- Neuroimage. 2007 okt 15; 38 (1-9): 194 – 202.
- doi: 10.1016 / j.neuroimage.2007.06.038
PMCID: PMC2706325
Bianca C. Wittmann, Nico Bunzeck,b Raymond J. Dolan,a in Emrah Düzelb,c,⁎
Ta članek je bil citira drugi členi v PMC.
Minimalizem
Osrednja vloga pri prejemanju nagrad ima dopaminergični srednji možgan, ki obsega substantia nigra in ventralno tegmentalno območje (SN / VTA). To regijo aktivirajo tudi novi dražljaji, kar povečuje možnost, da imata novost in nagrada skupne funkcionalne lastnosti. Trenutno ni jasno, ali funkcionalne vidike obdelave nagrad v SN / VTA, in sicer aktiviranje z nepričakovanimi nagradami in napotki, ki napovedujejo nagrado, prav tako označujejo novosti. Za reševanje tega vprašanja smo izvedli eksperiment fMRI, med katerim so preiskovanci videli simbolične znake, ki so napovedovali nove ali znane slike prizorov z veljavnostjo 75%. Pokažemo, da so SN / VTA aktivirali znaki, ki napovedujejo nove slike, pa tudi nepričakovane podobe romanov, ki so sledile znakom napovedovanja znakov, odzivom "nepričakovane novosti". Hipokampus, regija, vpletena v odkrivanje in kodiranje novih dražljajev, je pokazala pričakovani odziv novosti, vendar se je odzivalnega profila SN / VTA razlikovala v odzivu ob izidu na pričakovano in "nepričakovano" novost. V vedenjskem podaljšanju eksperimenta se je spominjanje povečalo glede na domačnost, če primerjamo spominski spomin z zamudo za pričakovane nove dražljaje z nepričakovanimi novimi dražljaji. Ti podatki razkrivajo skupne odzive SN / VTA na pričakovanje nagrade in predvidevanje novih dražljajev. Predlagamo, da ta anticipativni odziv kodira motivacijsko raziskovalno novost, ki skupaj s anticipirajočo aktivacijo hipokampusa vodi do večjega kodiranja novih dogodkov. Na splošno gledano podatki kažejo, da je lahko dopaminergična obdelava novosti pomembna pri raziskovanju novih okolij.
Predstavitev
Posnetki z enim nevronom na živalih in nedavne študije funkcionalnega slikanja z magnetno resonanco (fMRI) pri ljudeh zagotavljajo konvergentne dokaze, da se SN / VTA srednji možganski del aktivira ne samo z nagrado (Schultz, 1998) pa tudi z novimi dražljaji tudi v odsotnosti okrepitve (Schultz et al., 1997; Schott in sod., 2004; Bunzeck in Duzel, 2006). Aktiviranje SN / VTA z novostmi odpira možnost, da bi lahko imela novost lastne nagrajujoče lastnosti. V tem primeru bi morale za obdelavo novosti veljati tudi značilnosti obdelave nagrad, na primer časovni premik odgovorov v kondicioniranju. V paradigmi pričakovanja nagrad dopaminergični nevroni kodirajo napoved, ko se ugotovijo možni dogodki med napovednim dražljajem in kasnejšimi podelitvijo nagrad. Konkretno se ti nevroni odzovejo na prvega zanesljivega napovedovalca nagrade, vendar ne prejemajo več nagrade (Ljungberg in sod., 1992; Schultz et al., 1992, 1997; Schultz, 1998). Ali obdelava novosti v SN / VTA kaže tudi te lastnosti, povezane z nagrajevanjem, ni jasno.
Hipokampus je kritičen pri oblikovanju epizodnih dolgoročnih spominov na nove dogodke (Vargha-Khadem in sod., 1997; Duzel in sod., 2001) in verjamejo, da je glavni vložek za signal novosti v SN / VTA (Lisman in Grace, 2005). Dopamin, ki ga sproščajo nevroni SN / VTA, je ključnega pomena za stabilizacijo in vzdrževanje dolgotrajne potenciranosti (LTP) in dolgotrajne depresije (LTD) v hipokampalni regiji CA1 (Frey in sod., 1990, 1991; Huang in Kandel, 1995; Sajikumar in Frey, 2004; Lemon in Manahan-Vaughan, 2006; za pregled glejte Jay, 2003). Podatki fMRI kažejo, da sta skupna SN / VTA in aktivacija hipokampa povezana z uspešno dolgoročno tvorbo spomina (Schott et al., 2006) in z nagradami izboljšanje kodiranja novih dražljajev (Wittmann in sod., 2005; Adcock in sod., 2006). V luči takih zbranih dokazov najnovejši modeli oblikovanja spomina, odvisnega od hipokampusa, poudarjajo funkcionalno povezanost med odkrivanjem novosti v hipokampusu in povečanjem plastičnosti hipokampa z novostjo dopaminergično modulacijo, ki izhaja iz SN / VTA (Lisman in Grace, 2005). Vprašanje, ali se SN / VTA aktivira s pričakovanjem novosti, presega konceptualno razumevanje razmerja med novostjo in nagrado, da bi sprejeli mehanizme plastike hippokampa. Poleg tega se pred kratkim domneva, da bi razumevanje razmerja med novostjo in predelavo nagrad v SN / VTA lahko pokazalo povezavo med motivacijo, vedenjem, ki išče novost in raziskovanjem (Bunzeck in Duzel, 2006; Knutson in Cooper, 2005).
Raziskovali smo anticipativne odzive na nove in znane dražljaje v paradigmi fMRI, ki je bila oblikovana po postopkih predvidevanja nagrade (Slika 1). Barvni kvadratki so služili kot znaki, ki so napovedovali nadaljnjo predstavitev novih ali prej seznanjenih podob prizorov. Preiskovanci so bili poučeni, da se udeležijo vsake iztočnice in nato čim hitreje in natančneje navedejo, ali je naslednja slika znana ali nova. Ker je eksperiment s fMRI zahteval veliko število preskušanj, smo izvedli tudi povsem vedenjsko različico, v kateri so bila številka preskušanja bolj optimalna, da bi ocenili, kako je epizodični pomnilnik vplival na pričakovanje novosti s paradigmo spominjanja / poznavanja (Tulving, 1985).
Poskusni postopki
Predmeti
V poskusu je sodelovalo petnajst zdravih odraslih (povprečna starost [± SD] 24.5 ± 4.0 leta, vsi desničarji, 7 moških). Vsi udeleženci so pisno soglašali s sodelovanjem, študija pa je bila v skladu s smernicami etičnega odbora Univerze v Magdeburgu na Medicinski fakulteti.
Eksperimentalna paradigma
Uporabili smo 245 sivinskih ležečih fotografij z normalizirano svetilnostjo. Udeleženci so prejeli pisna navodila, vključno z izpisi petih slik, ki so bile izbrane za seznanitev. Pred vstopom v optični bralnik je bila vsaka od teh slik osemkrat predstavljena na računalniškem zaslonu v naključnem vrstnem redu (trajanje: 1500 ms, ISI: 1200 ms), medtem ko je bilo udeležencem naročeno, naj pozorno gledajo. V optičnem bralniku so bile zbrane tako anatomske kot funkcionalne slike. Udeleženci so se udeležili 12 sej v trajanju 5.7 min, od katerih je vsaka vsebovala 40 poskusov v dolžini 4.5–12 s. Med vsakim preskušanjem so udeleženci videli rumeni ali modri kvadrat (1500 ms), ki s 75-odstotno natančnostjo kaže, ali bo naslednja slika znana ali nova (glej Slika 1A za nalogo in navodila). Po spremenljivi zakasnitvi (0–4.5 s) je bila v 75% preskušanj prikazana slika iz predvidene kategorije, v 25 pa slika iz nepredvidene kategorije, roman po znaku in nov po znaku novosti. % preskusov (1500 ms). Obe kategoriji sta bili prikazani enako pogosto. Udeleženci so s hitrim pritiskom gumba (desni ali levi kazalec ali srednji prst) označili, ali je bila slika iz znane kategorije ali ne. Sledila je faza fiksacije s spremenljivim trajanjem (1.5–4.5 s). Barve iztočnic, povezane z vsako sliko, so bile uravnotežene med udeleženci, pa tudi odzivna roka in dodelitev prstov kategorijam.
postopki fMRI
Na 226-kratnem skenerju (Siemens Magnetom Trio, Erlangen, Nemčija) smo pridobili 3 ehoplanarnih slik (EPI) na sejo s TR 1.5 sekunde in TE 30 ms. Slike so bile sestavljene iz 24 rezin vzdolž vzdolžne osi srednjega možganov (matrica 64 × 64; vidno polje: 19.2 cm; velikost voksela: 3 × 3 × 3 mm), zbranih v prepletenem zaporedju. Ta delni volumen je zajemal hipokampus, amigdalo, možgansko deblo (vključno z diencefalonom, mezencefalonom, ponsom in podolgovato možgino) in dele predfrontalne skorje. Hrup optičnega bralnika je bil zmanjšan z ušesnimi čepi, premiki glave oseb pa so bili zmanjšani s penastimi blazinicami. Zaporedje in časovni razpored stimulacije sta bila optimizirana za učinkovitost glede zanesljive ločitve hemodinamskih odzivov, povezanih z znakom in rezultatom (Hinrichs in sod., 2000). Za izboljšanje normalizacije je bilo za vsako osebo pridobljeno zaporedje povratne EPI inverzije (IREPI). Parametri skeniranja so bili enaki kot pri EPI zaporedju, vendar s popolno pokritostjo možganov.
Predobdelava in analiza podatkov sta bila izvedena s pomočjo programske opreme za statistično parametarsko preslikavo, ki je bila uvedena v Matlabu (SPM2; Wellcome Trust Center for Neuroimaging, Institute of Neurology, London, UK). Slike EPI so bile popravljene glede na čas rezanja in gibanja, nato pa prostorsko normalizirane na predlogo Montreal Neurological Institute, tako da so anatomski IREPI osebe preoblikovali v predlogo SPM in te parametre uporabili na funkcionalnih slikah ter jih pretvorili v velikosti 2 × 2 × 2 mm. Nato so jih zgladili s 4 mm Gaussovim jedrom.
Za statistično analizo so bili podatki spremenjeni po vokselu glede na njihovo globalno srednjo vrednost in filtrirajo z visokim prehodom. Preizkusna aktivnost pri vsakem preiskovancu je bila ocenjena s prepletanjem vektorja poskusnih napadov s kanonično hemodinamično odzivno funkcijo in njenimi časovnimi derivati (Friston et al., 1998). Za vsakega udeleženca je bil določen splošni linearni model (GLM), ki bo modeliral učinke zanimanja z uporabo dveh napadov na poskus, enega za začetek iztočnice in enega za začetek izida (kovariati so bili: iztočnica za novost, iztočnica za znanost, pričakovani / nepričakovani izid romana, pričakovani / nepričakovan znani izid) in šest kovarijatov brez zanimanja, ki zajamejo ostanke, povezane z gibanjem. Analizirani so bili naslednji kontrasti: roman proti znanim znakom, roman v primerjavi s poznanimi izidi, nepričakovani v primerjavi s pričakovanimi rezultati, nepričakovani v primerjavi s pričakovanimi rezultati novih romanov in nepričakovani v primerjavi s pričakovanimi znanimi rezultati. Po izdelavi statističnih parametričnih zemljevidov za vsakega udeleženca z uporabo linearnih kontrastov za ocene parametrov je bila izvedena analiza naključnih učinkov druge stopnje za oceno skupinskih učinkov. Glede na našo a priori hipotezo o aktiviranju nagrad in hipokamp sistemov smo v enem vzorcu testirali pomembnost t-testov na pragu od p <0.005, nepopravljeno in najmanjša velikost grozda k = 5 vokslov, razen če ni drugače določeno. Nato je bila izvedena kroglasta korekcija majhnega volumna, osredotočena na vršne voksele, z uporabo premerov, ki ustrezajo velikosti struktur [7.5 mm za aktivacije v sprednjem hipokampusu (glej Lupien et al., 2007) in 4.5 mm za aktivacije v substantia nigra (glej Geng in sod., 2006)]]. Beta vrednosti najvišjih vokselov v substantia nigra in hipokampusu smo ekstrahirali in popravili z vrednostjo HRF za splošno stopnjo aktivacije v preskušanju, da smo dobili odstotek spremembe signala. Vsa vedenjska povprečja so podana kot povprečne vrednosti ± standardna napaka povprečja (SEM).
Za lokalizacijo aktivnosti srednjih možganov so bile aktivacijske karte naložene na srednjo sliko predhodno pridobljenih prostorsko normaliziranih slik magnetizacijskega prenosa (MT) 33 (MT)Bunzeck in Duzel, 2006). Na posnetkih MT lahko vsebino nigra zlahka ločimo od okoliških struktur (Eckert in sod., 2004). Da bi pomagali lokalizaciji aktivacij, smo vrhove vsakega kontrasta prenesli v prostor Talairach (Talairach in Tournoux, 1988) z uporabo funkcije Matlab mni2tal.m (Matthew Brett, 1999) in se ujemajo z anatomskimi območji s pomočjo programske opreme Talairach Daemon Client (Lancaster et al., 2000; Različica 1.1, Center za raziskave slik, Univerzitetni teksaški zdravstveni znanstveni center v San Antoniju). Vse stereotaksične koordinate so torej podane v prostoru Talairach.
Ločena ocena spomina
V ločeni nadaljnji študiji spremljanja vedenja, ki je bila motivirana z ugotovitvami fMRI, so udeleženci 12 (moški 2) opravili enake postopke seznanjanja in predvidevanja novosti kot za eksperiment s fMRI. Posvetovalni eksperiment je bil ločen od poskusa fMRI, ker sta trajanje in število dražljajev v fMRI optimizirana za izboljšanje kakovosti signala, vendar preobsežna, da bi zmogljivost spomina ostala nad možnostjo. Zaradi lažjega zapomnjenja v vedenjskem poskusu se je število poskusov, ki vsebujejo pričakovane nove slike, zmanjšalo na 120, število nepričakovanih romanskih slik na 40. En dan po študijski seji so udeleženci opravili test spomina, ki je vseboval vse nove slike 160 iz faze študije (zdaj "stare" slike) in nove slike distruktorja 80, ki jih udeleženci še niso videli (Slika 1B). V tem delu študije so udeleženci sprejeli dve zaporedni odločitvi za vsako sliko, ki sta bili označeni z besedilom, predstavljenim pod sliko. Prva odločitev je bila "stara / nova" presoja, druga odločitev je bila "zapomni / veš / ugani" (po "starem" odgovoru) ali "prepričaj / ugani" (po "novem" odgovoru) obsodba. Čas je potekal samodejno, s časovno omejitvijo za odločitve 3 s oziroma 2.5 s, čemur je sledila 1 s faza fiksiranja pred predstavitvijo naslednje slike.
Rezultati
Vedenjski rezultati
Za fazo študije je 2 × 2 × 2 ANOVA na reakcijski čas udeležencev pri pravilnih preskušanjih s kategorijo dejavnikov slika (roman / znano), pričakovanjem (pričakovano / nepričakovano) in skupino (skenirana skupina / spominska skupina) pokazala glavne učinke kategorija slike in pričakovanja ter interakcija med skupino in učinkom kategorije slike (glej Tabela 1 za reakcijske čase; učinek kategorije: F[1,25] = 31.57, p <0.001; učinek pričakovanja: F[1,25] = 8.47, p <0.01; učinek interakcije: F[1,25] = 5.49, p <0.05). Post hoc seznanjen t-testi potrdili, da so bili reakcijski časi tako za pričakovane znane slike kot pričakovane nove slike bistveno krajši kot za ustrezne nepričakovane slike (p <0.01 in p <0.05). Reakcijski čas za pričakovane in nepričakovane znane slike je bil bistveno krajši kot za ustrezne nove slike (p <0.001 in p = 0.001). Učinek interakcije ni bil posledica pomembnega učinka kategorije samo v eni skupini udeležencev, saj t-testi, ki so primerjali reakcijske čase z novimi in poznanimi slikami, so bili pomembni za obe skupini (p <0.05 za optično prebrano skupino in p <0.001 za skupino pomnilnika). Ti rezultati potrjujejo, da so bili udeleženci pozorni na namige in z njimi pridobili vedenjsko prednost za diskriminacijo novih in znanih slik. Stopnje pravilnih odzivov se niso razlikovale med kategorijami ali med skupinami (povprečje za pričakovane nove slike: 95.1% ± 3.7%, za nepričakovane nove slike: 94.1 ± 3.6%, za pričakovane znane slike: 93.8% ± 3.9% in za nepričakovane znane slike : 93.4% ± 3.5%).
Nato smo analizirali rezultate spominskega testa, ki je bil opravljen 1 dan po fazi študije pri spremljanju vedenja. Dvosmerna ANOVA s pomnilnikom faktorjev (popravljena stopnja spomina / znanja) in pričakovanjem novosti (pričakovano / nepričakovano) je pokazala učinek interakcije (F[1,11] = 5.66, p <0.05). Post hoc seznanjen t-test je pokazal bistveno večjo razliko med popravljenimi stopnjami spomina / znanja za pričakovane (8.9 ± 5%) kot nepričakovane (0.9 ± 4%) nove slike (p <0.05; za stopnjo odziva glej Tabela 2). Nadaljnji post-hoc seznanjen t-testi so potrdili, da se niti popravljena stopnja spomina glede na popravljeno stopnjo poznavanja niti pričakovana vrednost glede na nepričakovano bistveno razlikujeta. Delež ugibanj se med kategorijami ni razlikoval (11.1 ± 2.3% za pričakovane in 12.3 ± 2.4% za nepričakovane slike).
Analizirali smo tudi prispevke spominjanja in poznavanja pod predpostavko neodvisnosti na podlagi široko sprejetega modela (Yonelinas in sod., 1996), po katerem spominjanje predstavlja prag, ki je odvisen od hipokampusa, medtem ko poznavanje predstavlja postopek zaznavanja signala, ki ga je mogoče podpreti, če nepoškodovanega hipokampusa ni. Priklic je bil ocenjen z odštevanjem hitrosti pomnjenja lažnih alarmov (RFA) od hitrosti pomnjenja. Poznavanje so ocenili tako, da so najprej izračunali odzive poznavanja (FR, glej enačbo spodaj) in nato pridobili ustrezno d-primarno vrednost.
Da bi lahko primerjali ocene priklica (RE), ki so v odstotkih odzivni deleži, in ocene o poznavanju (FE), ki so d'vrednosti, sta se oba merila preoblikovala v z- ocene pred statističnimi analizami. Dvosmerna ANOVA s pomnilnikom faktorjev (ocena spominjanja / ocena poznavanja) in pričakovanjem novosti (pričakovano / nepričakovano) sta potrdila vpliv interakcije, pridobljen v ANOVA, na odzivnost (F[1,11] = 5.78, p <0.05).
Rezultati fMRI
Izgledi, ki so vodili do pričakovanja novih slik, so v nasprotju s pričakovanjem že poznanih slik privedli do bistveno večje aktivnosti na možganskih območjih, ki tvorijo dopaminergični sistem (levi striatum; desni srednji možgan, najverjetneje SN; Sl. 2A, B; Tabela 3), področja, ki so bila prej povezana s pričakovanjem nagrade (Knutson in sod., 2001a, b; O'Doherty et al., 2002; za pregled glejte Knutson in Cooper, 2005). Za kontrast izida so nepričakovani in pričakovani novi rezultati aktivirali tudi pravi SN / VTA (Sl. 4A, B; Tabela 4). Ta aktivacijski vzorec spominja na aktivacijski vzorec, opažen v dopaminergičnem srednjem možganu, s paradigmami nagrajevanja, kjer dopaminergični nevroni poročajo o napovedni napaki pri nagrajevanju (Schultz et al., 1997). V nasprotju s tem dejavnost kot odgovor na znake in nepričakovane nasproti pričakovanim slikam ni pokazala tega vzorca. Tako ti rezultati kažejo vzporednice med predelavo novosti in nagrajevanjem v SN / VTA.
V hipokampusu so tako pričakovanje novosti kot novi rezultati bili povezani z okrepljeno dvostransko aktivnostjo v primerjavi s pričakovanjem in izidom znanih dražljajev (Fige. 2C, D in 3; Tabela 3). Pravi hipokampus je bil bolj aktiven tudi za nepričakovane slike romanov kot za pričakovane slike romanov (Sl. 4C, D; Tabela 4). Poleg tega je levi hipokampus (koordinate Talairach: - 36, - 14, - 14) pokazal večjo aktivnost za predstavitev vseh nepričakovanih slik v nasprotju z vsemi pričakovanimi slikami, skladno s hipokampalno obdelavo kontekstualne novosti (Ranganath in Rainer, 2003; Bunzeck in Duzel, 2006).
V fazi iztočnice je bila ugotovljena pomembna pozitivna povezava med aktiviranjem desnega SN / VTA in aktivnostjo desnega hipokampa, ki je bila preizkušena z uporabo povprečnega odstotka spremembe signala kot odziv na novosti v najvišjih vokselih kontrasta "pričakovanja novosti v primerjavi z udeleženci" ( Pearsonovo r = 0.48, p <0.05 enostranski; Slika 5). Tako naši podatki kažejo na funkcionalno interakcijo in tudi na funkcionalne disocijacije med SN / VTA in hipokampusom pri obdelavi novosti.
Razprava
Vedenjsko je bila veljavnost iztočnice povezana s pomembnim vplivom na reakcijski čas preiskovancev med razlikovanjem novih in znanih dražljajev, kar kaže, da so predmeti, ki napovedujejo nove ali znane dogodke, obdelali subjekti. Analiza fMRI je pokazala, da so znaki, ki napovedujejo nove slike, povzročili bistveno večjo aktivacijo SN / VTA kot znaki, ki napovedujejo znane dražljaje (Sl. 2A, B; Tabela 3). Ta vzorec aktivacije SN / VTA kot odgovor na novost spominja na vzorec, ki ga najdemo v paradigmah nagrajevanja, kjer se vidi odziv na najzgodnejšega napovedovalca nagrade (Knutson in sod., 2001a; Wittmann in sod., 2005). Druga lastnost obdelave nagrad v SN / VTA, in sicer povečana aktivnost za nepričakovane v primerjavi s pričakovanimi nagradami (Schultz, 1998), je bil vzporeden tudi z odzivi SN / VTA na novost. Aktivacija SN / VTA je bila močnejša kot odziv na nepričakovano predstavitev v primerjavi s pričakovano predstavitvijo novih elementov (Sl. 4A, B; Tabela 4). Upoštevajte, da ni verjetno, da bi anticipativna SN / VTA odraz kontaminacije hemodinamskega signala, ki ga povzročajo poznejši novi dražljaji, saj ni bilo nobene SN / VTA aktivacije s predvidenimi novimi dražljaji ali znaki, ki bi pokazali učinkovitost protokola tresenja.
Naše ugotovitve kažejo, da podobnost med novostjo in nagrado presega njihov skupni vpliv na SN / VTA-hipokamp vezja in povečuje možnost, da se novost sama predela podobno kot nagrada. To je združljivo s številnimi opažanji raziskav na živalih, vključno s podatki, ki kažejo zmanjšano samo-dajanje amfetamina med raziskovanjem novih predmetov (Klebaur et al., 2001), razvoj prednostnih možnosti za okolja, ki vsebujejo nove dražljaje (Bevins in Bardo, 1999) in pogojevanje novosti (Reed in sod., 1996). Vendar to razmerje med novostjo in nagrado ne vpliva na sklepe, ki izhajajo iz tradicionalnih ojačitvenih protokolov, ki učinkovito delujejo z znanimi dražljaji. To govori o dejstvu, da je v mnogih situacijah za agenta jasno koristno, da oblikuje združenja za nagrajevanje zelo znanih izdelkov. Kljub temu naši podatki podpirajo idejo, da lahko lastne lastnosti nagrajevanja novih dražljajev temeljijo na raziskovalnem vedenju, ki ga običajno opazujemo v novih kontekstih in predmetih (Ennaceur in Delacour, 1988; Stansfield in Kirstein, 2006). Druga lastnost kodiranja nevronskih SN / VTA nagradnega rezultata je prilagodljivo kodiranje (Tobler et al., 2005), za katero je značilna drugačna stopnja odziva na isto pričakovano vrednost nagrade, odvisno od drugih nagrad, ki so na voljo v vsakem kontekstu. Nagrade s srednjo vrednostjo vodijo do večjega dopaminergičnega odziva, če so predstavljene v kontekstu nagrad z nizko vrednostjo kot v kontekstu z nagradami z visoko vrednostjo. Ta lastnost obdelave nagrad SN / VTA še ni podvojena zaradi novosti pri ljudeh. Dejansko obstajajo dokazi, da za razliko od nagrade ne moremo novosti prilagoditi v človeškem SN / VTA (Bunzeck in Duzel, 2006), kar kaže na funkcionalne razlike med novostjo in nagrado, ki jih je treba nadalje raziskati.
Vzorec aktivnosti, ki je povezan s stimulacijo, se je med obdelavo novosti v hipokampusu razlikoval od vzorca v SN / VTA. Za razliko od SN / VTA je hipokampus pokazal večjo aktivnost zaradi pričakovanih novih dražljajev (Slika 3). Poleg tega je bil hipokampus bolj aktiviran tudi od kontekstualne novosti (Lisman in Grace, 2005) neodvisno od novosti spodbude, ki se kaže v njenem odzivu na nepredvideni prikaz znanih slik. To potrjujejo prejšnji podatki (Bunzeck in Duzel, 2006), vključno z ugotovitvami, ki kažejo na občutljivost te strukture na neusklajenost znotraj naučenih zaporedij (Kumaran in Maguire, 2006). Aktivacija hipokampusa z novimi dražljaji je sama po sebi dobro združljiva s tako imenovanim modelom zanko-hipokampalnih zank VTA, po katerem novost hippokamp signalov na SN / VTA izhaja iz intrahippokamatske primerjave informacij o dražljajih s shranjenimi asociacijami (Lisman in Grace, 2005). Aktivacija hipokampa kot odgovor na napovedi predvidevanja novosti (Sl. 2C, D; Tabela 3), po drugi strani tega modela ni mogoče razložiti. Predlagamo, da dopaminergični napovedni signal sproži aktivacijo hipokampa preko dopaminergičnega vnosa v CA1 (Jay, 2003), interpretacija, združljiva s pomembno korelacijo med aktivnostjo, povezano z iztočnicami v SN / VTA, in hipokampusom, ugotovljeno v tej študiji.
Prejšnji rezultati kažejo, da več možganskih področij zunaj mezolimbičnega sistema kaže na različne anticipativne odzive v paradigmah nagrajevanja. Nedavni primer je prikaz takšnih odzivov v primarni vidni skorji V1 (Šuler in medved, 2006). Za te odzive se domneva, da jih vodi dopaminergična modulacija. Podoben mehanizem bi lahko veljal za predelavo novosti. Ne glede na to, ali dopaminergični srednji možgan poganja hipokampus ali obratno, bi lahko koaktivacijo hipokampusa in SN / VTA povezali s povečanim dopaminergičnim vnosom v hipokampus med pričakovanjem. To bi lahko spodbudilo stanje, ki izboljša učenje za prihajajoče nove dražljaje, model, ki je računsko izvedljiv (Blumenfeld et al., 2006).
Poleg SN / VTA-hipokampalne obdelave pričakovanj o novosti so obstajala tudi druga področja možganov, ki so pokazala odziv na odzive na novosti, predvsem področja prednjega korteksa, ki so bila prej povezana z obdelavo novosti (Daffner in sod., 2000; Tabela 3) in regije parahippocampalne skorje (Duzel in sod., 2003; Ranganath in Rainer, 2003). Ker so bile naše hipoteze usmerjene v predelavo SN / VTA in hipokamp, je natančnejša preiskava teh rezultatov zunaj obsega te študije. Prihodnja preiskava frontoparietalne mreže novosti in njenega medsebojnega delovanja s SN / VTA in hipokampusom bi bistveno prispevala k rastočemu razumevanju predelave novosti.
V skladu z idejo, da predaktivacija hipokampusa med pričakovanjem olajša učenje, naši vedenjski podatki kažejo, da pričakovane nove slike povzročajo večjo razliko med odzivi in poznavanjem od nepričakovanih novih slik, ko je bil dan kasneje testiran 1. Odziv za spomin zahteva priklic konteksta iz epizode študije in zato odraža epizodni pomnilnik v nasprotju z neeizodičnim vidikom prepoznavnega spomina, ki temelji na znanju (Tulving, 1985; Duzel in sod., 2001; Yonelinas in sod., 2002). Hipokampus je bil v prejšnjih študijah povezan z uspešnim oblikovanjem epizodičnega spomina (npr Brewer et al., 1998; Wittmann in sod., 2005; Daselaar in sod., 2006) in ugotovljeno je, da lezije hipokampusa v glavnem poslabšajo prepoznavno komponento prepoznavanja (Duzel in sod., 2001; Aggleton in Brown, 2006). Nedavno smo poročali, da je spomin na dražljaje, ki napovedujejo nagrado, povezan tudi z višjim razmerjem spomina / znanja v primerjavi z dražljaji, ki so napovedovali odsotnost nagrade (Wittmann in sod., 2005), in to izboljšanje spomina je bilo povezano s povečano SN / VTA in aktivacijo hipokampa kot odziv na dražilne napovedi dražljajev v času kodiranja. Naši trenutni rezultati razširijo te ugotovitve in vključujejo SN / VTA, ki jo povzroči povečanje plastičnosti hipokampov, ki ga je določil najzgodnejši napovedovalec novosti. Zanimivo je, da nedavni elektrofiziološki podatki iz posnetkov lasišča poudarjajo povezavo med možgansko aktivnostjo, ki je tik pred začetkom novega dražljaja, in epizodnim spominom na ta dražljaj (Otten in sod., 2006). Naši podatki kažejo, da je predvidevanje novosti lahko eden od mehanizmov, s pomočjo katerega bi lahko predzimulusna aktivnost modulirala kodiranje dražljajev. Naše ugotovitve razširjajo tudi nedavne podatke o fMRI, kjer je bilo ugotovljeno, da pričakujemo pričakovano pričakovano nagrajevanje in pričakovanje čustvenega dražljaja za izboljšanje spomina (Adcock in sod., 2006; Mackiewicz in sod., 2006).
Funkcionalno in anatomsko prekrivanje med obdelavo nagrad in novosti v SN / VTA bi lahko pomagalo okrepiti raziskovalno vedenje, ki živalim omogoča iskanje novih virov hrane in kodiranje njihove lokacije ter s tem povečanje preživetja. Zanimiva pot prihodnjih raziskav bo določitev razmerja med pričakovanjem novosti in osebnostnimi lastnostmi, ki iščejo novost. Pri ljudeh je povečano iskanje novosti povezano z igrami na srečo in zasvojenostjo (Spinella, 2003; Hiroi in Agatsuma, 2005) povečanje možnosti kompromisa med koristnimi učinki predvidevanja novosti v spominu in škodljivimi učinki v zvezi z zasvojenostjo. Boljše razumevanje razmerja med pričakovanjem novosti, oblikovanjem spomina in iskanjem novosti bi lahko prispevalo tudi k raziskavam specifičnih primanjkljajev spomina pri dopaminergični disfunkciji, kot sta Parkinsonova bolezen in shizofrenija.
V študijah z enocelicnimi živalskimi predelavami nagrad je opažanje, da se SN / VTA odziva na napoved nagrade in na nepričakovano nagrado, spodbudilo modele „časovne razlike“ (TD) za obdelavo nagrad (Schultz, 1998, 2002). Treba je opozoriti, da so bile v naši raziskavi aktivacije fMRI za pričakovanje novosti in nepričakovane novosti nameščene v nekoliko drugačnih delih znotraj SN / VTA. To odpira možnost, da obstajajo tudi regionalne razlike med napovedjo nagrade in nepričakovanimi odzivi na nagrade tudi pri živalih ter da lahko študije z enim nevronom pričakovanja novosti in nepričakovane novosti tudi pokažejo, da se ustrezni odzivi nevronov nahajajo znotraj različnih delov SN / VTA. Pri tem opozarja dejstvo, da ne moremo izključiti možnosti, da se je na nenadno novost odzvala ista populacija nevronov, ki se je odzvala na napoved novosti.
Če povzamemo, naši podatki o fMRI kažejo, da tvorba hipokampov in SN / VTA delujeta deloma različne funkcije pri napovedovanju in obdelavi novosti. SN / VTA procesira predvidljivost, hipokampus pa pričakovano in dejansko prisotnost novosti v danem kontekstu. Skupaj z našimi podatki o vedenju kažejo, da koaktivacija SN / VTA in hipokampusa kot najzgodnejšega napovedovalca novosti v prestimulusni fazi vodi do večje tvorbe spomina za prihajajoči nov dražljaj. Te ugotovitve dokazujejo tesno povezavo med obdelavo nagrade in stimulacije novosti ter razširjajo nove modele interakcije dopaminergika in hipokamp. Poudarjajo pomen predstimulusnega obdobja za epizodno kodiranje. Učinki novosti na kodiranje so zato lahko odvisni od indukcije anticipacijskega stanja v sistemu medialnega časovnega spomina, ki ga posredujejo modulacijski vplivi iz dopaminergičnih področij srednjega možganov. Vendar podatki o fMRI ne zagotavljajo neposrednih dokazov o vpletenosti posebnih sistemov nevrotransmiterjev. Ne glede na to je fMRI dragoceno orodje za raziskovanje dogodkov povezanih s SN / VTA pri ljudeh. Vključevanje molekularno genetskih pristopov v nevro-slikanje (Schott et al., 2006) in farmakološki fMRI lahko pripomorejo k nadaljnjemu razjasnjevanju vloge nevromodulatornih oddajnih sistemov pri predelavi novosti pri ljudeh in razmerju med SN / VTA odzivi in dopaminergičnim nevrotransmisijo.
Priznanja
To delo so podprli štipendije Deutsche Forschungsgemeinschaft (KFO [Kognitivni nadzor spomina, TP3]). Michael Scholz se zahvaljujemo za pomoč pri oblikovanju fMRI, Kolji Schiltz za pomoč pri analizi fMRI ter Kerstinu Möhringu, Iloni Wiedenhöft in Clausu Tempelmannu za pomoč pri skeniranju fMRI.
Reference
;
