Reacția stridentă umană la stimulentele nonrewardingale (2003)

Abstract

Deși o funcție propusă atât a striatului, cât și a aporturilor sale majore de dopamină este legată de recompense de codificare și de stimuli legați de recompensă, o perspectivă alternativă sugerează un rol mai general al striatului în procesarea evenimentelor importante, indiferent de valoarea recompensei lor. Aici definim sărăcia ca un eveniment care este atât neașteptat, cât și determină un comutator atențional-comportamental (adică trezitor). În studiul de față, s-au investigat răspunsurile striatice umane la stimulii nerecomandanți. Folosind imagistica cu rezonanță magnetică funcțională (RMN), semnalul dependent de nivelul de oxigenare a sângelui a fost măsurat ca răspuns la distractoarele vizuale clipești prezentate pe fundalul unei activități în desfășurare. Sarcina distractorului a fost manipulată prin modificarea frecvenței apariției distractorului. Distractorii prezentate rar au fost considerați mai importanți decât distractorii prezentați frecvent. De asemenea, am investigat dacă relevanța comportamentală a distractorilor a fost o componentă necesară a prudenței pentru a genera răspunsuri striatale. În primul experiment (subiecți 19), distractorii au fost relevanți comportamental prin definirea unui subset al acestora ca ținte care necesită o apăsare de buton. În cel de-al doilea experiment (subiecți 17), distractorii nu au fost relevanți din punct de vedere comportamental (adică nu au necesitat niciun răspuns). Rezultatele fMRI au evidențiat o activare crescută în nucleul obișnuit după prezentarea rară (saliență mare) în raport cu prezentarea frecventă (scăzută) a distractorilor în ambele experimente. Activitatea caudată a crescut numai atunci când distractorii erau relevanți în comportament. Aceste rezultate demonstrează un rol al striatului în codificarea evenimentelor nerecomandante. În plus, este sugerată o subdiviziune funcțională a striatului în funcție de relevanța comportamentală a stimulilor.

Introducere

Striatul a fost implicat în diferite funcții, atât motorii, cât și cognitive, însă natura exactă a funcțiilor sale rămâne esențial necunoscută. Decenii de cercetare pe animale sugerează că atât striatul, cât și aportul dopaminergic fazic joacă un rol important în codificarea recompenselor și a stimulilor asociați recompenselor (pentru revizuire, vezi Schultz, 1998; Schultz și colab., 2000). Studii recente de neuroimagistică la oameni susțin aceste afirmații (Delgado și colab., 2000; Knutson și colab., 2000, 2001a,2001b; Berns și colab., 2001, Breiter și colab., 2001; Pagnoni și colab., 2002; Elliott și colab., 2003). O perspectivă alternativă susține că, mai degrabă decât procesarea specifică a stimulilor asociați recompenselor, activitatea din striatum (inclusiv aporturile sale dopaminergice majore) codifică toate evenimentele importante, inclusiv și extinderea dincolo de recompense. Sănătatea aici se referă la stimulii neașteptate sau la schimbările de mediu care trezesc sau care provoacă un schimbător de comportament atențional (Redgrave și colab., 1999; Horvitz, 2000). Dovada acestui punct de vedere provine din studii care arată că dorsala (Rolls și colab., 1983; Caan și colab., 1984; Hikosaka și colab., 1989; Ravel și colab., 1999; Shimo și Hikosaka, 2001) și ventral (Williams și colab., 1993; Setlow și colab., 2003) neuronii striatici raspund la astfel de stimuli salienti, incluzand evenimente trezitoare, aversive, inedite si relevante din punct de vedere comportamental, mai ales atunci cand sunt neasteptate. Mai mult decât atât, prezentarea de stimuli nerevenționanți salienti în mai multe modalități crește nivelul de dopamină în striatum și crește arderea neuronului dopaminergic la nivelul creierului mediu (pentru revizuire, vezi Horvitz, 2000). Aceste descoperiri leagă striatul cu procesarea evenimentelor importante, deoarece aproape toate celulele striatale sunt inervate de proiecții dopaminergice ale creierului mijlociu (Groves și colab., 1995). În afara unui context plin de satisfacții, procesarea striatală a evenimentelor salariale este cea mai mare parte neexplorată la om. Câteva studii de neuroimagistică umană au relevat o activitate striatică crescută ca răspuns la ambele pedepse (Knutson și colab., 2000, 2003) și stimuli aversivi (Becerra și colab., 2001); cu toate acestea, nu orice investigație a pedepsei la om a găsit o activitate striatică crescutăDelgado și colab., 2000). Astfel de rezultate contradictorii sugerează că fie contextul comportamental, fie mărimea stimulului joacă un rol important în modularea funcției striatale. Din câte știm, rolul striatului în procesarea stimulilor neutri neutri nu a fost investigat în mod specific la om.

Folosind imagistica prin rezonanță magnetică funcțională (fMRI), am căutat să investigăm modul în care activitatea striatului uman (caudat, putamen și nucleul accumbens) a fost modulată de evenimente neutre. În experimentele prezente, distractorii vizuali pâlpâitori au fost prezentați în afara atenției subiecților. Distincția a fost manipulată prin modificarea frecvenței apariției distractorului. Evenimentele mai puțin frecvente sunt mai evidente, deoarece apariția lor este inerent mai puțin previzibilă decât cea a celor frecvente. Am efectuat două experimente pentru a determina dacă stimulii trebuiau să fie relevanți din punct de vedere comportamental, mai degrabă decât trezirea înnăscută pentru a provoca activarea striatală. În primul experiment, distractorii au fost relevanți din punct de vedere comportamental în sensul că au nevoie de un răspuns, în timp ce în al doilea experiment, distractorii au fost irelevanți din punct de vedere comportamental, nefiind necesari niciodată un răspuns. Am emis ipoteza că un semnal fMRI mai mare ar fi măsurat în striatum până la cei mai puțini (saliență ridicată) în raport cu distractorii frecvenți (saliență scăzută) și că activitatea striatală ar fi modulată de relevanța comportamentală.

Materiale și metode

Subiecte. Treizeci și șase de adulți drepți, sănătoși (femele 19, bărbați 17), cu vârsta 19-44, au fost incluși în studiu, 19 în experimentul 1 și 17 în experimentul 2. Având în vedere asemănarea dintre cele două experimente, două probe separate de subiecți au fost recrutați pentru experimente pentru a evita confundările testare. Subiecții din ambele grupuri au fost prelevate din aceeași populație (recrutate din comunitatea Universității Emory, similare demografic între grupuri, fără diferențe semnificative de vârstă între grupuri). Subiecții nu aveau antecedente de tulburări neurologice sau psihiatrice și au dat consimțământul informat pentru un protocol aprobat de Consiliul de revizuire instituțional al Universității Emory.

Sarcini experimentale. Toate prezentările de stimulare și înregistrările timpilor de reacție au fost efectuate cu software de prezentare (Neurobehavioral Systems, Inc., San Francisco, CA).

Experimentul 1 este reprezentat în diagramă Figura 1 A. În timp ce se aflau în scaner, subiecții vedeau una dintre cele patru forme albastre (pătrat, dreptunghi, cerc sau triunghi) prezentate în ordine aleatorie în centrul unui ecran negru pentru 750 msec în cadrul unui interval interstimulus 2000 msec (ISI). Subiecților li s-a spus că vor vedea forme albastre, pe rând, în centrul unui ecran. Au fost instruiți să apese butonul 1 folosind degetul arătător drept de fiecare dată când a apărut un triunghi (stimuli țintă). Celelalte forme au fost desemnate nontargets. Într-un subset al netargetelor, a apărut pe fundal un distractor important sub forma unui cerc sau triunghi mai mic, alb, pâlpâind (28 Hz) (într-una din cele patru locații ale colțului ecranului la întâmplare). Subiecților li s-a spus că o formă albă pâlpâitoare ar apărea ocazional pe fundalul sarcinii în curs și au fost instruiți să apese butonul 2 folosind degetul mijlociu drept doar atunci când distractorul era un triunghi (distractor de răspuns). Nu li s-a cerut să reacționeze la distractorii cercului (distractori fără răspuns). Ambele tipuri de distractor (răspuns și non-răspuns) au fost relevante din punct de vedere comportamental prin faptul că acestea au necesitat un răspuns. Ca atare, distractorii au determinat un schimbător momentan de atenție și de comportament. O singură sesiune experimentală a fost formată din patru runde care au durat 240 sec fiecare, cu prezentări de stimuli 116. În fiecare rulare, stimulul țintă al triunghiului central a apărut de 29 de ori.

 

Vedeți versiunea mai mare: 

• În această pagină
• Într-o fereastră nouă
• Descărcați ca prezentare PowerPoint

Figura 1. 

Schema sarcinilor. Fiecare stimul a apărut pentru 750 msec (ISI, 2000 msec). Săgețile cu o singură coadă indică o apăsare a butonului 1; săgeata cu coadă dublă indică un buton 2 apăsat. A, Extras din experimentul 1, distractoare relevante pentru comportament, alergare frecventă. Distractorii albi apar ca cercuri sau triunghiuri pâlpâind în fundalul sarcinii în curs. Subiecților li s-a cerut să apese butonul 1 când a apărut un triunghi albastru (prezentat aici în gri) și butonul 2 când distractorul alb în fundal era un triunghi. B, Extras din experimentul 2, distractoare irelevante comportamental, alergare frecventă. Distractorii albi au apărut ca niște cercuri pâlpâind în fundalul sarcinii în curs. Subiecților li s-a cerut să apese butonul 1 când a apărut un triunghi albastru (prezentat aici în gri). Nu s-au răspuns la distractori. În ambele experimente, distractorii au apărut aleatoriu în timp și spațiu. Orice tipare detectate în figură sunt pur coincidente. Experiențele rare ale ambelor experimente (datele nu sunt arătate) au fost aceleași, cu excepția faptului că distractorii au avut loc mai rar.

Sarcina stimulilor distractori a fost manipulată prin schimbarea frecvenței lor de apariție; cu cât frecvența este mai mare, cu atât este mai probabil ca un anumit studiu să conțină un distractor, deci o frecvență mai mare a fost asociată cu o predictibilitate mai mare în medie și cu o scădere mai mică. Într-o rundă, un stimul distractor a apărut de 25 ori (frecvent), cu 1-4 (mediu, 2.9) stimuli între stimuli distractori consecutivi. În celelalte trei runde, un stimul distractor a apărut doar de 4 ori (rareori), cu stimuli 24-32 (medie, 28.5) între stimuli distractori consecutivi. Având trei rulaje rare, au existat destui stimuli distractori rare, pentru a realiza o analiză statistică a puterii adecvate. În toate rulările, stimulii distractori au apărut neregulat în timp și niciodată în același timp ca o țintă a triunghiului central. Subiecților nu li s-a cerut să fixeze și au fost liberi să-și miște ochii. Ordinea de rulare a fost contrabalansată între subiecți.

Experimentul 2 este reprezentat în diagramă Figura 1 B. Un grup separat de subiecți a îndeplinit aceeași sarcină descrisă mai sus, cu excepția următoarelor diferențe: distractorii erau toate cercurile și lipsite de relevanță comportamentală, prin faptul că nu au necesitat niciodată un răspuns. Subiecților li s-a spus că vor vedea forme albastre, pe rând, în centrul ecranului și au fost instruiți să apese butonul 1 folosind degetul arătător drept de fiecare dată când apare un triunghi. În experimentul 2, distractorii nu au fost menționați subiecților atunci când au fost date instrucțiuni. Din nou, sărăcia distractorilor a fost manipulată prin schimbarea frecvenței acestora. Deși nu sunt relevante din punct de vedere comportamental, distractorii rare au fost considerați evidentiți în virtutea proprietăților lor înnăscute trecătoare (adică, contrastul crud și pâlpâirea).

imagistica fMRI. Scanarea a fost efectuată pe un scaner 1.5 Tesla Philips Intera (Eindhoven, Olanda). Pentru fiecare subiect, a fost obținută o imagine structurală ponderată de T1 pentru referință anatomică, urmată de patru runde funcționale ale creierului întreg de scanări 120, fiecare pentru a măsura efectul dependent de nivelul de oxigenare al sângelui (BOLD) cu gradul T2 * (BOLD). imagistica plană; timp de repetiție, 2000 msec; timp de ecou, ​​40 msec; flip unghi, 90 °; 64 × 64 matrice; câmp vizual, 240 mm; 24 5 mm felii dobândite paralel cu linia comisurală anteroposterior). Mișcarea capului a fost redusă cu umplere.

analiza fMRI. Datele au fost analizate utilizând maparea parametrică statistică (SPM99) (Friston și colab., 1995b). Pentru fiecare subiect, primele 12 scanări din fiecare rundă au fost excluse din analiză pentru a descărca artefacte legate de faza tranzitorie de magnetizare. Corecția de sincronizare a tranșelor a fost utilizată pentru a se ajusta diferențele de timp rezultate din achiziționarea de imagini multizice. Corecția mișcării la prima scanare funcțională a fost efectuată la subiecți utilizând o transformare a corpului rigid cu șase parametri. Imaginea anatomică a fiecărui individ a fost co-înregistrată la media imaginilor sale funcționale folosind o transformare a corpului rigid și apoi normalizată spațial la șablonul Institutului Neurologic din Montreal (MNI) conform sistemului de orientare Talairach (Talairach și Tournoux, 1988) prin aplicarea unei transformări afine a parametrilor 12 urmată de deformare neliniară folosind funcții de bază (Ashburner și Friston, 1999). Parametrii de transformare calculați au fost aplicați la toate imaginile funcționale, interpolând la o dimensiune finală de voxel de 4 × 4 × 4mm ³. Imaginile au fost ulterior netezite spațial cu un nucleu gaussian izotropic 8 mm și filtrate temporal cu o funcție de netezire a răspunsului hemodinamic sintetic pentru a atenua componentele de înaltă frecvență ale semnalului rezultate din zgomot.

O analiză statistică legată de evenimente cu efect aleatoriu a fost efectuată cu SPM99 (Friston și colab., 1995a, 1999) într-o procedură pe două niveluri pentru fiecare experiment. Pentru experimentul 1, la primul nivel, a fost specificat un model liniar general separat pentru fiecare subiect. Răspunsurile BOLD la patru tipuri de evenimente (netargeturi, ținte, distractori de răspuns și distractori fără răspuns) pentru fiecare rulare au fost modelate cu o funcție de bază constând dintr-o funcție de răspuns hemodinamic sintetic (constând din două funcții gamma deplasate 2 sec una de alta) și primul său ordin derivat temporal. O imagine de contrast a fost calculată pentru fiecare subiect care corespunde efectului principal al frecvenței distractorului: distractoare rare, mai mari decât cele distractoare frecvente (indiferent de tip). Imaginile de contrast individuale au fost apoi introduse într-o analiză de nivelul doi folosind un singur eșantion t Test. Harta statistică sumară rezultată a fost pragată la p <0.05 (necorectat pentru comparații multiple), apoi s-a aplicat o corecție de volum mic (SVC) la șase regiuni sferice de interes (ROI) cu rază de 6 mm. Din cauza a priori ipoteză cu privire la striatum, ROI-urile au fost centrate pe următoarele locații (coordonatele MNI): nucleul drept accumbens, 12, 8, -8; nucleul stâng accumbens, -12, 8, -8; caudat drept, 12, 8, 12; caudat stâng, -12, 8, 12; putamen drept, 24, 4, 4; și putamen stânga, -24, 4, 4 (Fig. 2). Coordonatele corespunzătoare fiecărui ROI s-au bazat pe cele specificate de baza de date Talairach Daemon (Lancaster și colab., 2000), astfel cum este implementat în software-ul AFNI (Cox, 1996), care a fost folosit și pentru a converti coordonatele Talairach în coordonatele MNI corespunzătoare. Corecția volumului mic este o aplicație restricționată a teoriei câmpului Gaussian aleatoriu pentru a ține cont de comparații multiple atunci când inferența statistică este limitată a priori regiunea de interes specificată (Worsley și colab., 1996). Pentru fiecare subiect, estimările parametrilor (adică, mărimea efectului exprimată ca procent din intensitatea medie globală a scanărilor) a fiecărui tip de distractor (răspuns și nerespect) în cele două condiții (frecvente și rare) au fost mediate pe voxele din ROI specificate care a supraviețuit p_SVC <0.05 pentru contrast, distractori mai puțini decât distractori frecvenți. Deoarece distractorii rare au avut ca rezultat o activare mai mare decât distractorii frecvenți, am efectuat o post hoc evaluarea contribuțiilor individuale ale răspunsului și ale distractorilor fără răspuns la starea rară. Acest lucru a fost testat cu o comparație în perechi pe estimările parametrilor pentru distractorii de răspuns fără răspuns sau în condițiile rare. Aceeași analiză pentru experimentul 1 a fost realizată pentru experimentul 2, cu excepția faptului că, în experimentul 2, a existat un singur tip de distractor (non-răspuns), au fost modelate trei, mai degrabă decât patru tipuri de evenimente: netargete, ținte și distractori. Evaluarea contribuțiilor individuale ale distractorilor de răspuns și de reacție care au fost efectuate în experimentul 1 nu s-a aplicat în acest al doilea experiment.

 

Vedeți versiunea mai mare: 

• În această pagină
• Într-o fereastră nouă
• Descărcați ca prezentare PowerPoint

Figura 2. 

Locațiile următoarelor ROI bilaterale: nucleus accumbens, putamen și caudat. ROI sunt afișate pe secțiuni axiale ale unui model RMN structural.

Într-o analiză separată, imaginile de contrast individuale de primul nivel din experimentele 1 și 2 au fost introduse într-o analiză de nivel secundar folosind o probă din două t test pentru a evalua interacțiunea relevanței comportamentale cu sensibilitatea. Deoarece subiecții din fiecare experiment au fost eșantionați din aceeași populație (adică, două grupuri diferite de indivizi din aceeași populație), orice diferențe între aceste grupuri ar putea fi atribuite diferențelor de sarcini (adică, relevanța comportamentală a distractorului). Pentru fiecare contrast de interacțiune, (1) (distractori rare - distractori frecvenți) × (relevant - irelevant) și (2) (distractori rare - distractori frecvenți) × (irelevant - relevant), harta statistică sumară a fost prag la p <0.05 și apoi s-a aplicat un SVC la aceleași ROI sferice cu o rază de 6 mm specificate în analizele cu o singură probă de mai sus.

REZULTATE

În ambele experimente, subiecții au făcut în medie mai puțin de o eroare pe runda. În experimentul 1, timpii de reacție la distractorii de răspuns au fost semnificativ mai lungi pentru distractorii prezentați rareori (medie ± SE = 683 ± 27 msec) decât pentru distractorii prezentați frecvent (medie ± SE = 623 ± 24 msec) (p <0.001; asociat t Test). Timpurile de reacție la țintele triunghiului central în rularea frecventă (medie ± SE = 598 ± 20 msec) și rulările rare (medie ± SE = 579 ± 19 msec) au fost, de asemenea, semnificativ diferite în experimentul 1 (p = 0.008; împerecheat t Test). În experimentul 2, nu a existat nicio diferență semnificativă în timpul de reacție la țintele triunghiului central între rularea frecventă (media ± SE = 468 ± 17 msec) și rulările rare (media ± SE = 456 ± 14 msec) (p = 0.132; împerecheat t Test).

Rezultatele fMRI ROI pentru contrast, distractoare rare, mai mari decât cele distractoare frecvente, în experimentul 1 și experimentul 2 sunt rezumate în Tabelul 1. În experimentul 1 (distractori relevanți din punct de vedere comportamental), din cele șase ROI striatale investigate, activări semnificative au avut loc bilateral în caudat și nucleul accumbens. Estimările parametrilor subiecților pentru fiecare tip de distractor în ROI caudat bilateral și nucleu accumbens (ROI putamen nu conțineau voxeli activați în mod semnificativ) au relevat că în toate cele patru clustere, cel mai mare semnal a fost măsurat pentru distractorii care nu au răspuns frecvent comparativ cu celelalte tipuri de distractor incluzând distractorii cu răspunsuri rare (Fig. 3). Pentru experimentul 2, numai nucleul stâng accumbens ROI a conținut activare semnificativă.

 

Vedeți versiunea mai mare: 

• În această pagină
• Într-o fereastră nouă
• Descărcați ca prezentare PowerPoint

Figura 3. 

În experimentul 1, estimările parametrilor subiectelor individuale reprezentând dimensiunile efectului (procentul din intensitatea medie globală) au fost calculate în medie între voxelurile activate semnificativ în ROI pentru contrast, distractori mai puțini decât distractori frecvenți. ROI cu activări semnificative au fost nucleul accumbens bilateral și caudatul. Estimările contrastului sunt reprezentate grafic pentru distractorii mai puțin frecvenți în raport cu distractorii frecvenți, indiferent de cerința de răspuns (A). Distractorii rare au fost împărțite în funcție de cerința de răspuns și sunt plasmate estimările de contrast pentru distractoarele de nerespondență frecvente în raport cu distractorii de răspuns rare (B). Parcele de bare reprezintă medii și SE în cadrul subiecților. ^*p <0.05; ^**p <0.005; ^***p <0.001.

Rezultatele analizei RMN care compară relevanța comportamentală între cele două experimente sunt rezumate în Tabelul 2. Pentru interacțiune (distractori rare - distractori frecvenți) × (relevant - irelevant), activarea semnificativă a avut loc în caudat bilateral. Niciun alt ROI nu a avut activări. Interacțiunea (distractori rare - distractori frecvenți) × (irelevantă - relevantă) nu a dus la nicio ROI activă în mod semnificativ.

Discuție

Folosind IRMM, studiul de față a investigat modul în care activitatea umană striatică a fost modulată de sărăcia de stimuli nerevelați. Stimuli considerați izbucniți trebuie să fie neașteptați și treziți (adică, să atragă atenția). În studiul de față, subiecții au efectuat o sarcină continuă de performanță continuă, concepută pentru a-și concentra atenția, dar activitatea creierului legată de îndeplinirea acestei sarcini centrale nu a fost de interes. Stimulii de interes erau stimuli distractori care pâlpâie pe fundalul unora dintre netargeturile din sarcina centrală. Salența a fost manipulată pe două dimensiuni: frecvența (mai frecventă, mai puțin importantă) și relevanța comportamentală.

O caracteristică importantă a sarcinilor noastre a fost manipularea așteptărilor stimulilor distractori prin frecvență. În fiecare experiment, frecvența apariției distractorului a fost modulată între rulaje pentru a modifica așteptarea distractorului și, prin urmare, scurgerea. Atunci când evenimentele apar mai frecvent, ele devin mai așteptate și mai puțin primitoare. Stimulii rare cu intervale lungi între evenimente consecutive sunt neașteptate și, prin urmare, mai evidente. Conform definițiilor acceptate ale infracvenței (McCarthy și colab., 1997; Clark și colab., 2000; Kirino și colab., 2000), distractori rare au apărut în <10% din studii. În cadrul fiecărui experiment, proprietățile distractorului, incluzând locația, momentul exact și tipul de distractor, au fost pseudorandomizate în fiecare cursă, astfel încât singura manipulare a calității provenea din frecvența relativă. În experimentul 1, timpii de reacție pentru distractorii mai puțini au fost semnificativ mai mari decât pentru distractorii frecvenți, demonstrând un corelat comportamental de predictibilitate.

Pe lângă predictibilitate, capacitatea de a atrage atenția în mod preferențial contribuie foarte mult la stimularea creșterii. Acest aspect al sărăciei poate fi dependent de contextul comportamental (adică, pe baza relevanței comportamentale a stimulului) sau independent de contextul comportamental (adică pe baza trăsăturilor de stimul intrinseci) (Downar și colab., 2002). În experimentele noastre, am manipulat contextul comportamental. În experimentul 1, distractorii au fost relevanți din punct de vedere comportamental în virtutea unui răspuns potențial. În experimentul 2, distractorii au fost irelevanți din punct de vedere comportamental, deoarece distractorii nu aveau importanță pentru sarcină, iar subiecții nu trebuiau să le răspundă. Subiecții au raportat, totuși, că „au observat” distractorii. Când distractorii din experimentul 2 au fost prezentate în mod rar, ei au fost considerați încă deosebiți din cauza unor caracteristici independente de contextul comportamental, inclusiv contrastul lor puternic de culoare pe fondul negru (spre deosebire de formele albastre mai puțin contrastante în sarcina în curs) și natura lor pâlpâitoare. . În plus față de proprietățile intrinseci ale stimulilor, distractorii din experimentul 1 au avut o dimensiune adăugată la prinderea lor ca urmare a consecințelor lor comportamentale potențiale. Important este că ambele tipuri de distractor (răspuns și non-răspuns) din experimentul 1 au impus subiecților să întrerupă momentan sarcina în curs, să redirecționeze resursele către distractor și să răspundă la acesta, deși apăsarea butonului a apărut doar la distractorii cu răspuns (triunghi).

Rezultatele studiului relevă faptul că activitatea din nucleul obișnuit a crescut ca răspuns la schimbări neașteptate, care provoacă schimbări în mediul vizual (adică apariția distractoarelor pâlpâitoare), în timp ce caudatul a fost recrutat doar atunci când un astfel de stimul a fost relevant comportamental. Aceste modele de activitate sunt în concordanță cu studiile anterioare la animale. Neuronii caudati raspund la indicii si stimuli vizuali, dar raspunsurile nu sunt de obicei vazute atunci cand acesti stimuli sunt independenti de sarcina (Rolls și colab., 1983). Aosaki și colab. (1994) au raportat că neuronii din caudat nu răspund la un indiciu înainte de antrenament; cu toate acestea, aceștia răspund la indiciu după ce au aflat că semnalul indică recompensa viitoare și astfel începe să lingă. Pe de altă parte, nucleul accumbens răspunde la excitarea stimulilor vizuali, chiar și atunci când nu are relevanță pentru sarcini (Williams și colab., 1993). Nu am observat nicio modulare semnificativă a activității în putamen, care este în concordanță cu datele care sugerează că putamenul este cel mai direct legat cu controlul motor (Alexandru și Crutcher, 1990) mai degrabă decât sărăcie în sine.

Din datele noastre, concluzionăm că striatul uman (caudatul și nucleul accumbens) joacă un rol în procesarea evenimentelor saliente, altele decât recompensele, dar răspunsul nu este omogen pe tot parcursul striatului. Redgrave și colab. (1999) a propus ca activitatea din striatum să furnizeze un semnal pentru a schimba resursele atenționale sau comportamentale, sau ambele, la stimuli neașteptate care generează astfel de răspunsuri. În conformitate cu această teorie, rezultatele noastre sugerează că nucleul accumbens răspunde atunci când este declanșat un comutator atențional, în timp ce caudatul răspunde atunci când este declanșat un comutator de comportament.

O interpretare alternativă poate fi aceea că subiecții au descoperit că răspunsul la distractorii din experimentul 1 a fost mai satisfăcător decât să nu răspundă distractorilor din experimentul 2. În această privință, activarea diferențială a striatului (caudat) ar fi cauzată de o diferență de stare internă de recompensă. Totuși, această interpretare este puțin probabilă, având în vedere că cei mai puțin frecvente distractori de nerespuns, mai degrabă decât distractorii de răspuns, au generat cea mai mare activitate dorsală și ventrală striatală. Dacă ipoteza recompensei interne ar fi adevărată, atunci a nu răspunde ar trebui să fie mai plină de satisfacții decât a răspunde, un scenariu care pare implauzibil. Cel mai mare semnal după distractoare nerespective rare, de asemenea, oferă dovezi că activitatea striatală din experimentul 1 nu a fost atribuită executării motorii (deși implicarea sa în inhibarea motorie nu poate fi exclusă).

Interpretarea rezultatelor prezente se bazează pe manipularea sănătății prin modificarea frecvenței distractoare. Cu toate acestea, în experimentul 1 trebuie remarcat faptul că efectul frecvenței ar putea fi interpretat diferit. Subiecții au fost nevoiți să comute între două canale stimul-răspuns atât frecvent, cât și rar. Prin urmare, efectul frecvenței poate reflecta diferențe în ceea ce privește viteza de modificare a selecției răspunsului, mai degrabă decât scadența. Din câte știm, striatul nu a fost implicat în rata de codificare a selecțiilor de răspuns modificate, deși studiile viitoare care manipulează deficiența de stimul în alte moduri decât alterarea frecvenței sale de apariție ar putea aborda această problemă.

Răspunsurile creierului la stimuli salienti rari au fost evaluate în alte moduri, cum ar fi paradigmele ciudate, dar activitatea striatală nu a fost raportată în aceste studii (McCarthy și colab., 1997; Clark și colab., 2000; Kirino și colab., 2000; Casey și colab., 2001). Dacă striatul codifică evenimente neașteptate care provoacă un schimb de atenție sau comportament, după cum sugerează rezultatele noastre, atunci paradigmele ciudate ar putea să nu fie eficiente pentru evocarea activărilor striatale. În paradigmele ciudat mai sus menționate, fiecare stimul a apărut în centrul atenției, astfel încât niciun comutator nu a fost declanșat. Prin prezentarea stimulilor în centrul atenției, subiecții se așteptau să apară un stimul într-o locație previzibilă și, de obicei, la un moment previzibil. Deși erau rare în comparație cu alți stimuli din sarcină, stimulii de interes nu erau neașteptați, așa cum ar fi și dacă sunt prezentați în afara sarcinii. În studiul de față, am evitat aceste confuzii prezentând distractorii în afara focalizării atenției, permițându-ne astfel să modulăm atât așteptarea stimulului, cât și relevanța comportamentală.

Trebuie menționat că semnalul măsurat în RMN este o măsură indirectă a modificărilor fluxului sanguin cerebral, care tinde să fie mai corelat cu activitatea presinaptică decât spinningul postsinaptic (Logothetis și colab., 2001). Semnalul BOLD nu poate fi asociat direct cu activitatea în anumite tipuri de celule și nu reprezintă o măsurare a eliberării specifice a neurotransmițătorului. Nu suntem în măsură să legăm rezultatele prezente cu neuroni specifici în striatum (de exemplu, interneuronii tonic activi (TAN) sau neuroni de proiecție a spinării medii] sau modificări directe în transmiterea dopaminei. Cu toate acestea, deoarece semnalul BOLD este mai corelat cu activitatea presinaptică, activările observate în interiorul striatului nu reprezintă probabil viteze de vârf ale neuronilor de proiecție striatală. TAN-urile includ ∼2% din toate celulele striatale (Pisani și colab., 2001); prin urmare, este puțin probabil ca TAN-urile să fie singurele responsabile pentru modificările raportate în activitatea striatală. Intrări dopaminergice, care răspund la evenimente importante (Horvitz, 2000), poate interacționa cu aporturi corticale glutamatergice convergente în striatum prin amplificarea intrărilor corticale puternice (înrudite cu salientul) și amortizarea intrărilor corticale slabe (înrudite cu nonsalienți) (Nicola și colab., 2000; Horvitz, 2002). Această interacțiune ar putea fi responsabilă pentru modificările semnalului observate în striatum în experimentele noastre. În studiul de față, deși aporturile de dopamină inervează întregul striatum, activarea diferențială a striatului între experimente ar fi putut avea loc ca urmare a recrutării diferitelor inputuri corticale care codifică relevanța comportamentală. Analiza actuală a fost limitată la striat; cu toate acestea, ar fi interesant în studiile viitoare să se examineze care sunt zonele corticale recrutate și în condiții de sarcină similare.

În concluzie, rezultatele prezentului studiu extind rolul striatului de la procesarea recompenselor la procesarea săraciei. Mai exact, datele noastre sugerează că nucleul accumbens joacă un rol în codificarea evenimentelor trezitoare neașteptate, în timp ce activitatea caudată este mai strâns legată de relevanța comportamentală a stimulilor. Această noțiune nu este incompatibilă cu teoria recompenselor din striatum. Atât recompensele neașteptate, cât și stimulele legate de recompense sunt relevante prin faptul că sunt relevante din punct de vedere comportamental, în special pentru un animal lipsit de alimente (așa cum se întâmplă adesea în studiile care investighează procesarea recompenselor), iar comportamentele în curs de desfășurare trebuie întrerupte pentru a aborda și consuma recompense. Prezentul studiu oferă dovezi că activitatea în striatul uman codează mai mult decât recompense sau chiar stimuli care pot duce la recompense. Mai degrabă, sistemul striatal ar fi putut evolua mai general pentru a subzista procesarea oricărui stimul important.

Note de subsol

• Primite mai 5, 2003.
• Revizuirea a primit iulie 10, 2003.
• A acceptat iulie 16, 2003.

• Această lucrare a fost susținută de Institutele Naționale de Granturi de Sănătate RO1 EB002635 și K08 DA00367 către GSB

• Corespondența trebuie adresată Dr. Gregory S. Berns, Departamentul de Psihiatrie și Științe ale Comportamentului, 1639 Pierce Drive, Woodruff Memorial Research Suite 4000, Atlanta, GA 30322. E-mail: [e-mail protejat].

• Copyright © 2003 Societatea pentru Neuroștiințe 0270-6474 / 03 / 238092-06 $ 15.00 / 0

Referinte

1. ↵
   Alexander GE, Crutcher MD (1990) Arhitectura funcțională a circuitelor ganglionare bazală: substraturi neuronale de procesare paralelă. Tendințe Neurosci 13: 266-271.

   CrossRefMedline
2. ↵
   Aosaki T, Tsubokawa H, Ishida A, Watanabe K, Graybiel AM, Kimura M (1994) Răspunsurile neuronilor activi din punct de vedere tonic din striatul primatului suferă modificări sistematice în timpul condiționării senzorimotorii comportamentale. J Neurosci 14: 3969-3984.

   Abstract
3. ↵
   CrossRefMedline