- Neuroimage. 2007 Oct 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 och Emrah Düzelb,c,⁎
Denna artikel har varit citerad av Andra artiklar i PMC.
Abstrakt
Den dopaminerga midjen, som omfattar substantia nigra och ventral tegmental area (SN / VTA), spelar en central roll i belöningsprocessen. Denna region aktiveras också av nya stimuli, vilket ökar möjligheten att nyhet och belöning har delade funktionella egenskaper. Det är för närvarande oklart om funktionella aspekter av belöningsprocessering i SN / VTA, nämligen aktivering av oväntade belöningar och signaler som förutsäger belöning, också karaktäriserar nyhetsbehandling. För att ta itu med denna fråga genomförde vi ett fMRI-experiment under vilka ämnen som såg symboliska signaler som förutspådde antingen nya eller bekanta bilder av scener med 75% -giltighet. Vi visar att SN / VTA aktiverades av signaler som förutsäger nya bilder samt av oväntade nya bilder som följde kännedomsprognoser, ett "oväntat nyhetssvar" -svar. Hippocampus, en region som är inblandad i detektering och kodning av nya stimuli, visade ett förebyggande nyttighetssvar men skilde sig från SN / VTAs svarprofil i svaret vid resultatet till förväntad och "oväntad" nyhet. I en beteendeförlängning av försöket ökade minnet i förhållande till förtrogenhet när man jämförde fördröjt igenkänningsminne för förväntade nya stimuli med oväntade nya stimuli. Dessa data avslöjar gemensamma förhållanden i SN / VTA-svaren för att förutse belöning och förutse nya stimuli. Vi föreslår att detta förebyggande svar kodar en motivationsexperatorisk nyhetssignal som tillsammans med förhoppande aktivering av hippocampus leder till förbättrad kodning av nya händelser. I mer generella termer föreslår data att dopaminerg behandling av nyhet kan vara viktigt för att utforska prospektering av nya miljöer.
Beskrivning
Enkelt neuroninspelningar hos djur och nyligen gjorda funktionella magnetiska resonansbilder (fMRI) -studier hos människor ger konvergerande bevis för att SN / VTA midbrainområdet aktiveras inte bara genom belöning (Schultz, 1998) men även av nya stimuli även i avsaknad av förstärkning (Schultz et al., 1997; Schott et al., 2004; Bunzeck och Duzel, 2006). SN / VTA-aktivering genom nyhet ökar möjligheten att nyheten kan ha inneboende givande egenskaper. Om så är fallet bör karaktäristika för belöningsprocessering, såsom det tidsmässiga bytet av svar i konditionering, också innehålla nyhetsbehandling. I belöningsförväntande paradigmer kodar dopaminerga neuroner belöningsprognos när beredskapen mellan en prediktiv stimulans och efterföljande belöning har lärt sig. Specifikt svarar dessa neuroner på den första tillförlitliga predikanten av belöning men inte längre till mottagande av belöning (Ljungberg et al., 1992; Schultz et al., 1992, 1997; Schultz, 1998). Huruvida nyhetsbehandling i SN / VTA också visar att dessa belöningsrelaterade egenskaper är oklara.
Hippocampus är kritisk vid bildandet av episodiska långsiktiga minnen för nya händelser (Vargha-Khadem et al., 1997; Duzel et al., 2001) och trodde att tillhandahålla huvudinmatningen för en nyhetssignal i SN / VTA (Lisman och Grace, 2005). Dopamin frisatt av SN / VTA-neuroner är i sin tur avgörande för stabilisering och upprätthållande av långsiktig potentiering (LTP) och långsiktig depression (LTD) i hippocampala regionen CA1 (Frey et al., 1990, 1991; Huang och Kandel, 1995; Sajikumar och Frey, 2004; Citron och Manahan-Vaughan, 2006; för en recension se Jay, 2003). fMRI-data har visat att gemensam SN / VTA- och hippocampalaktivering är associerad med framgångsrik långvarig minnesbildning (Schott et al., 2006) och belöningsrelaterad förbättring av ny stimuluskodning (Wittmann et al., 2005; Adcock et al., 2006). Med tanke på sådana konvergerande bevis understryker de senaste modellerna av hippocampusberoende minnesbildning ett funktionellt samband mellan nyhetsdetektering i hippocampus och förbättring av hippocampal plasticitet genom nyhetsinducerad dopaminerg modulering som härrör från SN / VTA (Lisman och Grace, 2005). Därför är frågan huruvida SN / VTA aktiveras genom att förutse nyheten går utöver en begreppsmässig förståelse för förhållandet mellan nyhet och belöning för att omfamna mekanismer av hippokampal plasticitet. Vidare har det nyligen föreslagits att förståelsen av förhållandet mellan nyhet och belöning i SN / VTA kan avslöja kopplingar mellan motivation, nyhetssökande beteende och prospektering (Bunzeck och Duzel, 2006; Knutson och Cooper, 2005).
Vi undersökte förebyggande svar på nya och välbekanta stimuli i ett fMRI-paradigm som modellerades efter belöningsförväntningsprocedurer (Fig 1). Färgade rutor fungerade som signaler som förutspådde efterföljande presentation av nya eller tidigare bekantade bilder av scener. Ämnen instruerades att delta i varje cue och sedan indikera så snabbt och noggrant som möjligt om den efterföljande bilden var bekant eller ny. Eftersom fMRI-experimentet krävde ett stort antal försök utförde vi också en ren beteendeversion där försöksnumren var mer optimala för att bedöma hur episodisk minnesprestation påverkades av förväntan på nyhet med hjälp av ett minnes / känn paradigm (Tulving, 1985).
Experimentella procedurer
Ämnen
Femton friska vuxna (medelålder [± SD] 24.5 ± 4.0 år, alla högerhänta, 7 män) deltog i experimentet. Alla deltagare gav skriftligt informerat samtycke till deltagande, och studien var i enlighet med riktlinjerna från etikkommittén vid universitetet i Magdeburg, Medicinska fakulteten.
Experimentellt paradigm
Vi använde 245 landskapsfotografier i gråskala med normaliserad luminans. Deltagarna fick skriftliga instruktioner inklusive utskrifter av fem bilder som hade valts för bekanta. Innan du gick in i skannern presenterades var och en av dessa bilder åtta gånger på en datorskärm i randomiserad ordning (varaktighet: 1500 ms, ISI: 1200 ms) medan deltagarna fick instruktioner att titta noga. I skannern samlades både anatomiska och funktionella bilder. Deltagarna deltog i 12 sessioner med 5.7 min varaktighet, var och en innehöll 40 försök med 4.5–12 s längd. Under varje försök såg deltagarna en gul eller blå fyrkant (1500 ms) som med 75% noggrannhet angav om följande bild skulle vara bekant eller ny (se Fig 1A för uppgift och instruktioner). Efter en variabel fördröjning (0–4.5 s) visades en bild från den förutsagda kategorin i 75% av försöken, och en bild från den oförutsedda kategorin, roman efter en förtrogenhet och bekant efter en nyhet, visades i 25 % av försöken (1500 ms). Båda kategorierna visades lika ofta. Deltagarna indikerade med en snabb knapptryckning (höger eller vänster pekfinger eller långfinger) om bilden var från den välkända kategorin eller inte. En fixeringsfas med varierande varaktighet följde (1.5–4.5 s). Köfärgerna associerade med varje bildkategori balanserades mellan deltagarna, liksom den svarande handen och tilldelningen av fingrarna till kategorierna.
fMRI-förfaranden
Vi förvärvade 226 ekoplanära bilder (EPI) per session på en 3 T-skanner (Siemens Magnetom Trio, Erlangen, Tyskland) med en TR på 1.5 s och en TE på 30 ms. Bilderna bestod av 24 skivor längs mitthjärnans längdaxel (64 × 64 matris; synfält: 19.2 cm; voxelstorlek: 3 × 3 × 3 mm) samlade i en sammanflätad sekvens. Denna partiella volym täckte hippocampus, amygdala, hjärnstam (inklusive diencephalon, mesencephalon, pons och medulla oblongata) och delar av prefrontal cortex. Skannerbruset reducerades med öronproppar och motivets huvudrörelser minimerades med skumplattor. Stimuleringssekvens och timing optimerades för effektivitet beträffande tillförlitlig separation av cue- och utfallsrelaterade hemodynamiska svar (Hinrichs et al., 2000). En inversionsåtervinnings-EPI-sekvens (IREPI) förvärvades för varje individ för att förbättra normalisering. Skanningsparametrar var desamma som för EPI-sekvensen men med full hjärntäckning.
Förbehandling och dataanalys utfördes med statistisk parametrisk kartläggningsprogramvara implementerad i Matlab (SPM2; Wellcome Trust Center for Neuroimaging, Institute of Neurology, London, Storbritannien). EPI-bilder korrigerades för skivtiming och rörelse och normaliserades sedan rumsmässigt till Montreal Neurological Institute-mall genom att vrida ämnets anatomiska IREPI till SPM-mallen och tillämpa dessa parametrar på de funktionella bilderna och förvandla dem till 2 × 2 × 2 mm stora röster. De slätades sedan ut med en 4 mm Gauss-kärna.
För statistisk analys sänktes dataen voxel-by-voxel på deras globala medel- och högpassfiltrerad. Försöksrelaterad aktivitet för varje ämne bedömdes genom att involvera en vektor av försöksbegränsningar med en kanonisk hemodynamisk responsfunktion och dess tidsmässiga derivat (Friston et al., 1998). En generell linjär modell (GLM) specificerades för varje deltagare på modelleringseffekter av intresse med användning av två inslag per försök, en för cue start och en för utfallet start (covariater var: nyhetskänsla, kännedom cue, förväntat / oväntat nytt resultat förväntat / oväntat välbekant resultat) och sex kovariater av intresse som fångar kvar rörelserelaterade artefakter. Följande kontraster analyserades: nya vs välbekanta indikeringar, nya vs välbekanta resultat, oväntade vs förväntade resultat, oväntade vs förväntade nya resultat och oväntade vs förväntade välkända resultat. Efter att ha skapat statistiska parametriska kartor för varje deltagare genom att tillämpa linjära kontraster till parametrisuppskattningarna utfördes en analys på andra nivå av slumpmässig effekt för att bedöma gruppeffekter. Med tanke på vår a priori-hypotes om aktivering av belöning och hippocampala system, testades effekterna för betydelse i ett prov t-tester vid ett tröskelvärde på p <0.005, okorrigerad och en minsta klusterstorlek på k = 5 voxels, om inte annat anges. Sfärisk liten volymkorrigering utfördes sedan centrerad på toppvoxlarna med användning av diametrar motsvarande storleken på strukturerna [7.5 mm för aktivering i den främre hippocampus (se Lupien et al., 2007) och 4.5 mm för aktivering i substantia nigra (se Geng et al., 2006)]. Betavärden för toppvoxlar i substantia nigra och hippocampus extraherades och korrigerades med värdet av HRF för generell aktiveringsnivå i försöket för att ge procentuell signalförändring. Alla beteendemedelsvärden anges som medelvärden ± standardfel av medelvärdet (SEM).
För att lokalisera midbrainaktivitet överfördes aktiveringskartor på en genomsnittlig bild av 33-spatial normaliserade magnetiseringsöverföringsbilder (MT) som tidigare förvärvats (Bunzeck och Duzel, 2006). På MT-bilder kan substantia nigra enkelt särskiljas från omgivande strukturer (Eckert et al., 2004). För att hjälpa lokaliseringen av aktiveringar överfördes toppkropparna hos varje kontrast till Talairach-rymden (Talairach och Tournoux, 1988) med hjälp av Matlab-funktionen mni2tal.m (Matthew Brett, 1999) och matchade till anatomiska områden med hjälp av programvaran Talairach Daemon Client (Lancaster et al., 2000; Version 1.1, Research Imaging Center, University of Texas Health Science Center i San Antonio). Alla stereotaxiska koordinater ges därför i Talairach-rymden.
Separat minnesbedömning
I en separat beteendeuppföljningsstudie motiverad av fMRI-fynden, genomförde 12-deltagare (2-man) samma förkunskaps- och nyhetsförväntningsförfaranden som implementerades för fMRI-experimentet. Beteendexperimentet separerades från fMRI-experimentet, eftersom längden och antalet stimuli i fMRI optimerades för att förbättra signalkvaliteten men för omfattande för att tillåta minnesprestanda att förbli över chans. För att underlätta memorering i beteendexperimentet reducerades antalet försök som innehöll förväntade nya bilder till 120, antalet oväntade nya bilder till 40. En dag efter studiet genomförde deltagarna ett minnesprov innehållande alla 160-nya bilder från studiefasen (nu "gamla" bilder) och 80 nya distractorbilder som deltagarna inte hade sett tidigare (Fig 1B). I denna del av studien fattade deltagarna två på varandra följande beslut för varje bild, som båda var cued med text som presenterades under bilden. Det första beslutet var att fatta en "gammal / ny" bedömning, det andra beslutet var "kom ihåg / vet / gissning" (efter ett "gammalt" svar) eller ett "säkert / gissning" (efter ett "nytt" svar) dom. Tidtagningen var i takt, med en tidsgräns för beslut om 3 s respektive 2.5 s, följt av en 1 s fixeringsfas innan nästa bild presenterades.
Resultat
Beteende resultat
För studiefasen visade en 2 × 2 × 2 ANOVA om deltagarnas reaktionstider på korrekta prövningar med faktorbildkategorin (roman / bekant), förväntan (förväntad / oväntad) och grupp (skannad grupp / minnesgrupp) huvudeffekter av bildkategori och förväntningar och en interaktion mellan grupp- och bildkategorieffekt (se Tabell 1 för reaktionstider; kategori effekt: F[1,25] = 31.57, p <0.001; förväntningseffekt: F[1,25] = 8.47, p <0.01; interaktionseffekt: F[1,25] = 5.49, p <0.05). Post hoc parat t-test bekräftade att reaktionstiderna för både förväntade kända bilder och förväntade nya bilder var betydligt kortare än för motsvarande oväntade bilder (p <0.01 och p <0.05). Reaktionstiderna för både förväntade och oväntade bekanta bilder var betydligt kortare än för motsvarande nya bilder (p <0.001 och p = 0.001 respektive). Interaktionseffekten var inte resultatet av en signifikant kategorieffekt i endast en deltagargrupp, som t-test som jämförde reaktionstider med nya och välbekanta bilder var signifikant för båda grupperna (p <0.05 för den skannade gruppen och p <0.001 för minnesgruppen). Dessa resultat bekräftar att deltagarna uppmärksammade ledtrådarna och använde dem för att få en beteendefördel för diskriminering av nya och välkända bilder. Korrekt svarsfrekvens skilde sig inte mellan kategorierna eller mellan grupperna (genomsnitt för förväntade nya bilder: 95.1% ± 3.7%, för oväntade nya bilder: 94.1 ± 3.6%, för förväntade bekanta bilder: 93.8% ± 3.9% och för oväntade bekanta bilder : 93.4% ± 3.5%).
Vi analyserade sedan resultaten från det minnetest som utfördes 1 dagen efter studiefasen i beteendeuppföljningen. En tvåvägs ANOVA med faktorminne (korrigerade minnes / kännasatser) och nyhetsförväntning (förväntat / oväntat) visade en interaktionseffekt (F[1,11] = 5.66, p <0.05). Post hoc parat t-test avslöjade en signifikant högre skillnad mellan korrigerade minnes- / kunskapsfrekvenser för förväntade (8.9 ± 5%) än oväntade (0.9 ± 4%) nya bilder (p <0.05; för svarsfrekvenser se Tabell 2). Ytterligare efter hoc-parning t-test bekräftade att varken korrigerad minnesfrekvens kontra korrigerad kunskapsfrekvens eller förväntad kontra oväntat ensam var signifikant annorlunda. Andelen gissningssvar skilde sig inte mellan kategorierna (11.1 ± 2.3% för förväntat och 12.3 ± 2.4% för oväntade bilder).
Vi analyserade också bidrag från återkallelse och förtrogenhet enligt ett självständighetsantagande på grundval av en allmänt accepterad modell (Yonelinas et al., 1996) enligt vilken återkallelse representerar en hippocampusberoende tröskelprocess, medan förtrogenhet representerar en signaldetekteringsprocess som kan stödjas i frånvaro av en intakt hippocampus. Recollection uppskattades genom att subtrahera frekvensen av minnesvalar (RFA) från minneshastigheten. Kännedom beräknades genom att först beräkna bekanthetssvar (FR, se ekvation nedan) och sedan erhålla motsvarande d-prime värde.
För att kunna jämföra beräkningar av minnesförmåga (RE), vilka är responsproportioner i procent, och kännedomskalkyler (FE), vilka är dvärden förvandlades båda måtten till z-scores före statistiska analyser. En tvåvägs ANOVA med faktorminne (beräkning av beräkning av beräkning / kännedom) och förväntad nyhet (förväntat / oväntat) bekräftade interaktionseffekten som erhölls i ANOVA på svarsfrekvenser (F[1,11] = 5.78, p <0.05).
fMRI-resultat
Cues som leder till förväntan på nya bilder, i motsats till förväntan på välbekanta bilder, ledde till signifikant högre aktivitet i hjärnområden som bildar det dopaminerga systemet (vänster striatum, höger midbrain, troligen SN; Fig. 2A, B; Tabell 3), områden som tidigare förknippats med belöningseffekter (Knutson et al., 2001a, b; O'Doherty et al., 2002; för en recension se Knutson och Cooper, 2005). För resultatkontrasten aktiverade oväntade vs förväntade nya resultat även rätt SN / VTA (Fig. 4A, B; Tabell 4). Detta aktiveringsmönster liknar ett aktiveringsmönster som ses i dopaminerg medelvärde med belöningsparamigmer där dopaminerga neuroner rapporterar ett prediktionsfel i belöning (Schultz et al., 1997). I motsats härtill visade aktivitet som svar på kännedomskänslor och oväntade vs. förväntade välbekanta bilder inte detta mönster. Sålunda visar dessa resultat paralleller mellan behandling av nyhet och belöning i SN / VTA.
I hippocampus var både nyhetens förväntan och nya resultat associerade med ökad bilateral aktivitet jämfört med förväntan och resultatet av välbekanta stimuli (Fig. 2C, D och 3; Tabell 3). Den högra hippocampus var också mer aktiv för oväntade nya bilder än för förväntade nya bilder (Fig. 4CD; Tabell 4). Dessutom visade vänster hippocampus (Talairach-koordinater: - 36, - 14, - 14) högre aktivitet för presentation av alla oväntade bilder i kontrast till alla förväntade bilder, i överensstämmelse med hippocampus bearbetning av kontextuell nyhet (Ranganath och Rainer, 2003; Bunzeck och Duzel, 2006).
I köfasen fanns en signifikant positiv korrelation mellan höger SN / VTA-aktivering och höger hippocampusaktivitet som testades med användning av en genomsnittlig procentuell signalförändring som svar på nyhetstecken i toppvokalerna för kontrast mellan "nyhet och förtrogenhet" jämfört med deltagarna ( Pearson's r = 0.48, p <0.05 enstjärtad; Fig 5). Således indikerar våra data en funktionell interaktion såväl som funktionella dissociationer mellan SN / VTA och hippocampus vid nyhetsbehandling.
Diskussion
Beteendemässigt var köets giltighet associerad med en signifikant effekt på ämnes reaktionstider under diskriminering av nya och välbekanta stimuli, vilket visade att ledtrådar som förutsäger nya eller välbekanta händelser bearbetades av ämnen. fMRI-analys avslöjade att ledtrådar som förutsäger nya bilder framkallade signifikant högre SN / VTA-aktivering än ledtrådar som förutspådde välkända stimuli (Fig. 2A, B; Tabell 3). Detta SN / VTA-aktiveringsmönster som svar på nyhet liknar ett mönster som finns i belöningssparamigmer där ett svar ses till den tidigaste predikanten av belöning (Knutson et al., 2001a; Wittmann et al., 2005). En annan egenskap av belöningsprocessering i SN / VTA, nämligen ökad aktivitet för oväntat jämfört med förväntade belöningar (Schultz, 1998), var också parallellt med SN / VTA-svar på nyhet. SN / VTA-aktivering var starkare som svar på oväntad presentation jämfört med förväntad presentation av nya artiklar (Fig. 4A, B; Tabell 4). Observera att det inte är troligt att förutseende SN / VTA-aktivering reflekterad kontaminering av den hemodynamiska signalen inducerad av efterföljande nya stimuli, eftersom det inte fanns någon SN / VTA-aktivering genom förutspådda nya stimuli eller kännedomskännetecken, vilket demonstrerade effektiviteten hos jitteringsprotokollet.
Våra resultat tyder på att likheten mellan nyhet och belöning går utöver deras vanliga påverkan på SN / VTA-hippocampalkretsar och ökar möjligheten att nyheten själv behandlas som en belöning. Detta är kompatibelt med ett antal observationer från djurforskning, inklusive data som visar minskad självadministration av amfetamin under utforskning av nya föremål (Klebaur et al., 2001), utvecklingen av platspreferensen för miljöer som innehåller nya stimuli (Bevins och Bardo, 1999) och konditionering till nyhet (Reed et al., 1996). Detta förhållande mellan nyhet och belöning påverkar emellertid inte inferenser som härrör från traditionella förstärkningsprotokoll, som fungerar effektivt med välkända stimuli. Detta talar för det faktum att det i många situationer är klart fördelaktigt för en agent att bilda belöningsföreningar till mycket välkända saker. Ändå ger våra data stöd för idén om att inbyggda belöningsegenskaper hos nya stimuli kan ligga till grund för utforskande beteenden som normalt observeras i nya sammanhang och föremål (Ennaceur och Delacour, 1988; Stansfield och Kirstein, 2006). En annan egenskap hos SN / VTA-neuronkodning av belöningsutfall är adaptiv kodning (Tobler et al., 2005), som kännetecknas av en annan nivå att svara på samma förväntade belöningsvärde beroende på de alternativa belöningar som finns tillgängliga i varje sammanhang. Medelvärdesbelöningar leder till ett högre dopaminerge svar om de presenteras i sammanhang med lågvärdesbelöningar än i samband med högvärdesbelöningar. Denna egenskap av SN / VTA belöning bearbetning har ännu inte replikerats för nyhet hos människor. Det finns faktiskt bevis för att, till skillnad från belöning, nyheten kanske inte kodas adaptivt i den mänskliga SN / VTA (Bunzeck och Duzel, 2006), vilket föreslår funktionella skillnader mellan nyhet och belöning som bär ytterligare undersökning.
Det stimulansrelaterade aktivitetsmönstret under nyhetsbehandling i hippocampus skilde sig från mönstret sett i SN / VTA. Till skillnad från SN / VTA visade hippocampus högre aktivitet för förväntade nya stimuli själva (Fig 3). Dessutom aktiverades hippocampus också mer av kontextuell nyhet (Lisman och Grace, 2005) oberoende av stimulansnyhet, tydlig i sitt svar på den oförutsedda presentation av välbekanta bilder. Detta bekräftar tidigare data (Bunzeck och Duzel, 2006), inklusive fynd som indikerar en känslighet av denna struktur för felaktigheter inom inlärda sekvenser (Kumaran och Maguire, 2006). Aktiveringen av hippocampus genom nya stimuli är i sig väl förenlig med den så kallade VTA-hippocampala slingmodellen enligt vilken hippocampal nyhet signalerar till SN / VTA härrör från en intrahippocampal jämförelse av stimulusinformation med lagrade föreningar (Lisman och Grace, 2005). Hippokampalaktivering som svar på nyhetstänkande signaler (Fig. 2CD; Tabell 3), å andra sidan, kan inte förklaras av denna modell. Vi föreslår att en dopaminerg prediktionssignal inducerar hippocampal aktivering via dopaminerg ingång till CA1 (Jay, 2003), en tolkning som är kompatibel med en signifikant korrelation mellan cue-relaterad aktivitet i SN / VTA och hippocampus som finns i denna studie.
Tidigare resultat indikerar att flera hjärnområden utanför mesolimbicsystemet visar olika förutspådda svar i belöningsparadigmer. Ett nytt exempel är demonstrationen av sådana svar i primär visuell cortex V1 (Shuler och Bear, 2006). Dessa svar är hypoteserade att drivas av dopaminerg modulering. En liknande mekanism kan gälla för behandling av nyhet. Oavsett om den dopaminerga midjen driver hippocampus eller vice versa, kan coactivation av hippocampus och SN / VTA associeras med ökad dopaminerg ingång till hippocampus under förväntan. Detta skulle i sin tur kunna inducera ett tillstånd som ökar lärandet för kommande nya stimuli, en modell som är beräkningsmässigt genomförbar (Blumenfeld et al., 2006).
Förutom SN / VTA-hippocampalbearbetningen av nyhetsförväntning fanns också andra hjärnregioner som uppvisade aktivitet som svar på nyhetssignaler, framför allt områden i frontal cortex som tidigare associerats med nyhetsbehandling (Daffner et al., 2000; Tabell 3) och regioner av den parahippocampala cortexen (Duzel et al., 2003; Ranganath och Rainer, 2003). Eftersom våra hypoteser var inriktade på SN / VTA och hippocampal bearbetning ligger en närmare undersökning av dessa resultat utanför ramen för denna studie. Framtida utredning av frontoparietal novelty nätverket och dess interaktioner med SN / VTA och hippocampus skulle lägga väsentligt till den växande förståelsen av nyhet bearbetning.
I överensstämmelse med idén att preactivation av hippocampus under förväntan underlättar inlärning visar våra beteendeuppgifter att förväntade nya bilder resulterade i en högre minnes / vet responsskillnad än oväntade nya bilder när minnet testades 1 dagen senare. Ett minnesreaktion kräver återkallelse av sammanhang från studieepisoden och speglar därför episodiskt minne i motsats till den förtrogenbaserade, icke-episodiska aspekten av igenkänningsminne (Tulving, 1985; Duzel et al., 2001; Yonelinas et al., 2002). Hippocampus har associerats med framgångsrik episodisk minnesbildning i tidigare studier (t.ex. Brewer et al., 1998; Wittmann et al., 2005; Daselaar et al., 2006) och skador på hippocampus har visat sig primärt försämra den igenkänna komponenten av erkännande (Duzel et al., 2001; Aggleton och Brown, 2006). Vi rapporterade nyligen att minnet för belöningsspecifika stimuli också var associerat med ett högre minnes / vetförhållande jämfört med stimuli som förutspådde frånvaron av belöning (Wittmann et al., 2005) och denna minnesförbättring associerades med ökad SN / VTA- och hippocampalaktivering som svar på belöningsspecifika stimuli vid tidpunkten för kodningen. Våra nuvarande resultat utsträcker dessa fynd för att införliva en SN / VTA-inducerad förstärkning av hippocampal plasticitet som upprättas av den tidigaste prediktorn av nyhet. Intressant är att de senaste elektrofysiologiska data från hårbotteninspelningar lyfter fram ett förhållande mellan hjärnaktivitet strax före starten av en ny stimulans och episodiskt minne för den stimulansen (Otten et al., 2006). Våra data tyder på att förväntan på nyhet kan vara en mekanism genom vilken prestimulusaktivitet kan modulera stimuluskodning. Våra resultat omfattar också nyligen fMRI-data där belöning förväntan och förväntan på en känslomässig stimulans befanns förbättra minnet (Adcock et al., 2006; Mackiewicz et al., 2006).
Den funktionella och anatomiska överlappningen mellan belöning och nyhetsbearbetning i SN / VTA kan väl fungera för att förstärka undersökningsbeteendet, så att djur kan hitta nya livsmedelskällor och koda platsen och därigenom förbättra överlevnaden. En intressant aveny för framtida forskning kommer att vara att fastställa sambandet mellan nyhetsförväntning och en nyhetssökande personlighetstreck. Hos människor är ökad nyhetssökning associerad med spel och missbruk (Spinella, 2003; Hiroi och Agatsuma, 2005) höja möjligheten till en avvägning mellan fördelaktiga effekter av att förutse nyhet i minnet och negativa effekter i samband med missbruk. En bättre förståelse för förhållandet mellan nyhetsförväntan, minnesbildning och nyhetssökning kan också informera forskning om de specifika minnesbrister som finns vid dopaminerg dysfunktion som Parkinsons sjukdom och schizofreni.
I encells djurstudier av belöningsbearbetning har observationen att SN / VTA svarar mot belöningsprognos och till oväntad belöning inspirerat till temporära skillnader (TD) -modeller av belöningsbehandling (Schultz, 1998, 2002). Det bör noteras att i vår studie befanns fMRI-aktiveringar för nya förväntningar och oväntade nyhet lokaliseras i något olika delar inom SN / VTA. Detta ger upphov till möjligheten att det kan finnas regionala responsskillnader mellan belöningsspecifikation och oväntade belöningsresponser hos djur, och att single-neuronstudier av nyhetsförväntning och oväntad nyhet kan också visa att motsvarande neuronala svar ligger inom olika delar av SN / VTA. Ett tillvägagångssätt här är det faktum att vi inte kan utesluta möjligheten att i vår studie svarade samma neuronalbefolkning som svarade på nyhetsprediktionen även på oväntad nyhet.
Sammanfattningsvis indikerar våra fMRI-data att hippocampalbildningen och SN / VTA tjänar delvis olika funktioner vid förutsägelse och behandling av nyhet. SN / VTA bearbetar förutsägbarhet och hippocampus den förväntade och faktiska närvaron av nyhet i ett givet sammanhang. Tillsammans med våra beteendeuppgifter tyder våra resultat på att koactivering av SN / VTA och hippocampus till tidigast förutsägaren av nyhet i prestimulusfasen leder till en förbättrad minnesbildning för den kommande nya stimulansen. Dessa fynd ger bevis för ett nära samband mellan behandlingen av belöning och stimulansnythet och förlänger de senaste modellerna av dopaminerg-hippocampal interaktion. De betonar vikten av prestimulusperioden för episodisk kodning. Effekter av nyhet vid kodning kan därför bero på induktion av ett förväntat tillstånd i det mediala tidsmässiga minnessystemet, medierat av modulerande influenser från dopaminerga mellanslagsområden. FMRI-data ger dock inte direkt bevis för involvering av specifika neurotransmittorsystem. Trots detta är fMRI ett värdefullt verktyg för att undersöka händelsesrelaterad aktivitet i SN / VTA hos människor. Integreringen av molekylärgenetiska metoder i neuroimaging (Schott et al., 2006) och farmakologiskt fMRI kan bidra till att ytterligare belysa rollen av neuromodulatoriska sändarsystem i mänsklig nyhetsbehandling och förhållandet mellan SN / VTA-svar och dopaminerg neurotransmission.
Erkännanden
Detta arbete stöddes av bidrag från Deutsche Forschungsgemeinschaft (KFO [Kognitiv kontroll av minne, TP3]). Vi tackar Michael Scholz för hjälp med fMRI-design, Kolja Schiltz för hjälp med fMRI-analysen och Kerstin Möhring, Ilona Wiedenhöft och Claus Tempelmann för hjälp med fMRI-skanning.
Referensprojekt
;
