Kontekstna interakcija med novostjo in procesom nagrajevanja v mezolimbičnem sistemu (2012)

  • Zemljevid možganov Hum. 2012 junij; 33 (6): 1309 – 1324.
  • Objavljeno v spletu 2011 april 21. doi:  10.1002 / hbm.21288

Nico Bunzeck,*,1 Christian F Doeller,2,3,4 Ray J Dolan,5 in Emrah Duzel2,6

Ta članek je bil citira drugi členi v PMC.

Pojdi na:

Minimalizem

Dolgoročni pomnilnik, ki je odvisen od medialnega časovnega režnja (MTL), za nove dogodke modulira vezje, ki se odziva tudi na nagrado in vključuje ventralni striatum, dopaminergični srednji možgan in medialno orbitofrontalno skorjo (mOFC). Ta skupna nevronska mreža lahko odraža funkcionalno povezavo med novostjo in nagrado, pri čemer novost spodbudi raziskovanje pri iskanju nagrad; povezavo imenovali tudi novost "bonus za raziskovanje." Mi smo uporabili fMRI v paradigmi, ki kodira prizorišče, za raziskovanje interakcije med novostjo in nagrajevanjem s poudarkom na nevronskih signalih, podobnih bonusu za raziskovanje. Kot je bilo pričakovano, je dolgoročni spomin na prizore za prizore (po urah 24) močno koreliran z aktivnostjo MTL, ventralnega striatuma in vsebine nigra / ventralnega tegmentalnega območja (SN / VTA). Poleg tega je hipokampus pokazal glavni učinek novosti, striatum je pokazal glavni učinek nagrad, mOFC pa je naznanil tako novost kot nagrado. V hipokampusu so ugotovili interakcijo med novostjo in nagrado, podobno bonusu za raziskovanje. Ti podatki kažejo, da se signali novosti MTL razlagajo glede na lastnosti, ki napovedujejo nagrado v mOFC, kar pristransko določa odzivne nagrade. Striatum skupaj z SN / VTA nato uravnava MTL odvisno oblikovanje dolgoročnega spomina in kontekstualno raziskovanje bonus signalov v hipokampusu.

ključne besede: novost, nagrada, mezolimbični sistem, spomin, hipokampus, substantia nigra / ventralno tegmentalno območje, ventralni striatum, mOFC, bonus za raziskovanje

UVOD

Novost je motivacijsko viden učni signal, ki pritegne pozornost, spodbuja kodiranje spomina in spremeni ciljno usmerjeno vedenje [Knight,1996; Lisman in Grace, 2005; Mesulam, 1998; Sokolov, 1963]. Nedavni dokazi iz študij na ljudeh in nečloveških primatih odpirajo možnost, da se motivacijski vidiki novosti z nagrado deloma nanašajo na njene skupne lastnosti [Bunzeck in Duzel, dr. 2006; Kakade in Dayan, 2002; Mesulam, 1998]. Ta predlog izhaja iz opažanj, da se v študijah na živalih substancija nigra / ventralno tegmentalno območje (SN / VTA) srednjega možganov aktivira s dražljaji, ki napovedujejo nagrade kot tudi dražljaji, ki so novi [Ljungberg, et al. 1992]; za pregled glej [Lisman in Grace, 2005]. Podobno se človeški SN / VTA aktivira tako z nagrado [Knutson in Cooper, 2005] in novosti [Bunzeck in Duzel, 2006; Bunzeck in sod. 2007; Wittmann in sod. 2005] kot tudi z napotki, ki napovedujejo njihov pojav [Knutson in Cooper, 2005; O'Doherty et al. 2002; Wittmann in sod. 2005, 2007]. Nevrotransmiter dopamin, ki nastaja v SN / VTA, temeljito uravnava motivacijske vidike vedenja [Berridge, 2007; Niv in sod. 2007].

Poleg tega obstajajo konvergenčni dokazi, da je hipokampus, struktura medialnega temporalnega režnja (MTL), ki je kritična za oblikovanje dolgoročnih epizodnih spominov na nove dogodke, vpleten tudi v različne oblike nagrajevanja [Devenport et al.1981; Holscher in sod. 2003; Ploghaus in sod. 2000; Purves et al. 1995; Rolls in Xiang, 2005; Solomon in sod. 1986; Tabuchi in sod. 2000; Weiner, 2003; Wirth in sod. 2009]. Na primer, hipokampus glodavcev kaže povečano aktivnost v labirintnih rokah z vabami, vendar ne na njih, [Holscher in sod. 2003]; pri nečloveških primatih je vključena v združenja za nagrajevanje učnih mest [Rolls in Xiang, 2005]; aktivnost hipokampa sledi pravilom pri učenju napak pri napovedovanju averzivnih dražljajev pri ljudeh [Ploghaus in sod. 2000]; nagrada pa povečuje sinhronizacijo med hipokampusom in jedrom, ki je povezano z nevroni [Tabuchi, et al. 2000].

Skupnost v učinkih nagrad in novosti je mogoče teoretično uskladiti s predlogom, da novost motivira raziskovanje okolja, da bi prinesla nagrade [Kakade in Dayan,2002]. V skladu s tem predlogom je ključna motivacijska lastnost novosti njen potencial za napovedovanje nagrad, medtem ko znani dražljaji, če se ponovijo, če ne bodo nagrajeni, ta potencial postopoma izgubijo. Hipoteza o raziskovalnem bonusu predvideva dve vrsti napovedi: prva se nanaša na potenco, s katero lahko status nove ali znane napoveduje nagrado, druga pa na kontekstualno oddaljene učinke te nepredvidene situacije na druge dražljaje. Po prvi napovedi bi moral biti nov dražljaj močnejši napovedovalec nagrajevanja kot poznavanje spodbud [npr. Wittmann et al. 2008]. Kadar novi dražljaji napovedujejo nagrado, naj bi bila pričakovana pričakovanje nagrade višja kot takrat, ko znani dražljaji napovedujejo nagrade. Druga (bolj posredna) napoved je, da bi moral motivacijski povečevalni učinek novosti na raziskovalno vedenje kontekstualno vplivati ​​na motivacijski pomen drugih dražljajev, ki so prisotni v istem kontekstu. Združljivo s tem predlogom, Bunzeck in Duzel [ 2006] je pokazala, da v kontekstu, v katerem so novi dražljaji, znani dražljaji kažejo manj zatiranja ponavljanja v strukturah MTL. To kaže, da je tudi v odsotnosti izrecne nagrade v kontekstu novih dražljajev močnejša motivacija za raziskovanje tudi znanih dražljajev v tem kontekstu [Bunzeck in Duzel, dr. 2006]. Vendar doslej ta predvidevanja o razmerju med novostjo in nagrado niso neposredno preizkušena. V eksperimentalnem smislu to zahteva manipuliranje lastnosti novosti za napovedovanje nagrad, tako da se nagrade v določenem kontekstu napovedujejo bodisi z novimi bodisi s poznavanjem. Tu smo uporabili ta eksperimentalni pristop za raziskovanje funkcionalne interakcije med novostjo in nagrado v študiji fMRI.

Razumevanje funkcionalne interakcije med novostjo in nagrado ima velike posledice za razumevanje, kako je urejena dolgoročna plastičnost novih dražljajev. Veliko fizioloških dokazov kaže, da dopamin, ki izvira iz SN / VTA, ne samo uravnava motivacijske vidike vedenja, ampak je kritičen za povečanje in stabilizacijo plastičnosti hipokampov [Frey in Morris,1998; Li, et al. 2003] in konsolidacija spomina odvisna od hipokampa [O'Carroll, et al. 2006]. Po ti modelu zanke hipokampus-VTA [Lisman in Grace, dr. 2005] novonastali signali nastajajo v hipokampusu in se prenašajo v SN / VTA prek akumulatorskih jeder in ventralnega paliduma [Lisman in Grace, 2005]. Čeprav model poudarja novost kot ključni kognitivni signal za modulacijo dopamina iz SN / VTA, se izrecno postavlja tudi vprašanje, kako motivacijski dejavniki uravnavajo vpliv novosti na aktivnost hipokampusa in SN / VTA. Cilj študije je, da se temu vprašanju približamo z vidika skupnih lastnosti med novostjo in nagrado ter njihovo funkcionalno interakcijo.

Če novost deluje kot signal, ki motivira raziskovanje za spravljanje nagrad [Bunzeck in Duzel,2006; Kakade in Dayan, 2002; Wittmann in sod. 2008] deli zanke hipokampus-SN / VTA bi morali preferenčni odziv na novosti prikazati le v kontekstu, kjer roman napoveduje nagrade, ne pa v kontekstu, kjer poznavanje napoveduje nagrado. Hkrati bi moralo okrepiti raziskovanje, ko je roman nagrajen, spodbuditi odzive hipokampov na znane dražljaje, ki so predstavljeni v istem kontekstu, čeprav ti ne bi napovedovali nagrade. Nasprotno pa bi moralo biti v kontekstu, v katerem poznavanje, a ne roman, napoveduje nagrade, manj kontekstualne motivacije za raziskovanje in posledično bi morala biti aktivnost hipokampa nizka tako za roman kot za znane dražljaje v tem kontekstu. Torej hipoteza, da ima novost lastnost, da motivira raziskovalno vedenje pri iskanju nagrad, vodi k napovedovanju interakcije med statusom dražljajev in nagrade. V skladu s tem bi se hipokampus močno odzval tako na nove kot na znane dražljaje, kadar roman napoveduje nagrado, šibko pa tudi na nove in na drage dražljaje, če je znan, napoveduje nagrado.

Druga možnost je, da sta novost in status nagrad informacij neodvisna. V skladu s to možnostjo ne bi smelo biti nobene funkcionalne interakcije med novostjo in nagrado. Z drugimi besedami, deli zanke hipokampus-SN / VTA bi izražali le glavni učinek novosti ali nagrade, ne pa interakcije med obema.

Skupaj lahko manipuliranje pogojev med novostjo in nagradami pomaga razumeti ključne mehanizme, ki poganjajo odzive na novosti znotraj mezolimbičnega sistema. V ta namen smo razvili paradigmo, kjer je prejem denarne nagrade odvisen od statusa novosti prizorov [Bunzeck, et al.2009]. Tako je bilo sprejemanje pravilnih odločitev o preferenčni nagradi (glej metode) možno le po pravilno diskriminaciji novih in poznanih spodbud. Pomembno je, da smo en dan po kodiranju ocenili prepoznavni pomnilnik in tako lahko ugotovili, v kolikšni meri bi komponente hippocampal-SN / VTA zanke ustrezale povečanju dolgoročnega spomina za nove in znane dražljaje.

MATERIALI IN METODE

Izvedena sta bila dva poskusa. Medtem ko je bil prvi eksperiment (poskus 1) vedenjski eksperiment, je drugi poskus (eksperiment 2) vključeval vedenjske ukrepe in fMRI.

Predmeti

V poskusu 1 je sodelovalo 17 odraslih (13 žensk in štirje moški; starost 19–33 let; povprečno 23.1, SD = 4.73 leta) in 14 odraslih sodelovalo v eksperimentu 2 (pet moških in devet žensk; starost: 19–34 let ; povprečje = 22.4 leta; SD = 3.8 leta). Vsi preiskovanci so bili zdravi, desničarji in so imeli normalno ali popravljeno do normalno ostrino. Nobeden od udeležencev ni poročal o zgodovini nevroloških, psihiatričnih ali zdravstvenih motenj ali kakršnih koli trenutnih zdravstvenih težav. Vsi poskusi so bili izvedeni s pisnim soglasjem vsakega subjekta in v skladu z lokalno etično odobritvijo (University College London, UK).

Eksperimentalno oblikovanje in naloga

V obeh poskusih so bili izvedeni trije sklopi (1) faze seznanitve, ki ji je sledila (2) preiskovalna naloga, ki temelji na preferenčni presoji. Tu so bile uporabljene nove slike za vsak niz, kar je povzročilo, da sta se roman 120 in slike, znane 120, uporabili v celoti. Eksperimentalni postopki so bili za oba eksperimenta enaki, le da je bil eksperiment 1 izveden na računalniškem zaslonu in da je bil eksperiment 2 izveden znotraj skenerja MRI. (3) Drugi dan spominskih prepoznav za vse predstavljene slike smo preizkusili po postopku »zapomni / vem« (glej spodaj).

(1) Poznavanje: Predmeti so bili najprej seznanjeni z naborom slik 40 (slike 20 v zaprtih prostorih in 20 na prostem). Tu je bila vsaka slika predstavljena dvakrat v naključnem zaporedju za 1.5 s z interstimulusnim intervalom (ISI) 3 s, subjekti pa so z indeksom desne roke in srednjim prstom kazali stanje v zaprtih prostorih / na prostem. (2) Preizkusni pomnilniški test: pozneje so preiskovanci opravili nalogo preudarne presoje (sejo), ki temelji na minutnem spominskem spominu. Ta del (seja) je bil dodatno razdeljen na dva bloka, ki vsebujeta vsake slike 9 iz faze seznanjanja (imenovane "poznane slike") in 20, prej ne predstavljenih slik (imenovanih "nove slike"; subjekti lahko začasno ustavijo za 20 s blokov). V katerem koli bloku bodisi nove slike kot CS +, kot slike znane kot CS-ali obratno (Fig..1). Udeleženci so bili poučeni, naj vsako sliko "preferenčno" presojajo s pritiskom na gumb z dvema izbirama, ki označujejo "raje" ali "ne raje", odvisno od možnega stanja med novostjo in vrednostjo okrepitve. Pomembno je, da se izraz "prednostni" in "neprimeren" nanaša na stanje napovedovanja nagrade (glede na kontekstno situacijo), ne pa na estetske lastnosti slike.

Slika 1 

Eksperimentalna zasnova.

Nepredvideni dogodki so bili naključno prikazani in prikazani na zaslonu pred vsako vožnjo bodisi »Novost bo nagrajena, če je zaželena« (v tem primeru bodo nove slike, ki so služile kot CS +, in znane slike kot CS−) ali »Poznavanje, če je zaželeno«, bo nagrajeno (tukaj znane slike so služile kot CS +, nove slike pa kot CS−). Samo pravilni "raje" odgovori po CS + so privedli do dobitka £ 0.50, medtem ko (napačni) "raje" odgovori po CS-ju so povzročili izgubo £ -0.10. Oba pravilna odgovora "ne maram" po CS-ju in (napačna) "ne maram" odgovorov po CS + sta povzročila ne zmago ne izgubo. Slike so bile predstavljene v naključnem vrstnem redu za 1 s na sivi podlagi, ki mu je sledil beli fiksacijski križ za 2 s (ISI = 3 s). Da bi bili nevronski odzivi na nagrado omejeni na predstavljene slike (tj. Pričakovanje nagrade, ne pa izida), na osnovi poskusov ni bilo podanih povratnih informacij. Namesto tega so bili subjekti obveščeni o njihovi skupni uspešnosti po vsaki seji (ki vsebuje bloke 2 z vsako situacijo). Pred poskusom so preiskovanci dobili navodila, da se čim hitreje in pravilno odzovejo in da bo izplačanih le 20% vseh zaslužkov.

Vse slike so bile obarvane s sivo in normalizirane na srednjo sivo vrednost 127 in standardni odklon 75. V nobenem od prizorov ni upodobljen človek ali del človeškega bitja, vključno z obrazi v ospredju.

Trening seje

Vsak subjekt je pred poskusom opravil dva treninga. Podobno kot pri dejanskem eksperimentu sta se obe fazi treninga začeli s fazo seznanitve, med katero je bilo dvakrat predstavljenih le 10 slik v naključnem vrstnem redu (trajanje = 1.5 s; ISI = 3 s), subjekti pa so navedli svoj status v zaprtih prostorih / na prostem. Kot v primeru glavnega eksperimenta, je seznanitvi sledila naloga presoje preferenc, ki temelji na spominu, vključno z znanimi in novimi slikami. Za namene usposabljanja so bili na vadbi 1 po vsakem odzivu podani povratni odzivi za vsak poskus posebej. Na treningu 2 povratne informacije o nagradi niso bile prikazane takoj po vsakem dražljaju / odzivu. Po vsakem treningu so mu prejeli finančno nagrado (največ 1 GBP). V eksperimentu 2 so preiskovanci prejeli tudi kratek trening, ki je vseboval 10 znanih in 10 novih slik na blok nepredvidenih odzivov.

Dan kasneje so preiskovanci opravili test spomina po naključnem postopku po postopku »zapomni / vej« [Tulving,1985]. Tu so bili v naključnem vrstnem redu vse slike 240 prej vidne slike (60 na pogoj) skupaj z novimi slikami distruktorja 60 na sredini računalniškega zaslona. Naloga: Zadeva je najprej sprejela "staro / novo" odločitev za vsako posamično predstavljeno sliko z desnim kazalcem ali srednjim prstom. Po „novi“ odločitvi so preiskovanci morali opozoriti, ali so samozavestni („zagotovo novi“) ali negotovi („ugibajo“) znova z desnim kazalcem in srednjim prstom. Po "stari" odločitvi so preiskovanci morali opozoriti, ali se lahko spomnijo nečesa konkretnega v ogledu prizorišča na študiju ("spomni se odziva"), samo čutili so sliko brez spominskih izkušenj ("znan" odziv) ali so samo ugibali, da je slika stara (odgovor "ugibaj"). Subjekt je imel 4 s, da je naredil vsako od obeh sodb, in po vseh slikah 15 je prišlo do preloma 75 s.

fMRI metode

Izvedli smo fMRI na 3-Tesla Siemens Allegra skenerju z magnetno resonanco (Siemens, Erlangen, Nemčija) z eho planarnim slikanjem (EPI) z uporabo navtične kvadrature oddajnika z zasnovo, ki temelji na principu "ptičje kletke". V funkcionalni seji so bile pridobljene tehtane slike 48 T2 * (EPI-zaporedje; pokrivajo celo glavo) na volumen s krvnim oksigenacijskim kontrastom (BOLD) (velikost matrice: 64 × 64; 48 poševne osne rezine na prostornino, nagnjeno na −30 ° v antero-zadnji zadnji osi; prostorska ločljivost: 3 × 3 × 3 mm; TR = 3120 ms; TE = 30 ms; z-svetleč predodponski gradientni gradientni moment PP = 0 mT / m * ms; pozitivna faza -kondiranje polarnosti). Protokol za pridobivanje fMRI je bil optimiziran za zmanjšanje občutljivosti, povzročene z občutljivostjo BOLD, v nižjih čelnih regijah in regijah temporalnega režnja [Deichmann et al.2003; Weiskopf in sod. 2006]. Za vsak predmet so bili funkcionalni podatki pridobljeni v treh sejah skeniranja, ki so vsebovale 180 zvezkov na sejo. Na začetku vsake serije je bilo pridobljenih šest dodatnih količin na sejo, ki omogočajo magnetizacijo v stanju dinamičnega ravnovesja, in so bile nato zavržene iz nadaljnje analize. Anatomske slike možganov vsakega subjekta so bile zbrane z uporabo 3D-FLASH z več odmevi za kartiranje protonske gostote, T1 in prenosa magnetizacije (MT) pri ločljivosti 1 mm [Helms, et al. 2009; Weiskopf in Helms, 2008] in s T1 tehtano inverzijsko obnavljanje pripravljenih sekvenc EPI (IR-EPI) (velikost matrice: 64 × 64; rezine 64; prostorska ločljivost: 3 × 3 × 3 mm). Poleg tega smo posneli posamezne zemljevide polja z uporabo zaporedja FLASH z dvojnim odmevom (velikost matrice = 64 × 64; rezine 64; prostorska ločljivost = 3 × 3 × 3 mm; vrzel = 1 mm; kratka TE = 10 ms; dolga TE = 12.46 ms ; TR = 1020 ms) za korekcijo popačenja pridobljenih EPI slik [Weiskopf, et al. 2006]. Uporaba orodja FieldMap [Hutton et al. 2002, 2004] zemljevidi polja so bili ocenjeni iz fazne razlike med slikami, pridobljenimi na kratki in dolgi TE.

Podatki o fMRI so bili predhodno obdelani in statistično analizirani s programskim paketom SPM5 (Wellcome Trust Center for Neuroimaging, University College London, Velika Britanija) in MATLAB 7 (The MathWorks, Inc., Natick, MA). Vse funkcionalne slike so bile popravljene za artefakte gibanja s prilagoditvijo prvemu zvezku; odpravljeno zaradi izkrivljanj, ki temeljijo na zemljevidu polja [Hutton, et al.2002]; popravljeno za interakcijo gibanja in popačenja z uporabo "Unwarp toolbox" [Andersson, et al. 2001; Hutton in sod. 2004]; prostorsko normaliziran na standardno T1-ponderirano SPM-predlogo [Ashburner in Friston, 1999] (poskrbljeno je, da so zlasti regije srednjega možganov poravnane s standardno šablono); ponovno vzorčen na 2 × 2 × 2 mm; in zglajen z izotropnim polno največjim Gaussovim jedrom 4 mm polne širine. Taka prostorska ločljivost majhne velikosti v kombinaciji z razmeroma majhnim gladilnim jedrom je osnova za zaznavanje majhnih grozdov aktivacije, na primer v srednjem možganu in MTL regijah, kjer se razlikujejo različni vzorci aktivacije (tj. Odzivi novosti in interakcije med novostjo in nagrado ) se lahko nahaja v neposredni bližini [Bunzeck et al. 2010]. Podatki časovne serije fMRI so bili filtrirani z visokim prehodom (cutoff = 128 s) in beljeni z modelom AR (1). Za vsak predmet je bil izračunan dogodek, povezan s statističnim modelom, z ustvarjanjem funkcije "palice" za vsak začetek dogodka (trajanje = 0 s), ki je bila povezana s funkcijo kanonične hemodinamične odzivnosti v kombinaciji s časovnimi in disperzijskimi derivati ​​[Friston, et al. 1998]. Modelirani pogoji so vključevali roman, nagrajen z romanom, ni bil nagrajen, znan je bil nagrajen, ni bil nagrajen in je bil napačen. Za zajemanje preostalih artefaktov, povezanih z gibanjem, je bilo vključenih šest kovarijatov (trije prevod trdega telesa in tri vrtenja, ki so posledica preusmeritve) kot regresorji, ki niso zanimivi. Regionalno specifični učinki stanja so bili preizkušeni z uporabo linearnih kontrastov za vsak predmet in za vsako stanje (prvovrstna analiza). Nastale kontrastne slike so bile vnesene v analizo naključnih učinkov druge stopnje. Tu so bili hemodinamični učinki vsakega stanja ocenjeni z uporabo variacijske analize 2 × 2 (ANOVA) s faktorji „nagrada“ (nagrajevanje, ne nagrajevanje) in „novost“ (roman, znano). Ta model nam je omogočil testiranje glavnih učinkov novosti, glavnih učinkov nagrajevanja in medsebojnega vpliva. Vsi kontrasti so bili prag pri P = 0.001 (nepopravljeno), razen regresijskih analiz (P = 0.005, nepopravljeno). Oba relativno liberalna praga sta bila izbrana na podlagi naših natančnih a priori anatomskih hipotez znotraj mezolimbičnega sistema.

Anatomsko lokalizacijo pomembnih aktivacij smo ocenili glede na standardni stereotaksični atlas s prekrivanjem zemljevidov SPM na eni od dveh skupinskih predlog. T1-utežena in MT-utežena predloga skupine sta bili pridobljeni iz povprečenja normaliziranih slik T1 ali MT vseh oseb (prostorska ločljivost 1 × 1 × 1 mm). Medtem ko predloga T1 omogoča anatomsko lokalizacijo zunaj srednjega možganov na slikah MT, lahko območje SN / VTA od okoliških struktur ločimo kot svetlo črto, medtem ko sosednje rdeče jedro in možganski pedun deluje temno [Bunzeck in Duzel,2006; Bunzeck in sod. 2007; Eckert in sod. 2004].

Upoštevajte, da raje uporabljamo izraz SN / VTA in upoštevamo BOLD aktivnost iz celotnega kompleksa SN / VTA iz več razlogov [Duzel et al.2009]. Za razliko od zgodnjih formulacij VTA kot anatomske enote se v kompleksu SN / VTA razpršijo in prekrivajo različne poti dopaminergične projekcije. Zlasti dopaminski nevroni, ki štrlijo v limbične regije in uravnavajo nagradno motivirano vedenje, niso omejeni na VTA, ampak so razporejeni tudi po SN (pars compacta) [Gasbarri, et al. 1994, 1997; Ikemoto, 2007; Smith in Kieval, 2000]. Funkcionalno je to vzporedno z dejstvom, da se nevroni DA v ljudeh in primatih znotraj SN in VTA odzivajo tako nagradno kot novosti [glej na primer Ljungberg et al., 1992 ali Tobler in sod., 2003 za prikaz snemalnih mest].

REZULTATI

Vse analize (vedenjske in fMRI) temeljijo na preskusih s pravilnimi odzivi na prednost.

poskus 1

Subjekti so z visoko natančnostjo diskriminirani med pogoji v obeh kontekstih (Tabela I) in ni bilo statistično pomembnih razlik med pogoji. Reakcijski čas (Slika 2A) analiza je pokazala, da so se preiskovanci najhitreje odzvali na že znane dražljaje za napovedovanje nagrade (vsi Pje <0.007), vendar med ostalimi tremi pogoji ni bilo razlike (roman-nagrajen, roman-ne-nagrajen, znan-ne-nagrajen; vsi Pje> 0.05).

Slika 2 

Rezultati vedenja. (A) Reakcijski časi. V obeh poskusih so bili RT-ji bistveno hitrejši za znane nagrajene slike v primerjavi z vsemi drugimi pogoji (vsi P <0.01) - kot je označena z zvezdico - druge razlike pa ni bilo ...
Tabela I 

Vedenjski rezultati

Učinkovitost spomina - drugi dan. Analiza prepoznavnega pomnilnika je temeljila tako na zadetkih (zapomni si odzive, poznaj odzive po slikah, ki so bile prej vidne med kodiranjem), in lažnih alarmov ([FA]: zapomni si, vem, da motijo). V prvem koraku smo izračunali delež odzivnosti za zapomnitev in poznavanje starih in novih slik (tj. Stopnje zadetkov in stopenj FA) tako, da smo število zadetkov (oziroma FA) razdelili na število predmetov na stanje. Drugič, dobljeni so bili popravljeni hitrosti zadetkov za odzive spominjanja ([Rcorr], zapomni si hitrost zadetka minus spomni se na stopnjo FA) in znane odzive ([Kcorr], poznaj stopnjo uspešnosti minus vem stopnjo FA) (glej Tabela II). V načrtovani primerjavi smo ocenili učinek nagrade na celoten pomnilnik prepoznavanja (popravljen hit-rate = Rcorr + Kcorr) za nove in znane slike. To je razkrilo, da je nagrada znatno izboljšala celoten spomin za nove slike v primerjavi s slikami, ki niso bile nagrajene (P = 0.036), vendar ni bilo takega izboljšanja celotnega spomina z nagrado za znane slike (P > 0.5; Slika 2). Poleg tega je bil povečevalni učinek nagrajevanja na spominski prepoznavnost novih slik enako močan za spomin in poznavanje, kot ga je razkrila analiza variance (ANOVA; ni interakcije med spominsko in nagrajevalno spominsko vrsto [F(1,16) = 2.28, P > 0.15)].

Tabela II 

Prepoznavni pomnilnik

poskus 2

Tako kot v eksperimentu 1 so tudi osebe v obeh okoliščinah diskriminirale pogoje z visoko natančnostjo in brez bistvenih razlik med pogoji (Tabela I). Kot v poskusu 1 je reakcijski čas (Slika 2A) analiza je pokazala, da so bili odzivi bistveno hitrejši na znane dražljaje za napovedovanje nagrad (vsi P<0.001), vendar med ostalimi tremi pogoji ni bilo razlike (roman-nagrajen, roman-ne-nagrajen, znan-ne-nagrajen; vsi Pje> 0.05).

Učinkovitost spomina - drugi dan. V nasprotju z eksperimentom 1 spomin za prepoznavanje novoodgrajenih slik ni bil bistveno izboljšan v primerjavi z novimi neobdavčenimi slikami (niti celotnega spominskega prepoznavanja niti Rcorr / Kcorr; P > 0.05, Tabela II). Tudi v nasprotju s Experiment 1 je bil spomin na Experiment 2 za znane nagrajene slike bistveno izboljšan v primerjavi z znanimi ne nagrajenimi slikami (P = 0.001, Tabela II), kar je povzročilo izboljšan celoten pomnilnik (Rcorr + Kcorr) za znane nagrajene v primerjavi z znanimi neodplačanimi slikami (ni bilo bistvene razlike med popravljenimi stopnjami znanih nagrajenih in znanimi nenagrajenimi slikami, P > 0.05). Poleg tega so podatki v Tabela II in Slika 2B kaže, da je bila skupna zmogljivost pomnilnika v eksperimentu 2 znatno nižja v primerjavi z eksperimentom 1, ki je bila podprta z mešanimi učinki ANOVA.

fMRI rezultati - nagradni test na osnovi priznanja. Najprej smo analizirali podatke fMRI z uporabo 2 × 2 ANOVA s faktorji „novost“ (roman, znano) in „nagrada“ (nagrada, brez nagrade). Glavni učinek novosti smo ugotovili v dvostranskem medialnem orbitofrontalnem korteksu (mOFC) in desnem MTL, vključno s hipokampusom in nosovodno skorjo, (Slika 3; glejte tabelo s podpornimi informacijami S1 za celoten seznam aktiviranih možganskih struktur). Glavni učinek nagrajevanja je bil opažen v dvostranskem kaudatu, septumu / fornixu, ventralnem striatumu (ncl. Accumbens), dvostranskem mOFC in medialnem prefrontalnem korteksu (mPFC) (Slika 4; Tabela s podpornimi informacijami S1). Ta dva glavna učinka sta bila izključno prikrita z učinki interakcij (izključno maskiranje oz. P = 0.05, nepopravljeno), če želite prepoznati samo tista področja, ki so izrazila glavne učinke, če ni interakcije.

Slika 3 

fMRI rezultati Experiment 2. Glavni učinek novosti je bil opažen v desnem hipokampusu (A), nosovodni skorji (B) in medialnem OFC (C). Aktivacijski zemljevidi so bili nameščeni na T1-uteženi predlogi skupine (glej metode), koordinate so podane v MNI prostoru ...
Slika 4 

fMRI rezultati Experiment 2. Glavni striktni učinek je bil opažen v striatumu, vključno z ncl. accumbens (A) in hudati ncl. (C), septum / fornix (B), medialni PFC (C) in medialni OFC (D). Aktivacijski zemljevidi so bili naloženi na predlogo T1, uteženo s skupino ...

Za preizkus naših dveh napovedi glede hipoteze o raziskovanju bonus smo izvedli dve dodatni analizi. Prvič, v možganskih regijah, ki so pokazale glavni učinek nagrajevanja, smo analizirali, katera področja so pokazala tudi močnejši odziv na novo nagrajene od znanih nagrajenih dražljajev (tj. Veznika). Ta analiza ni prinesla nobenih pomembnih rezultatov, ki bi nakazovali, da ni možganskih regij, ki bi lahko vodile k močnejšemu odzivu na napoved kot na poznavanje. Drugič, ocenili smo interakcijo (F-kontrast) med novostjo in nagrado. Takšna interakcija je bila izražena v več možganskih regijah, vključno z desnim hipokampusom, inferiornim čelnim girusom in desnim OFC (podporna informacijska tabela S1, Slika 5). Konkretno, hipokampus je pokazal pričakovan vzorec interakcije z večjimi odzivi na dražljaje, predstavljene v kontekstu, ko je novost nagrajena (T-kontrast). To pomeni, da je bila aktivnost hipokampa višja za nove nagrajene dražljaje in znane nepodeljene dražljaje (upoštevajte, da sta bila oba dražljaja predstavljena v istem kontekstu) kot za nove nepodprte in znane nagrajene dražljaje (še enkrat, upoštevajte, da sta bila oba dražljaja predstavljena v isti kontekst). Načrtovana post hoc primerjava je potrdila statistično pomembne razlike med romanom nagrajenim in romanom ne nagrajenim (P <0.025) in znani nagrajeni v primerjavi z znanimi nenagrajenimi (P <0.01; Slika 5).

Slika 5 

fMRI rezultati Experiment 2. V hipokampusu in OFC so opazili interakcijo med novostjo in nagrado. Znotraj hipokampusa so se izboljšali odzivi na že znane nenagrajene izdelke v primerjavi s predmeti, ki so bili že nagrajeni ...

Treba je opozoriti, da je aktivacijski vzorec interakcije med novostjo in nagrado (36, −14, −16; Slika 5) je sosednja, vendar ni identična aktiviranju glavnega učinka novosti, ki se nahaja tudi v desnem hipokampusu (28, −14, −20; Slika 3). Takšen vzorec diferencialne aktivacije ustreza našim hipotezam, posnetkom celic na živalih in raziskavah fMRI na ljudeh. Raziskave na živalih so na primer pokazale, da se lahko različni nevroni hipokampa odzovejo na različne lastnosti (na primer novost ali poznavanje) v isti nalogi [Brown in Xiang,1998]. V skladu s temi opažanji smo pri ljudeh pokazali, da lahko prostorsko razločne aktivacije hipokampov odražajo različne lastnosti obdelave novosti, absolutne signale novosti, prilagodljivo spremenjene signale novosti in napake napovedovanja novosti ([Bunzeck et al. 2010], Podporne informacije Sl. S4). Johnson in sod. (2008) poročali, da so prostorsko zelo tesni grozdi aktivacije pokazali zelo različne odzive na novosti: en grozd je pokazal kategorično razliko med novimi in starimi predmeti, drugi pa je pokazal linearno zmanjšanje odziva kot funkcijo povečanega poznavanja dražljajev. Vendar pa za nadaljnjo izključitev možnosti lažno pozitivnega rezultata smo uporabili korekcijo majhne glasnosti na obeh aktivacijskih vzorcih z uporabo desnega sprednjega hipokampusa kot volumna. Analiza je dosegla statistični pomen (P ≤ 0.05; Popravljeno s FWE).

Nazadnje smo poskušali z regresijskimi analizami povezati izboljšanje spomina, povezano z nagradami, z uporabo regresijskih analiz (vse analize smo izvedli s podatki iz Experiment 2). Prvič, kontrastni roman, nagrajen z romanom, ki ni bil nagrajen, je bil vnesen v preprosto stopnjo regresijske analize na drugi stopnji z uporabo posameznega izboljšanja spomina z nagrado kot regresorjem (Δ korigirana hitrost zadetka = popravljena stopnja zadetka [Rcorr + Fcorr] za romane) - popravljena stopnja zadetkov za novele ni nagrajena). To analizo je motiviralo naše prvotno opazovanje izboljšanega celotnega spomina (tj spominjanja in poznavanja) za nove slike z nagrado (Experiment 1) in prejšnjih podobnih ugotovitev [Adcock, et al.2006; Krebs in sod. 2009; Wittmann in sod. 2005]. To je pokazalo pomembno pozitivno povezanost med hemodinamičnimi odzivi (HR) in izboljšanjem prepoznavnega spomina znotraj SN / VTA, desnega sprednjega MTL (stičišče hipokampusa / amigdale rinalne korteksa) in strikta desnega ventrala (Slika 6, Tabela s podpornimi informacijami S1 za vsa aktivirana področja). V drugi regresijski analizi je bil enak kontrast za znane slike (znane nagrade v primerjavi z znano ne-nagrajevanjem) povezan s posameznimi izboljšanimi stopnjami spominjanja (vedenjsko se je stopnja spominjanja bistveno povečala za znane nagrajene v primerjavi s slikami, ki niso bile nagrajene, vendar ni bilo izboljšanje Fcorra). Ker so bili RT-ji za znane nagrajene slike bistveno hitrejši kot za znane nenagrajene slike, je bila razlika med obema za vsako temo vnesena tudi kot regresor. Tu so nas zanimale samo tiste regije, ki so pokazale pomembno pozitivno povezanost med HR-razlikami (znani nagrajeni v primerjavi z znanimi niso nagrajeni) in povečano stopnjo priklica (znani nagrajeni v primerjavi z znanimi, ki niso bili nagrajeni), ne pa tiste, ki so pokazale tudi kakršno koli povezavo z RT izboljšanje. Ta analiza je pokazala podobne učinke kot prva regresijska analiza, in sicer pomembno povezavo med HR in z nagradami povezanim izboljšanjem stopnje spominjanja v ventralnem striatumu (levo), desnem hipokampusu in levi rinalni skorji (Slika 7, Podporna tabela informacij S1), vendar ni korelacije znotraj SN / VTA. Statistično bolj občutljiva post-hoc analiza voksela SN / VTA [4, −18, −16], ki je pokazala nove korelacije za nove slike, tudi ni pokazala povezave med hemodinamičnimi odzivi in ​​izboljšano hitrostjo priklica za znane slike (r = −0.07, P =

Slika 6 

rezultati fMRI Eksperiment 2 - regresijska analiza. Pomembna povezava med izboljšanjem prepoznavnega spomina za nagrajeni roman v primerjavi z neodplačanimi slikami (Δ popravljena hitrost zadetka) in razlikami med hemodinamičnimi odzivi med novimi ...
Slika 7 

rezultati fMRI Eksperiment 2 - regresijska analiza. Pomembna korelacija med izboljšanjem hitrosti priklica za znane nagrajene v primerjavi s poznanimi ne nagrajenimi slikami (Δ stopnja spominjanja) in razlike med hemodinamičnimi odzivi med ...

DISKUSIJA

Naša ugotovitev, da je grozd vokslov znotraj MTL (vključno s hipokampusom in nosovodno skorjo) pokazal glavni učinek novosti, ne pa glavnega učinka nagrad (Slika 3A, B) podpira idejo, da lahko hipokampus in rinonalna skorja signalizirata novost, neodvisno od nagrade. Ta ugotovitev ustreza širokemu krogu študij na živalih in ljudeh, ki kažejo, da sta tako hipokampus kot tudi nočna skorja občutljiva na novosti [Brown in Xiang,1998; Dolan in Fletcher, 1997; Vitez, 1996; Lisman in Grace, 2005; Strange, et al. 1999; Yamaguchi in sod. 2004]. Vendar pa je druga regija znotraj hipokampusa pokazala tudi hipotetizirano interakcijo novosti in nagrade (Slika 5) z bistveno izboljšanimi hemodinamičnimi odzivi na že znane neoblikovane slike, če so predstavljeni v kontekstu, kjer je bil roman nagrajen.

Ta interakcija novosti in nagrade v hipokampusu dokazuje naše drugo napovedovanje kontekstualnega učinka v skladu z okvirom raziskovanja bonus (glej [Sutton in Barto,1981] za uradni opis dodatka za raziskovanje v dilemi med raziskovanjem in izkoriščanjem). Temelji na ideji, da lahko novost deluje kot raziskovalni bonus za nagrado [Kakade in Dayan, 2002] predvideli smo, da bi bilo treba v kontekstu, v katerem je roman nagrajen, okrepiti raziskovanje tudi že znanih dražljajev (tudi če niso nagrajeni). V skladu s to možnostjo so znani dražljaji izzvali močnejšo aktivnost hipokampa v kontekstu, ko je bila razpoložljivost nagrade označena z novostjo v primerjavi s kontekstom, ko nagrado signalizirajo s poznavanjem. Ta kontekstualno izboljšana nevronska aktivacija znotraj hipokampusa med kodiranjem pa ni neposredno prerasla v dolgoročni pomnilnik, torej boljši pomnilnik za znane predmete, če je predstavljen v kontekstu z novimi predmeti za napovedovanje nagrade. Namesto tega je uspešnost prepoznavanja temeljila na stanju napovedovanja nagrade za nove (Experiment 1) in znane (Experiment 2) dražljaje (glejte spodaj). To kaže, da v eksperimentalnem okolju, v katerem lahko napovedovanje nagrad in kontekstna novost vplivata na učenje, lahko napovedovanje nagrad uveljavlja prevladujoč vpliv.

Druga napoved v zvezi z okvirom za raziskovanje ni bila potrjena. Nismo našli nobenih možganskih regij, ki bi imele glavni učinek nagrajevanja in hkrati bistveno močnejšo dejavnost za nove nagrade, kot so znane nagrajene slike. Na prvi pogled se zdi, da je ta negativna ugotovitev v nasprotju s prejšnjimi študijami [Krebs in sod.2009; Wittmann in sod. 2008]. Vendar pa v obeh, Krebs in sod. [ 2009] in Wittmann et al. [ 2008] Študija, izboljšano napovedovanje nagrad za nove dražljaje je bilo ugotovljeno pod pogoji, ko je bil status dražljivosti dražljajev impliciten in so se udeleženci udeležili podeljevanja nepredvidljivih dogodkov. Pravzaprav Krebs in sod. poročali, da je bila ta izboljšava odsotna, ko so se udeleženci udeležili statusa dražljajev, namesto da bi se udeležili nagrajevanja (kljub temu upoštevajte, da status novosti v Krebsu in drugi sam po sebi ni napovedoval nagrade). Zato za razliko od kontekstualne interakcije med novostjo in nagrado (Slika 5), ta vidik dodatka za raziskovanje je lahko močno odvisen od naloge in se pojavi le, kadar se lahko udeleženci udeležijo nagrajevanja nepredvidenih dogodkov, ne da bi jim bilo treba ocenjevati novosti. Na podlagi raziskav na glodalcih je bilo predlagano, da se predfrontalni in hipokampalni vhodi med seboj konkurirajo za nadzor nad jedrnimi jezmi (del ventralnega striatuma) [Goto in Grace, 2008]. Verjetno je, da bi pozornost, povezana z novostjo ali nagrajevanjem, vplivala na takšno konkurenco.

Rezultati spominskega prepoznavanja iz Experiment 1 (Slika 2) so bili dobro združljivi z okvirom raziskovanja, saj so pokazali, da je vedenjsko izboljšanje vedenjskega izboljšanja dolgoročnega delovanja spomina za nove, ne pa za znane dražljaje. Vendar so bili vedenjski rezultati, dobljeni v pogojih, ko je prišlo do kodiranja v fMRI skenerju (Experiment 2), v spominu za znane dražljaje kazali povečanje z nagrado (za nove dražljaje ta izboljšava ni dosegla pomembnosti). Eden od razlogov za to neskladje je lahko v tem, da sta bila v Experiment 1 kontekst kodiranja in kontekst priklica naslednji dan identična (preiskovanci so se učili in preskusili v isti sobi), medtem ko so bili za Experiment 2 različni (subjekti, kodirani v fMRI in so bili testirani v preskusni sobi). Znano je, da lahko spremembe med kodiranjem in iskanjem konteksta močno vplivajo na delovanje pomnilnika [Godden in Baddeley,1975]. V skladu s to možnostjo je bila zmogljivost pomnilnika v eksperimentu 2 znatno nižja kot v eksperimentu 1 (Slika 2). Takšni kontekstni učinki so lahko privedli tudi do neskladja v vedenjskih vzorcih, opaženih v poskusih 1 in 2.

Ventralni striatum (Slika 4A) in medialnega prefrontalnega korteksa (Slika 4 C, D) izrazili glavne učinke pričakovane vrednosti nagrade. V naši nalogi je napoved nagrad odvisna od jasne diskriminacije novosti, zato je očitno, da regije, ki izražajo pričakovano vrednost nagrade (ventral striatum, septum / fornix), za predstavljeno sliko potrebujejo dostop do informacij o pomnilniku. Verjeten izvor takih deklarativnih podatkov o pomnilniku je MTL. Pravzaprav hipokampus in rinalna skorja kot del MTL nista le izrazila glavnega učinka novosti, ampak sta tudi dobro znana, da pošiljata eferente v ventralni striatum in medialno predfrontalno skorjo (upoštevajte, da štrlenje iz hrbtenične možganske skorje na NAcc izvira predvsem iz entorhinalne skorje [Friedman et al.2002; Selden in sod. 1998; Thierry in sod. 2000]). Natančni mehanizmi in računski procesi, ki so lahko vključeni v pretvorbo novosti v odzive na nagrade, niso jasni. To morda vključuje medialno predfrontalno skorjo (vključno z orbitalnimi deli), ki - v skladu s prejšnjimi študijami [O'Doherty, et al. 2004; Ranganath in Rainer, 2003] –Izraženo tako z novostjo kot tudi z nagradno aktivacijo (Slika 3C in 4C, D).

Funkcionalne posledice naših rezultatov glede zastopanja novosti in odzivov na nagrade v hipokampusu, SN / VTA, ventralnem striatumu in medialnem PFC so povzete v Slika8. Da bi podprli ta model, smo izračunali korelacijo med aktivacijo naših regij, ki nas zanimajo, z uporabo Spearmanove korelacijske analize za vsak subjekt v časovnem nizu, ki ni vklopljena, da bi zagotovili koeficient korelacije skupine R in a P-vrednost.

Slika 8 

Shematski prikaz funkcionalnega razmerja med hipokampusom, Nucleus acumbens (NAcc), medialnim prefrontalnim korteksom (mPFC) in substantia nigra / ventralno tegmentalno območje (SN / VTA). Za podporo temu modelu smo izračunali korelacijo med ...

Ker je bila nagrada odvisna od novosti in je edino območje, ki je predstavljalo obe vrsti signala, mPFC, je verjetno to območje vir novosti nagradne signalizacije (R = 0.09; P <0.001). Hipokampus pa je najverjetneje vir novostnega signala za mPFC (R = 0.11; P <0.001). To je verjetno glede na to, da obstajajo neposredne projekcije od hipokampa do mPFC [Ferino, et al.1987; Rosene in Van Hoesen, 1977]. Prav tako je verjetno, da se nagradni signal mPFC nato posreduje NAcc (R = 0.09; P <0.001) in SN / VTA (R = 0.03; P = 0.08). Treba je opozoriti, da je signal SN / VTA koreliral le z novostjo odzivnim mPFC (R = 0.03; P = 0.08), vendar ne mPFC (odzivni na nagrade) (R = 0.007; P > 0.6). To kaže, da bi lahko vnosi mOFC v SN / VTA močneje nastali iz tistih regij mPFC, povezanih z obdelavo novosti, ne pa z obdelavo nagrad. Naše opažanje, da se mPFC odziva na novost in je v korelaciji s signalom SN / VTA, je tudi združljivo s predlogom [Lisman in Grace, 2005], da je PFC vir novosti v dopaminergičnem vezju. Vloga NAcc pri signalizaciji novosti pa še vedno ostaja nejasna [Duzel in sod. 2009]. To pomeni, da čeprav nismo opazovali novostnih signalov znotraj NAcc, je obstajala močna korelacija med signali v NAcc in novostmi odzivnimi mOFC regijami (R = 0.09; P <0.001), NAcc in regije hipokampusa, ki se odzivajo na novosti (R = 0.15; P <0.001) ter NAcc in SN / VTA (R = 0.19; P <0.001). Na koncu je treba še opozoriti, da puščice v našem modelu kažejo na domnevno usmerjenost na podlagi znanih projekcij in ne na količinsko ocenjeni vzročnosti.

Nagrade, povezane z izboljšanjem prepoznavnega spomina, so bile povezane z ventralnim striatumom, SN / VTA in aktivacijo MTL (Slika 6). Pomemben vidik učenja in plastičnosti hipokampov je zahteva po DA pri izražanju LTP v pozni fazi (dolgoročno potenciranje), ne pa v zgodnji fazi LTP [Frey in Morris,1998; Frey in sod. 1990; Huang in Kandel 1995; Jay 2003; Morris 2006]. To podpira stališče, da je DA potreben za dolgoročno konsolidacijo spomina, kar podpirajo nedavni vedenjski podatki o glodalcih [O'Carroll, et al. 2006]. Naši podatki so združljivi s tem pogledom, saj kažejo povezavo med dolgoročnim izboljšanjem spomina z nagrado en dan po kodiranju in aktivaciji v domnevnih dopaminergičnih regijah in hipokampusu. Zlasti vidimo povezavo med novo nagrajenimi in neodplačanimi artikli v SN / VTA, ventral striatumom in hipokampusom ter korelacijo za znane nagrajene v primerjavi z nerevidiranimi predmeti znotraj ventralnega striatuma in hipokampusa. Glede na to, da je ventralni striatum primarna izhodna struktura dopaminergičnega srednjega mozga (SN / VTA) [Fields, et al. 2007] naši rezultati kažejo, da sposobnost opazovanja povečanja dolgoročnega spomina, povezanega z nagrajevanjem, s pomočjo hipokampa-SN / VTA, ni omejena na nove dražljaje, temveč velja tudi za znane dražljaje. Pravzaprav je verjetno, da je bila stopnja poznavanja med razredom znanih dražljajev (med kodiranjem) precej spremenljiva in da so bili tisti dražljaji, katerih kodiranje je imelo največ koristi od nagrade, najmanj znani (relativno najbolj novi). Zato je smiselno domnevati, da so korelacije za nove in znane razrede dražljajev temeljile na istih mehanizmih.

Opazili smo tudi glavni učinek nagrajevanja v septumu / fornixu (Slika 4B), območje, ki verjetno skriva holinergične nevrone, ki štrlijo v medialne časovne strukture. Zanimivo je, da študije na živalih kažejo, da podobno kot nevroni DA tudi holinergični nevroni (v bazalnem sprednjem možganu) odgovarjajo na novost in se navadijo, ko dražljaji postanejo znani [Wilson in Rolls,1990b]. Toda pri nalogah, pri katerih znani dražljaji napovedujejo nagrado, aktivnost bazalnih nevronov sprednjega možganov odraža napovedovanje nagrajevanja in ne statusa novosti [Wilson in Rolls, 1990a]. Naše ugotovitve (Slika 4B) so združljivi z opazovanjem Wilson in Rolls (1990a) čeprav ne moremo reči, v kolikšni meri te aktivacije dejansko vključujejo odziv holinergičnih nevronov.

Skupaj ponavljamo nedavna opažanja, da je aktivnost ventralnega striatuma, SN / VTA, hipokampusa in rinalne skorje povezana z izboljšanjem spomina, ki je združljivo z zanko hipokampus-SN / VTA. Pomembno je, da naše ugotovitve zagotavljajo nov ključni vpogled v funkcionalne lastnosti komponent te zanke. V nalogi, v kateri je status novosti pri izdelku napovedoval nagrado, je hipokampus prednostno izrazil status novosti, medtem ko je aktivnost ventralnega strijuma odražala vrednost nagrade neodvisno od statusa novosti. Medialni PFC (vključno z orbitalnimi deli) je bil verjetno mesto, kjer so bili integrirani signali novosti in nagrajevanja, ker izraža tako novost kot učinke nagrajevanja in je znano, da je povezan s hipokampusom in ventralnim striatumom. Končno v skladu s teorijo o raziskovanju bonusov [Kakade in Dayan,2002] nova nagrada, ki napoveduje dražljaje, je vplivala na kontekstualne učinke na znane (ne nagrajujoče) predmete, ki so bili izraženi kot okrepljeni nevronski odzivi znotraj hipokampusa.

Priznanja

Radi bi se zahvalili K. Herriotu za podporo pri zbiranju podatkov.

Dodatne podporne informacije so na voljo v spletni različici tega članka.

VIRI

  • Adcock RA, Thangavel A, Whitfield-Gabrieli S, Knutson B, Gabrieli JD. Nagradno motivirano učenje: mezolimbska aktivacija pred oblikovanjem spomina. Neuron. 2006; 50: 507 – 517. [PubMed]
  • Andersson JL, Hutton C, Ashburner J, Turner R, Friston K. Modeliranje geometrijskih deformacij v časovni vrsti EPI. Neuroimage. 2001; 13: 903 – 919. [PubMed]
  • Ashburner J, Friston KJ. Nelinearna prostorska normalizacija z uporabo osnovnih funkcij. Zemljevid možganov Hum. 1999; 7: 254 – 266. [PubMed]
  • Berridge KC. Razprava o vlogi dopamina pri nagrajevanju: primer spodbujevalne pozornosti. Psihofarmakologija (Berl) 2007; 191: 391–431. [PubMed]
  • Rjava MW, Xiang JZ. Prepoznavni spomin: nevronski substrati presoje predhodnega pojava. Prog Neurobiol. 1998; 55: 149 – 189. [PubMed]
  • Bunzeck N, Duzel E. Absolutno kodiranje novosti spodbude v človeški podstanki Nigra / VTA. Neuron. 2006; 51: 369 – 379. [PubMed]
  • Bunzeck N, Schutze H, Stallforth S, Kaufmann J, Duzel S, Heinze HJ, Duzel E. Mesolimbic obdelava novosti pri starejših odraslih. Cereb Cortex. 2007; 17: 2940 – 2948. [PubMed]
  • Bunzeck N, Doeller CF, Fuentemilla L, Dolan RJ, Duzel E. Motivacija za nagrajevanje pospešuje nastanek nevronskih novosti v ljudeh na 85 milisekund. Curr Biol. 2009; 19: 1294 – 1300. [PMC brez članka] [PubMed]
  • Bunzeck N, Dayan P, Dolan RJ, Duzel E. Skupni mehanizem za prilagodljivo skaliranje nagrade in novosti. Zemljevid možganov Hum. 2010; 31: 1380 – 1394. [PMC brez članka] [PubMed]
  • Deichmann R, Gottfried JA, Hutton C, Turner R. Optimizirali EPI za fMRI študije orbitofrontalne skorje. Neuroimage. 2003; 19 (2 Pt 1): 430 – 441. [PubMed]
  • Devenport LD, Devenport JA, Holloway FA. Nagrajena stereotipija: modulacija s hipokampusom. Znanost. 1981; 212: 1288 – 1289. [PubMed]
  • Dolan RJ, Fletcher PC. Ločevanje predfrontalne in hipokampalne funkcije pri kodiranju epizodnega pomnilnika. Narava. 1997; 388: 582 – 585. [PubMed]
  • Duzel E, Bunzeck N, Guitart-Masip M, Wittmann B, Schott BH, Tobler PN. Funkcionalno slikanje človeškega dopaminergičnega srednjega mozga. Trendi Nevrosci. 2009; 32: 321 – 328. [PubMed]
  • Eckert T, Sailer M, Kaufmann J, Schrader C, Peschel T, Bodammer N, Heinze HJ, Schoenfeld MA. Diferenciacija idiopatske Parkinsonove bolezni, multipla atrofija sistema, progresivna supranuklearna paraliza in zdrave kontrole s pomočjo slikanja s prenosom magnetizacije. Neuroimage. 2004; 21: 229–235. [PubMed]
  • Ferino F, Thierry AM, Glowinski J. Anatomski in elektrofiziološki dokazi za neposredno projekcijo od Amonovega roga do medialne predfrontalne skorje pri podganah. Exp Brain Res. 1987; 65: 421–426. [PubMed]
  • Polja HL, Hjelmstad GO, Margolis EB, Nicola SM. Nevroni ventralnega tegmentalnega območja pri naučenem apetitorskem vedenju in pozitivni okrepitvi. Annu Rev Neurosci. 2007; 30: 289 – 316. [PubMed]
  • Frey U, Morris RG. Sinaptično označevanje: posledice za pozno vzdrževanje hipokampalnega dolgoročnega potenciranja. Trendi Nevrosci. 1998; 21: 181 – 188. [PubMed]
  • Frey U, Schroeder H, Matthies H. Dopaminergični antagonisti preprečujejo dolgotrajno vzdrževanje posttetanskega LTP v CA1 regiji podganjih hipokampalnih rezin. Brain Res. 1990, 522: 69 – 75. [PubMed]
  • Friedman DP, Aggleton JP, Saunders RC. Primerjava hipokampalnih, amigdala in perirhinalnih projekcij na jezgrične jezgre: kombinirana študija anterogradne in retrogradne sledljivosti v možganih Makaka. J Comp Neurol. 2002; 450: 345 – 365. [PubMed]
  • Friston KJ, Fletcher P, Josephs O, Holmes A, Rugg MD, Turner R. FMRI, ki so povezane z dogodki: značilnost diferencialnih odzivov. Neuroimage. 1998; 7: 30 – 40. [PubMed]
  • Gasbarri A, Packard MG, Campana E, Pacitti C. Anterogradno in retrogradno sledenje projekcij iz ventralnega tegmentalnega območja v obliko hipokampusa pri podganah. Brain Res Bull. 1994, 33: 445 – 452. [PubMed]
  • Gasbarri A, Sulli A, Packard MG. Dopaminergične mezencefalne projekcije na nastanek hipokampusa pri podganah. Prog Neuropsychopharmacol Biol Psychiatry. 1997, 21: 1 – 22. [PubMed]
  • Godden DR, Baddeley AD. Kontekstno odvisen spomin v dveh naravnih okoljih: na kopnem in pod vodo. Britanski časopis za psihologijo. 1975; 66: 325 – 331.
  • Goto Y, Grace AA. Obdelava limbične in kortikalne informacije v nucleus accumbens. Trendi Neurosci. 2008, 31: 552 – 558. [PMC brez članka] [PubMed]
  • Helms G, Draganski B, Frackowiak R, Ashburner J, Weiskopf N. Izboljšana segmentacija struktur globoke možganske sive snovi z uporabo zemljevidov parametrov magnetizacijskega prenosa (MT). Neuroimage. 2009; 47: 194 – 198. [PMC brez članka] [PubMed]
  • Holscher C, Jacob W, Mallot HA. Nagrada modulira nevronsko aktivnost v hipokampusu podgane. Behav možgani Res. 2003; 142: 181 – 191. [PubMed]
  • Huang YY, Kandel ER. Agonisti receptorjev D1 / D5 inducirajo pozno potenciranje sinteze beljakovin v CA1 regiji hipokampusa. Proc Natl Acad Sci US A. 1995, 92: 2446-2450. [PMC brez članka] [PubMed]
  • Hutton C, Bork A, Josephs O, Deichmann R, Ashburner J, Turner R. Popravek izkrivljanja slike pri fMRI: Kvantitativna ocena. Neuroimage. 2002; 16: 217 – 240. [PubMed]
  • Hutton C, Deichmann R, Turner R, Andersson JL. 2004. Kombinirani popravek za geometrijsko popačenje in njegovo interakcijo z gibanjem glave pri fMRI; Zbornik ISMRM 12, Kjoto, Japonska.
  • Ikemoto S. Dopamin nagradno vezje: dva projekcijska sistema od ventralnega srednjega možganov do kompleksa jedra-vohalnih tuberklov. Brain Res Rev. 2007; 56: 27 – 78. [PMC brez članka] [PubMed]
  • Jay TM. Dopamin: potencialni substrat za sinaptično plastičnost in spominske mehanizme. Prog Neurobiol. 2003, 69: 375 – 390. [PubMed]
  • Johnson JD, Muftuler LT, dr. Rugg. Večkratne ponovitve razkrivajo funkcionalno in anatomsko različne vzorce aktivnosti hipokampa med spominom neprestanega prepoznavanja. Hipokampus. 2008; 18: 975 – 980. [PMC brez članka] [PubMed]
  • Kakade S, Dayan P. Dopamin: posploševanje in bonusi. Nevronska mreža. 2002; 15: 549 – 559. [PubMed]
  • Vitez R. Prispevek človeške hipokampalne regije k odkrivanju novosti. Narava. 1996; 383: 256 – 259. [PubMed]
  • Knutson B, Cooper JC. Funkcionalno magnetno resonančno slikanje napovedi. Curr Opin Neurol. 2005, 18: 411 – 417. [PubMed]
  • Krebs RM, Schott BH, Schutze H, Duzel E. Bonitet za raziskovanje novosti in njegova pozorna modulacija. Nevropsihologija. 2009; 47: 2272 – 2281. [PubMed]
  • Li S, Cullen WK, Anwyl R, Rowan MJ. Dopaminsko odvisno olajšanje indukcije LTP v hipokampalnem CA1u z izpostavljenostjo prostorski novosti. Nat Neurosci. 2003, 6: 526 – 531. [PubMed]
  • Lisman JE, Grace AA. Loop Hippocampal-VTA: nadzor nad vnosom informacij v dolgoročni pomnilnik. Neuron. 2005; 46: 703 – 713. [PubMed]
  • Ljungberg T, Apicella P, Schultz W. Odzivi opojnih dopaminskih nevronov med učenjem vedenjskih reakcij. J Neurofiziol. 1992, 67: 145 – 163. [PubMed]
  • Mesulam MM. Od občutka do spoznanja. Možgani 1998; 121 (Pt 6): 1013 – 1052. [PubMed]
  • Morris RG. Elementi nevrobiološke teorije delovanja hipokampa: Vloga sinaptične plastičnosti, sinaptičnega označevanja in shem. Eur J Nevrosci. 2006; 23: 2829 – 2846. [PubMed]
  • Niv Y, Daw ND, Joel D, Dayan P. Tonic dopamin: oportunitetni stroški in nadzor odziva. Psihofarmakologija (Berl) 2007; 191: 507 – 520. [PubMed]
  • O'Carroll CM, Martin SJ, Sandin J, Frenguelli B, Morris RG. Dopaminergična modulacija vztrajnosti spomina, odvisnega od hipokampusa. Nauči se Mem. 2006; 13: 760–769. [PMC brez članka] [PubMed]
  • O'Doherty JP, Deichmann R, Critchley HD, Dolan RJ. Nevronski odzivi med pričakovanjem osnovne nagrade za okus. Neuron. 2002; 33: 815 – 826. [PubMed]
  • O'Doherty J, Dayan P, Schultz J, Deichmann R, Friston K, Dolan RJ. Ločene vloge ventralnega in dorzalnega striatuma v instrumentalnem kondicioniranju. Znanost. 2004; 304: 452 – 454. [PubMed]
  • Ploghaus A, Tracey I, Clare S, Gati JS, Rawlins JN, Matthews PM. Spoznavanje bolečine: Nevronski substrat napake napovedovanja za averzivne dogodke. Proc Natl Acad Sci US A. 2000; 97: 9281 – 9286. [PMC brez članka] [PubMed]
  • Purves D, Bonardi C, Hall G. Povečanje latentne inhibicije pri podganah z elektrolitičnimi lezijami hipokampusa. Behav Neurosci. 1995; 109: 366 – 370. [PubMed]
  • Ranganath C, Rainer G. Nevronski mehanizmi za zaznavanje in spominjanje novih dogodkov. Nat Rev Neurosci. 2003; 4: 193 – 202. [PubMed]
  • Rolls ET, Xiang JZ. Nagradno-prostorske predstave in učenje v hipokampusu primatov. J Nevrosci. 2005; 25: 6167 – 6174. [PubMed]
  • Rosene DL, Van Hoesen GW. Hipokampalni eferenti dosežejo široka področja možganske skorje in amigdale pri opusu rezusu. Znanost. 1977; 198: 315 – 317. [PubMed]
  • Selden NR, Gitelman DR, Salamon-Murayama N, Parrish TB, Mesulam MM. Usmeritve holinergičnih poti znotraj možganskih poloble človeških možganov. Možgani 1998; 121 (Pt 12): 2249 – 2257. [PubMed]
  • Smith Y, Kieval JZ. Anatomija dopaminskega sistema v bazalnih ganglijih. Trendi Nevrosci. 2000; 23 (Suppl. 10): S28 – S33. [PubMed]
  • Sokolov EN. Višje živčne funkcije; orientacijski refleks. Annu Rev Physiol. 1963; 25: 545 – 580. [PubMed]
  • Solomon PR, Vander Schaaf ER, Thompson RF, Weisz DJ. Hipokampus in kondicioniranje sledi zajčjega klasično pogojenega odziva na membrano. Behav Neurosci. 1986; 100: 729–744. [PubMed]
  • Strange BA, Fletcher PC, Henson RN, Friston KJ, Dolan RJ. Ločevanje funkcij človeškega hipokampusa. Proc Natl Acad Sci US A. 1999; 96: 4034 – 4039. [PMC brez članka] [PubMed]
  • Sutton RS, Barto AG. K sodobni teoriji prilagodljivih omrežij: pričakovanje in napoved. Psychol Rev. 1981; 88: 135 – 170. [PubMed]
  • Tabuchi ET, Mulder AB, Wiener SI. Položaj in vedenjska modulacija sinhronizacije hipokampalnih in akumulacijskih nevronskih izpustov pri prosto gibajočih se podganah. Hipokampus. 2000; 10: 717 – 728. [PubMed]
  • Thierry AM, Gioanni Y, Degenetais E, Glowinski J. Hipokampo-predfrontalna možganska pot: Anatomske in elektrofiziološke značilnosti. Hipokampus. 2000; 10: 411 – 419. [PubMed]
  • Tuljenje E. Spomin in zavest. Kanadska psihologija. 1985; 26: 1 – 12.
  • Weiner I. "Dvoglavi" model latentne inhibicije shizofrenije: modeliranje pozitivnih in negativnih simptomov in njihovo zdravljenje. Psihoparmakologija (Berl) 2003; 169 (3 – 4): 257 – 297. [PubMed]
  • Weiskopf N, Helms G. Večparametrsko preslikavo človeških možganov v ločljivosti 1mm v manj kot 20 minutah. ISMRM 16, Toronto, Kanada: 2008.
  • Weiskopf N, Hutton C, Josephs O, Deichmann R. Optimalni EPI parametri za zmanjšanje izgub občutljivosti, povzročenih z občutljivostjo: analiza celotnih možganov pri 3 T in 1.5 T. Neuroimage. 2006; 33: 493 – 504. [PubMed]
  • Wilson FA, Rolls ET. Učenje in spomin se odražata v odzivih okrepitvenih nevronov v osnovnem sprednjem možganu primatov. J Nevrosci. 1990a; 10: 1254 – 1267. [PubMed]
  • Wilson FA, Rolls ET. Nevronski odzivi so bili povezani z novostjo in znamenitostjo vizualnih dražljajev v substantia innominata, diagonalnem pasu Broca in periventrikularnem območju primarnega preddvora primata. Exp Brain Res. 1990b; 80: 104 – 120. [PubMed]
  • Wirth S, Avsar E, Chiu CC, Sharma V, Smith AC, Brown E, Suzuki WA. Preskusni izid in asociativni učni signali v hipokampusu opice. Neuron. 2009; 61: 930 – 940. [PMC brez članka] [PubMed]
  • Wittmann BC, Schott BH, Guderian S, Frey JU, Heinze HJ, Duzel E. Nagradna FMRI aktivacija dopaminergičnega srednjega možganov je povezana s povečanim oblikovanjem dolgoročnega spomina, ki je odvisen od hipokampusa. Neuron. 2005; 45: 459 – 467. [PubMed]
  • Wittmann BC, Bunzeck N, Dolan RJ, Duzel E. Pričakovanje novosti novači sistem nagrajevanja in hipokampus ob spodbujanju spomina. Neuroimage. 2007; 38: 194 – 202. [PMC brez članka] [PubMed]
  • Wittmann BC, Daw ND, Seymour B, Dolan RJ. Strijatalna aktivnost je osnova na novosti pri ljudeh. Neuron. 2008; 58: 967 – 973. [PMC brez članka] [PubMed]
  • Yamaguchi S, Hale LA, D'Esposito M, Knight RT. Hitro predfrontalno-hipokampalno navajanje na nove dogodke. J Neurosci. 2004; 24: 5356–5363. [PubMed]