COMENTÁRIOS: Recompensas imprevisíveis levam a maiores picos de dopamina. Isto é o que torna a pornografia na internet de alta velocidade diferente da pornografia do passado
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Departamento de Psiquiatria e Ciências Comportamentais, Faculdade de Medicina da Universidade Emory, Atlanta, Georgia 30322, EUA. [email protected]
Sumário
Certas classes de estímulos, como alimentos e drogas, são altamente eficazes na ativação de regiões de recompensa. Mostramos em humanos que a atividade nessas regiões pode ser modulada pela previsibilidade da entrega sequenciada de dois estímulos levemente agradáveis, suco de frutas e água fornecidos oralmente. Usando a ressonância magnética funcional, a atividade de recompensar estímulos no núcleo acumbente e no córtex orbitofrontal medial foi maior quando os estímulos eram imprevisíveis. Além disso, a preferência declarada dos sujeitos por suco ou água não estava diretamente correlacionada com a atividade nas regiões de recompensa, mas sim com a atividade no córtex sensório-motor. Para estímulos agradáveis, esses achados sugerem que a previsibilidade modula a resposta de regiões de recompensa humana, e a preferência subjetiva pode ser dissociada dessa resposta.
Introdução
A busca de recompensas naturais, como comida, bebida e sexo, é uma grande influência externa no comportamento humano. No entanto, a questão de como as recompensas afetam o comportamento humano permanece basicamente não resolvida. Existem muitos fatores que contribuem para essa lacuna em nosso conhecimento; no entanto, um obstáculo tem sido a dificuldade de definir e medir efeitos isolados de recompensas no comportamento humano ou na ativação cerebral. Nos animais, a recompensa é definida como um conceito operacional: um estímulo é considerado gratificante se reforçar positivamente um comportamento (Casco, 1943; Rescorla e Wagner, 1972; Robbins e Everitt, 1996), ou seja, aumenta de forma confiável a probabilidade do comportamento. O mesmo conceito se aplica a humanos; entretanto, os humanos têm a capacidade de exercer todos os tipos de controle executivo sobre suas ações e, portanto, os testes comportamentais por si só são uma maneira incompleta de sondar o processamento da recompensa. Da mesma forma, relatos explícitos de gostos e desgostos, ou seja, preferências, são confundidos pela percepção subjetiva de um indivíduo do que gosta e do que escolhe relatar. Para superar essas dificuldades experimentais, gostaríamos de monitorar simultaneamente a produção comportamental, a preferência subjetiva e a resposta cerebral durante uma tarefa bem definida. Tomando essa abordagem, relatamos aqui que a atividade nas regiões de recompensa humana está mais intimamente relacionada com a previsibilidade de uma sequência de estímulos prazerosos do que com preferências explicitamente declaradas.
Em humanos, a ativação de áreas de recompensa pode ser visualizada com ressonância magnética funcional (fMRI) após a administração de drogas, como a cocaína (Breiter et al., 1997); entretanto, essas infusões podem não ser representativas do processamento de recompensa normal devido aos efeitos farmacológicos diretos e indiretos da cocaína. Além disso, drogas como a cocaína podem atuar em diferentes partes do sistema de recompensas do que as chamadas recompensas naturais, como comida e água (Bradberry et al., 2000; Carelli et al., 2000). Recompensas condicionadas, por exemplo, dinheiro, também podem atuar em diferentes partes do sistema de recompensas (Thut et al., 1997; Elliott et al., 2000; Knutson et al., 2000) e pode não ser uma sonda apropriada de circuitos de recompensa primária em humanos. Uma abordagem alternativa é sugerida por experimentos que demonstram que a previsibilidade de um estímulo primariamente recompensador é um parâmetro crítico para ativação de vias de recompensa (Schultz et al., 1992, 1997; Schultz, 1998; Garris e outros, 1999). Gravações fisiológicas em primatas não humanos demonstraram que neurônios em regiões como a área tegmental ventral (VTA), nucleus accumbens e estriado ventral respondem de maneira adaptativa a estímulos recompensadores como suco de frutas ou água (Shidara et al., 1998). Assim, a previsibilidade de uma sequência de estímulos pode recrutar estruturas neurais relacionadas à recompensa de uma maneira detectável com fMRI. Além disso, modelos teóricos de liberação de dopamina sugerem que recompensas imprevisíveis devem provocar uma maior atividade nessas regiões (Schultz et al., 1997). Procuramos testar esta hipótese usando fMRI para medir o efeito da previsibilidade nas respostas do cérebro humano às sequências de estímulos puntiformes e prazerosos.
MATERIAIS E MÉTODOS
Assuntos. Vinte e cinco adultos normais foram submetidos a exames de ressonância magnética funcional durante a administração de pequenas quantidades de suco de frutas orais ou água. Os participantes tinham idades entre 18 e 43, e todos os indivíduos deram consentimento informado para um protocolo aprovado pelo Comitê de Investigações Humanas da Universidade Emory.
Tarefa experimental. Enquanto no scanner, os participantes receberam pequenas quantidades de suco de frutas e água de forma oral, de maneira previsível ou imprevisível. Nós escolhemos uma entrega sequencial de suco de fruta e água por três razões: (1) os humanos acham que tanto o suco quanto a água são subjetivamente prazerosos; (2) ambos os estímulos são rotineiramente usados como estímulos de reforço enquanto treinam primatas não humanos em tarefas comportamentais; e os neurônios dopaminérgicos mesencéfalos (3), e presumivelmente os neurônios a que se projetam, mostram mudanças fásicas na taxa de disparo em função da previsibilidade temporal dos estímulos sequenciais (Schultz et al., 1992). Os participantes receberam tanto o suco quanto a água de maneira previsível ou imprevisível em duas execuções de varredura (Fig. 1). Durante a corrida previsível, sucos e bolus de água foram alternados em um intervalo fixo de 10 seg. Durante a imprevisível execução, a ordem de suco e água foi randomizada, eo intervalo de estímulo também foi randomizado por amostragem de uma distribuição de intervalo de Poisson com uma média de 10 seg. Cada execução durou 5 min e a ordem das duas execuções (previsível ou imprevisível) foi aleatória entre os assuntos. Como o tempo para se adaptar à previsibilidade ou à imprevisibilidade era desconhecido e como a troca frequente de condições pode causar uma interação entre si, ou seja, a “previsibilidade da previsibilidade”, optamos por separar as condições em execuções de varredura em vez de usar blocos de condições menores nas execuções de verificação. Como todos os aspectos do experimento dependiam da manipulação da previsibilidade, optamos por não repetir as condições dentro dos sujeitos e, em vez disso, nos concentramos em estudar um número maior de sujeitos.
Design do experimento fMRI. Foi utilizado um planejamento fatorial 2 × 2, com fatores de preferência (suco ou água) e previsibilidade (previsível ou imprevisível). Os participantes receberam 0.8 ml de suco de bolus e água em uma sequência previsível ou imprevisível. Usando fMRI relacionada a eventos, a ativação cerebral foi analisada em termos de preferência e previsibilidade, bem como a interação entre eles.
Os participantes receberam 0.8 ml de bolus orais de suco de frutas e água por meio de dois tubos de plástico. Um bocal mantinha as extremidades da tubulação no lugar sobre a língua, com o suco de frutas infundido do lado esquerdo do bocal e a água da direita. Os tubos tinham ∼10 m de comprimento e estavam conectados a uma bomba de seringa dupla controlada por computador (Harvard Apparatus, Holliston, MA) fora da sala de scanner. Os sujeitos não realizaram nenhuma outra tarefa durante a varredura e foram instruídos a simplesmente engolir o fluido toda vez que ele fosse administrado. Após a sessão de escaneamento, os participantes foram interrogados por sua preferência por fluidos.
Aquisição de dados de ressonância magnética. A digitalização foi realizada em um scanner 1.5 Tesla Philips NT. Após a aquisição de uma varredura anatômica ponderada com T1 de alta resolução, os indivíduos foram submetidos a duas execuções cerebrais completas de varreduras 150 (imagens de eco-planar, gradiente chamado eco; tempo de repetição, 2000 msec; tempo de eco, 40 mseg; 90 °; 64 × 64 matriz, 24 5 mm fatias axiais adquiridas paralelas à linha comissural ântero-posterior) para medição do efeito dependente do nível de oxigenação no sangue (BOLD) (Kwong et al., 1992; Ogawa et al., 1992). O movimento da cabeça foi minimizado pelo preenchimento e restrições.
Análise. Os dados foram analisados por meio do Mapeamento Estatístico Paramétrico (SPM99; Departamento Wellcome de Neurologia Cognitiva, Londres, Reino Unido) (Friston e outros, 1995b) A correção de movimento para a primeira varredura funcional foi realizada em indivíduos usando uma transformação de corpo rígido de seis parâmetros. Como a deglutição inevitavelmente causa movimento significativo da cabeça, os parâmetros de correção do movimento também foram usados para determinar se o movimento da cabeça diferia significativamente entre as condições. A média das imagens com correção de movimento foi então co-registrada na ressonância magnética de 24 cortes do indivíduo usando uma transformação afim de 12 parâmetros. As imagens foram então normalizadas espacialmente para o modelo do Montreal Neurological Institute (MNI) (Talairach e Tournoux, 1988) através da aplicação de uma transformação afim do parâmetro 12, seguida de uma deformação não linear usando funções de base (Ashburner e Friston, 1999). As imagens foram subsequentemente alisadas com um núcleo Gaussiano isotrópico de 8 mm e filtrado por passagem de banda no domínio temporal. Uma análise estatística de efeitos aleatórios, relacionada a eventos, foi realizada com SPM99 (Friston e outros, 1995a, 1999). O experimento foi analisado como um planejamento fatorial 2 × 2. Primeiro, um modelo linear geral separado (GLM) foi especificado para cada sujeito, com quatro condições representando os quatro tipos de eventos possíveis: fluido preferível previsível, fluido não previsível, fluido preferencial imprevisível e fluido não preferido imprevisível. Quatro vetores de funções delta com tempos correspondentes a cada evento foram criados para cada uma das quatro condições. Estes foram convolvidos com uma função genérica de resposta hemodinâmica e inseridos em uma matriz de design de quatro colunas. A média de cada varredura foi removida em uma base voxelwise. Foram calculadas três imagens de contraste bilateral que correspondiam aos principais efeitos da preferência [vetor de contraste (1-11-1)], previsibilidade [vetor de contraste (11-1-1)] e o termo de interação [vetor de contraste (1) -1-11)]. A interação descreve como a previsibilidade modula o efeito da preferência. Essas imagens de contraste individuais foram inseridas em uma análise de segundo nível, usando uma amostra única separada t teste (df = 24) para cada lado de cada termo no GLM (um total de seis contrastes). Limitamos esses mapas estatísticos resumidos em p <0.001 (não corrigido para comparações múltiplas). Esses mapas foram sobrepostos em uma imagem estrutural de alta resolução na orientação MNI.
Modelo teórico. Como uma ferramenta para projetar e interpretar o experimento de fMRI, usamos um modelo de rede neural existente de liberação de dopamina para simular a resposta do cérebro a diferentes padrões temporais de estímulos de recompensa (Fig.2). Este modelo foi baseado no método das diferenças temporais (TD), que postula que uma substância sinapticamente reforçadora, por exemplo, a dopamina, é liberada em resposta a erros na predição da recompensa (Schultz et al., 1997). Este modelo foi usado em uma ampla variedade de aplicações, incluindo tarefas complexas de aprendizado, como gamão (Sutton, 1988; Tesauro e Sejnowski, 1989), bem como prever com sucesso a atividade dos neurônios dopaminérgicos em vários paradigmas condicionantes (Houk et al., 1995; Montague et al., 1995) e tarefas de sequenciamento motor (Berns e Sejnowski, 1998).
Modelo de rede neural do experimento e as regiões do cérebro associadas ao processamento de informações. ADiagrama indica nossa hipótese de como a seqüência de estímulos poderia influenciar o débito dopaminérgico. Nesta hipótese, indicamos que mudanças no débito dopaminérgico podem influenciar as estruturas neurais-alvo de uma maneira detectável em uma medida de BORMf fMRI. O suco e a água são mostrados para ter tanto sensorial (projeção a partir do tempo finitocaixa de janela) e recompensa (o r caminhos) representações em sua influência na atividade dopaminérgica. Para gerar uma resposta hemodinâmica esperada a partir dessa hipótese, fizemos uma janela de tempo finito (caixas pequenas para suco e água), que determinou o valor da recompensa imediatar(t) (1 se o suco ocorreu, 0.5 se a água ocorreu, e 0 se nenhum estímulo ocorreu). Essa manobra estabeleceu arbitrariamente o suco em duas vezes o valor da água. Isso não é importante para a principal expectativa gerada pelo modelo.B, Previsto efeito da dopamina para sequências previsíveis e imprevisíveis de entrega de suco e água. Eixo horizontal é o número de varredura. Eixo vertical é a resposta hemodinâmica esperada prevista por um modelo de diferença temporal. A escala no eixo vertical é arbitrário. O ponto importante a ser observado é que a execução previsível progride para 0, enquanto a execução imprevisível permanece alta em toda a amplitude. Os traços foram gerados pela convolução de um kernel de resposta hemodinâmica com a saída de um modelo de diferença temporal. Isto sugeriu que a resposta BOLD média seria maior quando os estímulos eram imprevisíveis.
Resumidamente, o aprendizado de DT depende de duas premissas básicas. Primeiro, a adaptação a curto prazo num dado circuito neural ocorre com o objetivo de prever uma soma descontada de todas as recompensas futuras. A definição de recompensa depende do contexto em que é recebida. Se uma recompensa putativa aumenta a ocorrência de um comportamento particular, então é considerado um reforçador positivo. Dependendo do estado interno do animal, a mesma recompensa pode não reforçar um comportamento, por exemplo, quando o animal está saciado. No contexto de um experimento de fMRI, que geralmente não é natural, uma substância apetitiva familiar, como água ou suco de fruta, é subjetivamente experimentada como agradável e, portanto, recompensadora. Em segundo lugar, as previsões de recompensa dependem apenas da representação atual de um conjunto de estímulos. A representação do estímulo é um tanto arbitrária no modelo, e inclui alguma representação ao longo do tempo, isto é, um traço de estímulo. Para substâncias como água ou suco de frutas, existem tanto as dimensões sensoriais (por exemplo, temperatura e sensação tátil na língua) quanto a recompensa real, que é experimentada subjetivamente como prazer. Portanto, é razoável considerar as dimensões táteis do fornecimento de fluidos como neutras e distintas da dimensão recompensadora. Da mesma forma, presume-se que essas dimensões distintas sejam processadas por circuitos cerebrais diferentes, que podem ser visualizados com fMRI. Para mapear a saída do modelo para uma dimensão análoga à medida obtida com fMRI, resumimos as saídas das vias neutra e recompensadora, que assumimos convergirem no estriado ventral e no núcleo accumbens. Reconhecemos que não há evidência direta disso e, dependendo do receptor específico, a dopamina pode ter efeitos variáveis sobre a atividade neuronal. O desenho experimental exato foi introduzido no modelo, que foi simulado com o Matlab 5.3 (MathWorks, Natick, MA). As saídas correspondentes aos supostos neurônios de dopamina e seus locais de projeção foram calculados para as execuções previsíveis e imprevisíveis (Fig. 2).
Devemos ter o cuidado de mostrar aos leitores que nosso uso do modelo de diferença temporal para explicar nosso projeto e subsequente interpretação (abaixo) é baseado em seu sucesso anterior em descrever mudanças na produção de espículas em neurônios dopaminérgicos em primatas submetidos a tarefas comportamentais relacionadas. Existem outras descrições computacionais plausíveis que também podem ser suficientes.
RESULTADOS
Após os exames, os sujeitos foram questionados sobre sua preferência pelos dois estímulos. Dezoito dos indivíduos 25 (72%) preferiram o suco, e o restante preferiu a água. A maioria dos sujeitos tinha uma preferência distinta por um ou outro, embora não tenhamos pedido para quantificá-lo. Embora tenha havido movimento significativo da cabeça durante as varreduras, todas as traduções e rotações em torno de cada estímulo foram geralmente pequenas e não foram significativamente diferentes entre qualquer uma das condições. Por exemplo, a média ± tradução SD associada a cada estímulo foi de 0.041 ± 0.069 mm na condição previsível e 0.044 ± 0.069 mm na condição imprevisível (pareado t teste;p = 0.853).
A resposta do cérebro ao fluido preferido exibiu surpreendentemente pouca atividade diferencial em relação ao fluido não preferido (Tabela1) Não observamos nenhuma diferença significativa de atividade nas regiões clássicas de recompensa, como o nucleus accumbens, o hipocampo ou o córtex pré-frontal medial. A mudança de atividade primária para preferencial> não preferencial ocorreu no córtex somatossensorial em uma área perto da boca e região da língua (t = Coordenadas 4.19, MNI, −60, −12, 16).
Regiões cerebrais que apresentam mudanças significativas na atividade medida (p <0.001 não corrigido; tamanho do cluster> 10 voxels, exceto onde indicado)
O principal efeito da previsibilidade foi substancialmente maior do que o principal efeito de preferência (Fig. 3). Para a imprevisibilidade da corrida previsível, observou-se ativação bilateral em grande extensão do córtex orbitofrontal medial que incluía o nucleus accumbens (Tabela 2). 1). Áreas adicionais de ativação incluíram uma grande área do córtex parietal bilateral e paracentralmente e pequenas ativações focais no núcleo medio-lateral esquerdo do tálamo e do cerebelo direito. Como nenhuma dessas regiões se sobrepôs ao efeito principal de preferência, elas foram ativadas ao máximo por estímulos imprevisíveis, independentemente da preferência. Para a corrida previsível relativa à imprevisível corrida, uma área do giro temporal superior direito foi ativada, bem como ativações focais no giro pré-central esquerdo e no córtex orbitofrontal lateral direito.
O principal efeito da previsibilidade mostrou que as regiões relacionadas à recompensa apresentavam uma maior resposta BOLD aos estímulos imprevisíveis. A, Planos centrados em (0, 4, −4) mostram que o núcleo bilateral accumbens / striatum ventral (NAC) e córtex parietal superior bilateral foram mais ativos na condição previsível. BUma pequena região no giro temporal superior direito foi relativamente mais ativada pelos estímulos previsíveis. A significância foi limitada emp <0.001 e uma extensão> 10 voxels contíguos.
A interação entre preferência e previsibilidade identificou áreas em que um efeito modulou o outro independentemente dos dois efeitos principais. A ínsula direita, o cingulado posterior esquerdo e o cerebelo direito exibiram uma interação significativa para o contraste (preferido-não-preferido) x (previsível – imprevisível). O contraste oposto, (preferido-não-preferido) x (imprevisível-previsível), não revelou quaisquer ativações significativas ao p Nível <0.001; no entanto, uma pequena região no giro temporal superior esquerdo (coordenadas MNI, −48, −4, −16) foi significativa no p Nível <0.01 (t = 3.15).
A simulação do computador sugeriu que recompensas imprevisíveis deveriam evocar mais liberação de dopamina do que as previsíveis (Fig.2 B). Quando as recompensas são previsíveis, cada estímulo prediz perfeitamente o subseqüente, e o sinal de erro, que se presume ser mediado pela dopamina, diminui gradualmente. Quando as recompensas são imprevisíveis, não há oportunidade para o sistema aprender, e a resposta a cada estímulo é maior.
DISCUSSÃO
Nossos resultados demonstraram uma interessante separação na resposta do cérebro à previsibilidade e aos relatórios subjetivos de preferência. A resposta cerebral à preferência foi exclusivamente cortical, mas a resposta à previsibilidade mostrou ativação específica de sistemas de recompensa, também conhecidos por serem o alvo dos neurônios dopaminérgicos do mesencéfalo. Se presumirmos que a ativação dessas áreas de recompensa é prazerosa para os seres humanos, então este achado sugere que o relatório subjetivo de preferência pode ser dissociado dos circuitos neurais conhecidos por serem determinantes poderosos dos comportamentos condicionados.
Tanto a água quanto o suco de frutas causaram ativações significativas em todo o cérebro, e embora parte dessa resposta fosse atribuível aos aspectos motores da tarefa, subconjuntos específicos dessas regiões foram decompostos em dimensões de preferência e previsibilidade. O efeito da preferência foi restrito a regiões corticais associadas ao processamento sensorial, e o estímulo preferido resultou em maior ativação nessas regiões. Essas regiões situam-se próximo ao córtex sensório-motor que se sabe ser ativado durante os movimentos da língua (Corfield e outros, 1999) e deglutição (Hamdy e outros, 1999). Em trabalhos anteriores sobre a resposta do cérebro ao movimento da língua, houve substancial ativação do cerebelo, uma descoberta notavelmente ausente no principal efeito de preferência. A resposta cerebral diferencial, isto é, preferida e não preferida, remove regiões comuns de ativação; portanto, a ausência de ativação cerebelar sugere que é improvável que os movimentos diferenciais da língua sejam a causa do padrão de ativação cortical para preferência subjetiva. O fato de uma região somatossensorial estar correlacionada com a preferência declarada foi sugestivo de que algum processamento neural diferencial ocorreu para os dois estímulos. Era surpreendente que isso se manifestasse em uma área primária de processamento sensorial e não em áreas de recompensa clássica. Embora os sujeitos tenham sido forçados a designar uma substância sobre a outra como sua preferência, ambos os fluidos foram escolhidos propositadamente para serem prazerosos, em contraste com o fato de um deles ser aversivo. Como ambos os fluidos eram geralmente agradáveis, o efeito da preferência pode não ter sido forte o suficiente para resultar em uma diferença de atividade significativa nas regiões de recompensa. Isso seria consistente com os achados de que os neurônios dopaminérgicos do mesencéfalo são preferencialmente ativados por estímulos apetitivos, ao invés de aversivos (Mirenowicz e Schultz, 1996). No entanto, nossos resultados sugerem uma diferenciação de sistema de preferência subjetiva de recompensa simples, que suporta hipóteses anteriores de que “querer” não é o mesmo que “gostar” (Robinson e Berridge, 1993).
Ao contrário do efeito de preferência, a imprevisibilidade correlacionou-se como um efeito principal significativo com a atividade no núcleo accumbens, tálamo e córtex orbitofrontal medial, enquanto previsibilidade foi correlacionada predominantemente com atividade no giro temporal superior direito. As antigas regiões correspondem estreitamente com os locais conhecidos de projecção de dopamina (Koob, 1992; Cooper et al., 1996). Foi um tanto surpreendente que a imprevisibilidade, e não a preferência, estivesse correlacionada com a atividade nessas áreas de recompensa. Se o aumento da atividade nessas regiões estivesse associado ao prazer, então poderíamos concluir que recompensas imprevisíveis eram mais prazerosas do que as previsíveis. No entanto, a maioria dos sujeitos não discerniu qualquer diferença entre as condições previsíveis e imprevisíveis. Se as recompensas imprevisíveis fossem mais prazerosas que as previsíveis, ou vice-versa, então isso deveria estar ocorrendo em um nível subconsciente. Uma explicação alternativa pressupõe que a dopamina é liberada em quantidades maiores para recompensas inesperadas (Montague et al., 1996; Schultz et al., 1997;Schultz, 1998). A dopamina pode diminuir a excitabilidade neuronal (Cooper et al., 1996) e também pode contrair diretamente a microvasculatura (Krimer et al., 1998), mas o aumento da atividade accumbens também tem sido associado ao prazer subjetivo da cocaína (Breiter et al., 1997). Esses achados sugerem que nosso aumento observado na ativação com imprevisibilidade pode estar relacionado ao aumento da liberação de dopamina, seja porque o accumbens projeta para o VTA ou porque recebe uma projeção do VTA, sendo que ambos seriam consistentes com os resultados do modelo. Essa interpretação deve ser moderada por dois fatos importantes: (1) os mecanismos que acoplariam a transmissão dopaminérgica aumentada às mudanças no sinal BOLD são desconhecidos, e (2) não temos medidas independentes de transmissão dopaminérgica, apenas mudanças na resposta BOLD. A possibilidade de que estamos observando mudanças indiretas na atividade dopaminérgica é excitante, mas não pode ser decidida inequivocamente em um experimento de fMRI. No entanto, é consistente com os achados anteriores, utilizando tomografia por emissão de pósitrons, que a dopamina é liberada no estriado ventral sob condições de incentivo monetário (Koepp et al., 1998). Juntamente com o efeito amplificador da imprevisibilidade, também é consistente com os efeitos hipotéticos da dopamina sobre o “ganho” neuronal (Cohen e Servan-Schreiber, 1992), com o resultado final, algumas regiões irão aumentar e outras irão diminuir.
As regiões específicas ativadas relativamente por imprevisibilidade correspondiam a regiões cerebrais associadas a funções apetitivas. Além do nucleus accumbens, o córtex orbitofrontal medial mostrou um efeito principal para imprevisibilidade. Esta região tem sido mostrada em primatas para integrar os aspectos recompensadores e neutros das sensações gustativas e pensa-se que reflecte principalmente os valores motivacionais destes estímulos (Rolos, 2000). Esta região também contém neurônios que discriminam a preferência relativa por recompensa (Tremblay e Schultz, 1999). O córtex orbitofrontal é tipicamente difícil de imagem com fMRI por causa do artefato de suscetibilidade dos seios nasais (Ojemann et al., 1997). No entanto, a região que identificamos é geralmente superior e caudal ao local habitual do artefato. Esta região já foi encontrada em resposta a gostos agradáveis (Francis et al., 1999). Uma segunda região, no lobo parietal superior, provavelmente não estava relacionada aos aspectos recompensadores da tarefa, mas sim ao resultado de mudanças na atenção. Esta região já havia sido implicada na atenção visuoespacial, especialmente durante as violações de expectativa (Nobre et al., 1999). Outra região, no córtex temporal esquerdo, mostrou uma modulação significativa limítrofe por imprevisibilidade. Em experimentos recentes com fMRI, o lobo temporal esquerdo foi associado ao processamento da previsibilidade de estímulos sequenciais (Bischoff-Grethe e outros, 2000). Aqui, estendemos esses achados anteriores de estímulos neutros a estímulos prazerosos, sugerindo que essa região pode realizar um monitoramento genérico da previsibilidade independentemente da valência do estímulo.
As regiões do cérebro que identificamos como respondendo à imprevisibilidade de maneira direta ou modulatória foram implicadas em vários experimentos sobre recompensa financeira. O dinheiro pode ser recompensador para os seres humanos, mas é reforçador apenas porque adquiriu essas propriedades através de condicionamento complexo. Semelhante à descoberta de que a cocaína atua em neurônios diferentes dos reforçadores naturais (Carelli et al., 2000), é possível que reforçadores condicionados, como o dinheiro, atuem em diferentes sistemas neurais do que reforçadores naturais, como alimentos e água. A atividade no estriado ventral e no mesencéfalo foi correlacionada com níveis absolutos de recompensa financeira (Thut et al., 1997;Delgado et al., 2000; Elliott et al., 2000; Knutson et al., 2000), uma constatação notavelmente ausente em nossos resultados. Como observado anteriormente, tanto o suco quanto a água eram levemente agradáveis e, portanto, pode não ter havido uma diferença substancial na recompensa absoluta, embora tenhamos assumido uma leve diferença no modelo teórico. Além disso, não usamos nenhum estímulo aversivo ou qualquer coisa que possa ser interpretada como uma recompensa negativa, o que também pode explicar essa diferença. Curiosamente, as regiões que identificamos como sendo afetadas diretamente ou amplificadas pela imprevisibilidade correspondiam às regiões anteriormente consideradas sensíveis à dependência do contexto da recompensa financeira (Rogers et al., 1999; Elliott et al., 2000). Em particular, tanto o tegumento subgenual cingulado quanto o tálamo medial foram correlacionados com a imprevisibilidade em nosso estudo e foram encontrados para ser dependente do contexto por Elliott et al. (2000).
Como a previsibilidade modulou o efeito da preferência, é importante distinguir as fontes potenciais de previsão. Em um experimento de condicionamento clássico, um estímulo neutro precede a recompensa. Após o treinamento, o estímulo anteriormente neutro torna-se o preditor ou estímulo condicionado. Como existem comparativamente poucos dados sobre o uso de estímulos orais em fMRI, optamos por simplificar o experimento e o controle dos aspectos motores da tarefa, usando dois diferentes estímulos orais, água e suco de frutas. Assim, a fonte de previsão em nosso experimento veio necessariamente da sequência de estímulos em si. De certa forma, isso é mais simples do que introduzir outra modalidade de estímulo, como uma dica visual, mas, como ambos os estímulos foram recompensadores, não podemos tirar conclusões sobre o processo de condicionamento. Tanto o modelo teórico (Schultz et al., 1997) e dados neurofisiológicos (Schultz et al., 1992, 1993) sugerem que as previsões de recompensa são calculadas durante o intervalo que precede a entrega da recompensa. Como não conhecemos a escala de tempo na qual tais previsões são computadas, optamos por analisar a experiência como simplesmente duas condições, previsíveis e imprevisíveis. Mantendo um intervalo psicologicamente razoável entre os estímulos, não houve tempo suficiente para resolver as diferenças no processamento dos estímulos intersticiais. Presumivelmente, esse processamento ocorre e isso pode ser resolvido com um experimento diferentemente projetado.
Em resumo, a atividade em regiões de recompensa humana pode ser modulada pela previsibilidade temporal de recompensas primárias, como água e suco. Esses resultados fornecem suporte importante para modelos computacionais que postulam que erros na previsão de recompensas podem direcionar a modificação sináptica e estender essas conclusões de primatas não humanos para humanos. A especificidade regional dessa modulação também sugere que a informação, como incorporada pela previsibilidade relativa de um fluxo de estímulo, pode ser uma forma de moeda neural que pode ser detectada com fMRI.
Notas de rodapé
- Receberam Novembro 11, 2000.
- Revisão recebida Janeiro 17, 2001.
- Aceito Janeiro 26, 2001.
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Este trabalho foi apoiado pelo Instituto Nacional sobre Concessão de Abuso de Drogas K08 DA00367 (para GSB) e RO1 DA11723 (para PRM), a Aliança Nacional para Pesquisa em Esquizofrenia e Depressão (GSB) e a Kane Family Foundation (PRM). Agradecemos a H. Mao, R. King e M. Martin por sua assistência na coleta de dados.
A correspondência pode ser endereçada a Gregory S. Berns, Departamento de Psiquiatria e Ciências do Comportamento, Faculdade de Medicina da Universidade Emory, 1639 Pierce Drive, Suíte 4000, Atlanta, GA 30322, E-mail:[email protected]ou P. Leia Montague, Divisão de Neurociência, Faculdade de Medicina Baylor, 1 Baylor Plaza, Houston, TX 77030, E-mail:[email protected].
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