994) Effekt av dopamin D2 antagonist sulpiride på hendelsesrelaterte potensialer og dets forhold til loven av innledende verdi. Internasjonal journal for psykofysiologi 16: 99-106 [PubMed]
40. Albrecht MA, Martin-Iverson MT, Pris G, Lee J, Iyyalol R (2010) Dexamphetamin-indusert reduksjon av P3a og P3b hos friske deltakere. Journal of psychopharmacology. [PubMed]
41. Prasher D, Findley L (1991) Dopaminerge induserte endringer i kognitiv og motorisk prosessering ved Parkinsons sykdom: en elektrofysiologisk undersøkelse. Tidsskrift for nevrologi, nevrokirurgi og psykiatri 54: 603–609 [PMC gratis artikkel] [PubMed]
42. Garcia-Garcia M, Clemente I, Dominguez-Borras J, Escera C (2010) Dopamin-transportør regulerer forbedringen av nyhetsbehandling ved en negativ følelsesmessig kontekst. Neuropsychologia 48: 1483-1488 [PubMed]
43. Rangel-Gomez M, Meeter M (2013) Elektrofysiologisk analyse av rollen som nyhet i von Restorff-effekten. Hjerne og oppførsel. [PMC gratis artikkel] [PubMed]
44. Potts GF, Liotti M, Tucker DM, Posner MI (1996) Frontal og dårligere temporal kortikal aktivitet ved visuell måldeteksjon: Bevis fra høyt romlig samplede hendelsesrelaterte potensialer. Brain Topografi 9: 3-14
45. Näätänen R, Gaillard AWK, Mäntysalo S (1978) Tidlig selektiv oppmerksomhetsvirkning på evoked potensial fortolket. Acta Psychologica 42: 313-329 [PubMed]
46. Naatanen R, Gaillard AW, Mantysalo S (1980) Hjernepotensial korrelerer med frivillig og ufrivillig oppmerksomhet. Prog Brain Res 54: 343-348 [PubMed]
47. Hansenne M, Pinto E, Scantamburlo G, Couvreur A, Reggers J et al. (2003) Manglende negativitet er ikke korrelert med neuroendokrine indikatorer for katekolaminerg aktivitet hos friske personer. Human Psychopharmacology-Clinical and Experimental 18: 201-205 [PubMed]
48. Kimura M, Schroger E, Czigler I (2011) Visual mismatch negativitet og dens betydning i visuell kognitiv fag. Neuroreport 22: 669-673 [PubMed]
49. Kellendonk C, Simpson EH, Polan HJ, Malleret G, Vronskaya S, et al. (2006) Overgående og selektiv overekspresjon av dopamin D2-reseptorer i striatum forårsaker vedvarende abnormiteter ved prefrontal cortexfunksjon. Neuron 49: 603-615 [PubMed]
50. Li YC, Kellendonk C, Simpson EH, Kandel ER, Gao WJ (2011) D2 reseptor overekspresjon i striatum fører til et underskudd i inhibitorisk overføring og dopamin sensitivitet i mus prefrontal cortex. Proc Natl Acad Sci USA 108: 12107-12112 [PMC gratis artikkel] [PubMed]
51. Costa A, Peppe A, Dell'Agnello G, Carlesimo GA, Murri L, et al. (2003) Dopaminerg modulering av visuelt-romlig arbeidsminne i Parkinsons sykdom. Dement Geriatr Cogn Disord 15: 55–66 [PubMed]
52. Schellekens AF, Grootens KP, Neef C, Movig KL, Buitelaar JK, et al. (2010) Effekt av apomorfin på kognitiv ytelse og sensorimotorisk gating hos mennesker. Psykofarmakologi (Berl) 207: 559-569 [PMC gratis artikkel] [PubMed]
53. Bunzeck N, Düzel E (2006) Absolutt koding av stimulus nyhet i human Substantia Nigra / VTA. Neuron 51: 369-379 [PubMed]
54. Pirtosek Z (2009) 'Bad guys' blant de antiparkinsoniske medisinene. Psykiater Danub 21: 114–118 [PubMed]
55. Schellekens AF, van Oosterwijck AW, Ellenbroek B, de Jong CA, Buitelaar JK, et al. (2009) Dopaminagonisten apomorfin påvirker differensielt kognitiv ytelse hos alkoholavhengige pasienter og sunne kontroller. Eur Neuropsychopharmacol 19: 68-73 [PubMed]
56. Van Overschelde JP, Rawson KA, Dunlosky J (2004) Kategorienormer: En oppdatert og utvidet versjon av Battig og Montague (1969) normer. Journal of Memory and Language 50: 289-335
57. Delorme A, Makeig S (2004) EEGLAB: en åpen kildekode verktøykasse for analyse av EEG-dynamikk med én prøve, inkludert uavhengig komponentanalyse. J Neurosci Metoder 134: 9-21 [PubMed]
58. Delorme A, Sejnowski T, Makeig S (2007) Forbedret gjenkjenning av artefakter i EEG-data ved hjelp av høyere rekkefølgestatistikk og uavhengig komponentanalyse. Neuroimage 34: 1443-1449 [PMC gratis artikkel] [PubMed]
59. Jung TP, Makeig S, Westerfield M, Townsend J, Courchesne E, et al. (2000) Fjerning av øyeaktivitet artefakter fra visuelle hendelsesrelaterte potensialer i normale og kliniske fag. Clin Neurophysiol 111: 1745-1758 [PubMed]