J Neurosci. 2003 Sep 3;23(22):8092-7.
Zink CF1, Pagnoni G, Martin ME, Dhamala M, Berns GS.
Abstrakt
Även om en föreslagen funktion av både striatumen och dess huvudsakliga dopamininsignaler är relaterad till kodningsbelöningar och belöningsrelaterade stimuli, föreslår en alternativ syn en mer allmän roll av striatum vid behandling av framträdande händelser, oberoende av deras belöningsvärde. Här definierar vi salighet som en händelse som båda är oväntade och framkallar en attentional-behavioral switch (dvs väckande). I den föreliggande studien undersöktes mänskliga striatala svar på icke-återgivande framträdande stimuli. Med hjälp av funktionell magnetisk resonansavbildning (fMRI) uppmättes nivånsberoende blodsyresubstanssignal som svar på flimrande visuella distraktorer presenterade i bakgrunden av en pågående uppgift. Distractor salience manipulerades genom att ändra frekvensen av distraktor förekomst. Sällsynt presenterade distraktorer ansågs mer framträdande än ofta presenterade distraktorer. Vi undersökte också huruvida beteendeförhållandena hos distraktorerna var en nödvändig komponent av förmåga att framkalla striatala svar. I det första experimentet (19-ämnen) gjordes distraktorerna beteenderelaterade genom att definiera en delmängd av dem som mål som kräver en knapptryckning. I det andra experimentet (17-patienter) var distraktorerna inte beteenderelevanta (dvs. de krävde inget svar). FMRI-resultaten avslöjade ökad aktivering i kärnan accumbens efter sällsynta (hög salience) i förhållande till frekvent (låg salience) presentation av distraktorer i båda experimenten. Caudataktivitet ökade endast när distraktorerna var beteenderelaterade. Dessa resultat visar en roll av striatum vid kodning av icke-återkommande framträdande händelser. Dessutom föreslås en funktionell indelning av striatumet enligt stimulans beteenderelevans.
Beskrivning
Den striatum har blivit involverad i olika funktioner, både motor och kognitiv, men den exakta naturen av dess funktioner är fortfarande väsentligen okänd. Decennier av djurforskning tyder på att både striatumet och dess fasiska dopaminerga ingång spelar en viktig roll vid kodande belöningar och belöningsrelaterade stimuli (för översyn, se Schultz, 1998; Schultz et al., 2000). Nya neuroimagingstudier hos människor stöder dessa påståenden (Delgado et al., 2000; Knutson et al., 2000, 2001,2001b; Berns et al., 2001, Breiter et al., 2001; Pagnoni et al., 2002; Elliott et al., 2003). En alternativ åsikt hävdar att snarare än att specifikt behandla belöningsrelaterade stimuli kodar aktiviteten inom striatumen (inklusive dess huvudsakliga dopaminerge ingångar) alla viktiga händelser, inklusive och sträcker sig bortom belöningar. Salience här hänvisar till eventuella oväntade stimuli eller miljöförändringar som antingen väcker eller som framkallar en attentional-behavioral switch (Redgrave et al., 1999; Horvitz, 2000). Bevis för denna uppfattning kommer från studier som visar att dorsal (Rolls et al., 1983; Caan et al., 1984; Hikosaka et al., 1989; Ravel et al., 1999; Shimo och Hikosaka, 2001) och ventral (Williams et al., 1993; Setlow et al., 2003) striatala neuroner svarar mot sådana framträdande stimuli, inklusive uppväckande, aversiva, nya och beteenderelaterade händelser, särskilt när oväntade. Vidare ökar presentationen av tydliga icke-återkommande stimuli i flera modaliteter dopaminnivåer i striatumen och ökar dopaminergisk neuronbränning i mitten (för översyn, se Horvitz, 2000). Dessa resultat kopplar striatumet med behandling av framträdande händelser eftersom nästan alla striatalceller är innerverade av midjen-dopaminerga utsprång (Groves et al., 1995). Utan ett givande sammanhang är striatal behandling av framträdande händelser mestadels oexplorerad hos människor. Några humana neuroimaging-studier har visat ökad striatalaktivitet som svar på både bestraffning (Knutson et al., 2000, 2003) och aversiva stimuli (Becerra et al., 2001); emellertid har inte varje utredning av bestraffning hos människor funnit ökad striatalaktivitet (Delgado et al., 2000). Sådana motstridiga resultat tyder på att antingen beteendets kontext eller stimulansformat spelar en viktig roll vid modulering av striatalfunktion. Vi vet att striatumens roll vid behandling av neutrala uppmuntrande stimuli inte har undersökts specifikt hos människor.
Med hjälp av funktionell magnetisk resonanstomografi (fMRI) försökte vi undersöka hur mänsklig striatal (caudat, putamen och nucleus accumbens) aktivitet modulerades av neutrala framträdande händelser. I de aktuella experimenten presenterades flimrande visuella distraktorer utanför ämnens fokus. Distraktors framträdande manipulerades genom att ändra frekvensen för distraktörens förekomst. Mindre frekventa händelser är mer framträdande eftersom deras förekomst i sig är mindre förutsägbar än frekvent. Vi utförde två experiment för att avgöra om stimuli måste vara beteendemässigt relevanta snarare än att bara väcka medfödda för att framkalla striatal aktivering. I det första experimentet var distraktorerna beteendemässigt relevanta genom att de potentiellt krävde ett svar, medan i det andra experimentet var distraktorerna beteendemässigt irrelevanta genom att aldrig kräva svar. Vi antog att en större fMRI-signal skulle mätas i striatum till den sällsynta (hög salience) i förhållande till frekventa (low salience) distraktorer och att striatalaktiviteten skulle moduleras av beteendemässig relevans.
Material och metoder
Ämnen. Trettiotvå högerhårda, friska vuxna (19-honor, 17-män), åldrar 19-44, inkluderades i studien 19 i experiment 1 och 17 i experiment 2. Med tanke på likheten hos de två försöken, rekryterades två separata prover av individer för experimenten för att undvika test-retest confounds. Ämnen i båda grupperna samplades från samma population (rekryterad från Emory University-samhället, demografiskt lika mellan grupper, utan betydande skillnader i åldrar mellan grupper). Ämnen hade ingen historia om neurologiska eller psykiatriska störningar och gav informerat samtycke till ett protokoll godkänt av Emory University Institutionella granskningsstyrelsen.
Experimentella uppgifter. Alla stimuli-presentationer och inspelningar av reaktionstider utfördes med Presentation-mjukvaran (Neurobehavioral Systems, Inc., San Francisco, CA).
Experiment 1 är ritad i Figur 1 A. Under skannern såg ämnena en av fyra blåa former (kvadrat, rektangel, cirkel eller triangel) presenterad i slumpmässig ordning i mitten av en svart skärm för 750 msec inom ett intervall av 2000 msec interstimulus (ISI). Ämnen fick höra att de skulle se blåa former, en i taget, i mitten av en skärm. De fick instruera att trycka på knappen 1 med hjälp av deras höger pekfinger varje gång en triangel (mål stimuli) uppträdde. De andra formerna betecknades som nontargets. I en delmängd av nontargets uppträdde en stor distractor i form av en mindre, vit, blinkande (28 Hz) cirkel eller triangel i bakgrunden (i ett av fyra skärmhörnplatser slumpmässigt). Ämnen fick höra att en blinkande vit form ibland skulle förekomma i bakgrunden av den pågående uppgiften och fick instrueras att trycka på knappen 2 med hjälp av sin högra långfinger endast när distraktorn var en triangel (svarsavledare). De var inte skyldiga att reagera på cirkeldistraktorerna (nonresponse distractors). Både distraktortyper (respons och nonresponse) var beteendemässigt relevanta eftersom de potentiellt krävde ett svar. Som sådan framkallade distraktorerna en momentant attentions- och beteendeomkopplare. En enda experimentell session bestod av fyra körningar varande 240 sek vardera, med 116 stimuli presentationer. I varje körning uppträdde den centrala triangeldimensionen 29 gånger.
Schematisk av uppgifter. Varje stimulans uppträdde för 750 msec (ISI, 2000 msec). De enstaka pilarna anger en knapp 1 press; dubbelpilad pil indikerar en knapp 2-tryckning. A, Utdrag från experiment 1, beteendemässigt relevanta distraktorer, frekvent körning. De vita distraktorerna visas som cirklar eller trianglar som blinkar i bakgrunden av den pågående uppgiften. Ämnen instruerades att trycka på knappen 1 när en blå (visas här i grå) centrala triangel uppträdde och knappen 2 när den vita distraktorn i bakgrunden var en triangel. B, Utdrag från experiment 2, beteende irrelevanta distraktorer, frekvent körning. De vita distraktorerna uppträdde som cirklar som flimmer i bakgrunden av den pågående uppgiften. Ämnen instruerades att trycka på knappen 1 när en blå (visas här i grå) centrala triangel uppträdde. Inga svar gjordes till distraktorerna. I båda experimenten uppträdde distraktorerna slumpmässigt i tid och rum. Eventuella mönster som detekteras i figuren är rent sammanfallande. De sällsynta körningarna av båda experimenten (data ej visade) var desamma, förutom att distraktorerna inträffade mindre ofta.
Styrkan av distraktor stimuli manipulerades genom att ändra frekvensen av förekomsten; Ju större frekvensen desto mer sannolikt att en given försöksform skulle innehålla en distraktor, varför högre frekvens associerades med större förutsägbarhet för medel och mindre salighet. I en lopp uppträdde en distraherande stimulans 25 gånger (frekvent), med 1-4 (genomsnittlig, 2.9) stimuli mellan konsekutiva distraktorstimuli. Under de andra tre körningarna uppstod en distraherande stimulans endast 4 gånger (sällan), med 24-32 (medel, 28.5) stimuli mellan på varandra följande distraktorstimuli. Genom att ha tre sällsynta körningar fanns det tillräckligt med sällsynta distraktorstimuli för att utföra en statistisk analys av tillräcklig effekt. I alla körningar uppträdde distraheringsstimulerna oregelbundet i tid och aldrig samtidigt som ett centralt triangelmål. Ämnen instruerades inte att fixera och var fritt att röra sig. Körordern motverkades över ämnen.
Experiment 2 är ritad i Figur 1 B. En separat grupp av ämnen utförde samma uppgift som beskrivits ovan, med undantag för följande skillnader: distraktorerna var alla cirklar och beteende irrelevanta eftersom de aldrig krävde ett svar. Ämnen fick höra att de skulle se blå former, en i taget, i mitten av en skärm och instruerades att trycka på knappen 1 med hjälp av sin höger pekfinger varje gång en triangel uppträdde. I experiment 2 nämndes inte distraktorerna för ämnena när instruktioner gavs. Återigen manipulerades distraktornas salience genom att ändra frekvensen av förekomsten. Även om de inte var beteendemässigt relevanta, ansågs de sällsynta distraktorerna framträdande på grund av deras medfödda upphetsningsegenskaper (dvs stark färgkontrast och flimring).
fMRI-avbildning. Skanning utfördes på en 1.5 Tesla Philips Intera-skanner (Eindhoven, Nederländerna). För varje ämne förvärvades en T1-vägd strukturell bild för anatomisk referens, följt av fyra helhjärnfunktionella körningar av 120-skanningar var och en för att mäta T2 * -viktad blodsyresekvensnivåberoende (BOLD) effekt (gradient-recall echo- planbildning, repetitionstid, 2000 msek, ekotid, 40 msec, vändvinkel, 90 °; 64 × 64-matris; synfält; 240 mm; 24 5 mm axiella skivor förvärvade parallellt med anteroposterior-kommandolinjen). Huvudrörelsen minimerades med vaddering.
fMRI-analys. Data analyserades med användning av statistisk parametrisk kartläggning (SPM99) (Friston et al., 1995b). För varje ämne exkluderades de första 12 skanningarna i varje körning från analysen för att diskontera artefakter relaterade till den övergående magnetiseringsfasen. Korrigering av skiva timing användes för att justera för tidsskillnader till följd av multislice imaging förvärv. Rörelsekorrigering till den första funktionella genomsökningen utfördes inom försökspersoner med en sexparametert stel kroppstransformation. Varje individs anatomiska bild samregistrerades till medelvärdet av deras funktionella bilder med hjälp av en styv kroppstransformation och normaliserades sedan rumsligt till Montreal Neurological Institute (MNI) -mallen som överensstämde med Talairach-orienteringssystemet (Talairach och Tournoux, 1988) genom att tillämpa en 12-parameteraffine-transformation följt av olinjär vridning med användning av basfunktioner (Ashburner och Friston, 1999). De beräknade transformationsparametrarna applicerades på alla de funktionella bilderna, interpolerar till en slutlig voxelstorlek av 4 × 4 × 4mm 3. Bilder släpptes därefter romligt med en 8 mm isotrop Gaussisk kärna och temporärt filtrerades med en syntetisk hemodynamisk respons-utjämningsfunktion för att dämpa högfrekventa komponenter i signalen som härrör från brus.
En slumpmässig, händelsesrelaterad statistisk analys utfördes med SPM99 (Friston et al., 1995, 1999) i ett tvånivåprocedur för varje experiment. För experiment 1 på den första nivån specificerades en separat generell linjär modell för varje individ. BOLD-svaren på fyra händelsetyper (nontargets, mål, responsdistraktorer och nonresponse distractors) för varje körning modellerades med en basfunktion bestående av en syntetisk hemodynamisk responsfunktion (bestående av två gammafunktioner skiftad 2 sek från varandra) och dess första order tidsmässigt derivat. En kontrastbild beräknades för varje individ som motsvarade huvudfrekvensen av distraktorfrekvensen: sällsynta distraktorer större än frekventa distraktorer (oavsett typ). De enskilda kontrastbilderna infördes sedan i en andra nivåanalys med hjälp av ett ett prov t testa. Den resulterande sammanfattande statistiska kartan tröskelades vid p <0.05 (okorrigerad för flera jämförelser) och sedan applicerades en liten volymkorrigering (SVC) på sex sfäriska regioner av intresse (ROI) med 6 mm radie. På grund av a priori hypotesen angående striatumen, centrerades ROI: erna på följande platser (MNI-koordinater): högerkärnans accumbens, 12, 8, -8; left nucleus accumbens, -12, 8, -8; rätt caudate, 12, 8, 12; vänster caudat, -12, 8, 12; rätt putamen, 24, 4, 4; och vänster putamen, -24, 4, 4 (Fig 2). Koordinaterna som motsvarar varje ROI baserades på de som anges av Talairach Daemon-databasen (Lancaster et al., 2000), som implementeras i AFNI-programvara (Cox, 1996), som också användes för att omvandla Talairach-koordinaterna till motsvarande MNI-koordinater. Liten volymkorrigering är en begränsad tillämpning av den slumpmässiga gaussiska fältteorin för att redovisa multipla jämförelser när statistisk inferens begränsas till en a priori specificerad region av intresse (Worsley et al., 1996). För varje ämne var parametrisuppskattningarna (dvs. effektstorleken uttryckt i procent av den globala medelintensiteten hos skanningarna) av varje distraktortyp (respons och icke-respons) i de två tillstånden (frekventa och sällsynta) i genomsnitt över voxlar inom de angivna ROI som överlevde pSVC <0.05 för kontrasten, sällsynta distraktorer större än frekventa distraktorer. Eftersom de sällsynta distraktorerna resulterade i större aktivering än de frekventa distraherarna utförde vi a post hoc bedömning av de enskilda bidrag från respons- och nonresponse distraktorer till det sällsynta tillståndet. Detta testades med en parvis jämförelse på parametrisuppskattningarna för nonresponse versus response distractors i det sällsynta tillståndet. Samma analys för experiment 1 utfördes för experiment 2, förutom att eftersom det bara fanns en distraktortyp (nonresponse) i experiment 2, modellerades tre snarare än fyra händelsetyper: nontargets, targets och distractors. Bedömningen av de enskilda insatserna av respons- och nonresponse-distraktorer som utfördes i experiment 1 var inte tillämpligt i detta andra experiment.
Platserna för följande bilaterala ROI: kärnan accumbens, putamen och caudate. ROI: erna visas på axiella sektioner av en strukturmall MRI.
I en separat analys ingick de första nivåens individuella kontrastbilderna från experiment 1 och 2 i en andra nivåanalys med hjälp av ett tvåprov t test för att bedöma samspelet mellan beteendemässig relevans och betydelse. Eftersom försökspersonerna i varje experiment togs ur samma befolkning (dvs. två olika grupper av individer från samma befolkning), kunde alla skillnader mellan dessa grupper tillskrivas skillnader i uppgifter (dvs. distraktors beteendemässiga relevans). För varje interaktionskontrast, (1) (sällsynta distraktorer - frekventa distraherare) × (relevant - irrelevant) och (2) (sällsynta distraktorer - frekventa distraktorer) × (irrelevant - relevant), sammanfattades den statistiska kartan p <0.05 och sedan applicerades en SVC på samma sex 6 mm sfäriska ROI som specificerades i analyserna ovan.
Resultat
I båda experimenten gjorde ämnen ett genomsnitt på mindre än ett fel per körning. I experiment 1 var reaktionstiderna till responsdistraktorerna signifikant längre för de sällan presenterade distraktorerna (medelvärde ± SE = 683 ± 27 msec) än för de ofta presenterade distraktorerna (medelvärde ± SE = 623 ± 24 msec) (p <0.001; parat t testa). Reaktionstiderna till de centrala triangelmålen i den frekventa körningen (medelvärdet ± SE = 598 ± 20 msec) och sällsynta körningar (medelvärde ± SE = 579 ± 19 msec) var också signifikant olika i experiment 1 (p = 0.008; parade t testa). I experiment 2 var det ingen signifikant skillnad i reaktionstiderna för de centrala triangeln målen mellan den frekventa körningen (medelvärde ± SE = 468 ± 17 msec) och sällsynta körningar (medelvärde ± SE = 456 ± 14 msek) (p = 0.132; parade t testa).
FMRI-ROI-resultatet för kontrast, sällsynta distraktorer större än frekventa distraktorer, i experiment 1 och experiment 2 sammanfattas i Tabell 1. I experiment 1 (beteendemässigt relevanta distraherare), av de sex undersökta striatala avkastningen, inträffade signifikanta aktiveringar bilateralt i caudate och nucleus accumbens. Ämnesparametrarnas uppskattningar för varje distraktortyp i de bilaterala caudaten och nucleus accumbens ROI (putamen ROI innehöll inte signifikant aktiverade voxels) avslöjade att i alla fyra kluster uppmättes den största signalen för de sällsynta icke-responsdistraktorerna jämfört med de andra distraktortyperna, inklusive sällsynta reaktionsdistraktorer (Fig 3). För experiment 2 innehöll endast den vänstra kärnans accumbens ROI signifikant aktivering.
Betydligt aktiverad (pSVC ≤ 0.05) striatala ROI i experiment 1 och 2 för kontrasten, sällsynta distraktorer större än frekventa distraktorer
I experiment 1, var enskilda försöksparametrarnas uppskattningar som representerar effektstorlekar (procent av global medelintensitet) medelvärdet för signifikant aktiverade voxels inom ROI för kontrasten, sällsynta distraktorer större än frekventa distraktorer. ROI med betydande aktiveringar var bilateral nucleus accumbens och caudate. Kontrastuppskattningarna är ritade för sällsynta distraktorer i förhållande till frekventa distraktorer, oavsett svarskrav (A). Sällsynta distraktorer delades in efter svarskravet och kontrastberäkningar för sällsynta icke-response-distraktorer i förhållande till sällsynta svarsreaktorer ritas (B). Stipendier representerar medelvärden och SE över ämnen. *p <0.05; **p <0.005; ***p <0.001.
Resultaten av fMRI-analysen som jämför beteenderelevans mellan de två experimenten sammanfattas i Tabell 2. För interaktionen (sällsynta distraktorer - frekventa distraktorer) × (relevant - irrelevant) inträffade signifikant aktivering i kaudatet bilateralt. Ingen annan ROI hade aktiveringar. Interaktionen (sällsynta distraktorer - frekventa distraktorer) × (irrelevant - relevant) resulterade inte i några signifikant aktiverade ROI.
Striatala intressegrupper differentiellt aktiverade (psvc <0.05) av beteendemässig relevans mellan de två experimenten för kontrasten, sällsynt distraktor större än frekventa distraktorer
Diskussion
Med hjälp av fMRI undersöktes i föreliggande studie hur mänsklig striatalaktivitet modulerades genom att icke-återhämtande stimuli uppvisades. Stimuli som anses vara uppmärksamma måste vara oväntade och väcka (dvs dra uppmärksamhet). I den aktuella studien utfördes en kontinuerlig kontinuerlig prestationsuppgift som syftade till att fokusera sin uppmärksamhet, men hjärnaktivitet i samband med utförandet av denna centrala uppgift var inte intressant. Stimulansintressen var distraherande stimulans flimmer i bakgrunden av några av de nontargets i den centrala uppgiften. Saliency manipulerades över två dimensioner: frekvens (frekventare, mindre uppenbar) och beteendemässig relevans.
Ett viktigt inslag i våra uppgifter var manipulationen av distraktor stimuli förväntan genom frekvens. I varje experiment modulerades frekvensen av distraktor förekomst mellan körningar för att förändra distraktorförväntningen och därigenom salviditet. När händelser uppstår oftare blir de mer förväntat och mindre uppenbara. Sällsynta stimuli med långa intervall mellan på varandra följande händelser är oväntade och därför mer framträdande. Överensstämmer med accepterade definitioner av infrekvens (McCarthy et al., 1997; Clark et al., 2000; Kirino et al., 2000) inträffade sällsynta distraktorer i <10% av försöken. Inom varje experiment var distraktorsegenskaper, inklusive plats, exakt tidpunkt och typ av distraktor, pseudorandomiserade i varje körning så att den enda manipuleringen av viktigheten kom från relativ frekvens. I experiment 1 var reaktionstiderna för sällsynta distraktorer signifikant längre än för frekventa distraktorer, vilket visar ett beteendemässigt samband mellan förutsägbarhet.
Förutom förutsägbarhet bidrar förmågan att företrädesvis uppmärksamma till stor del stimulanshöjden. Denna aspekt av förmånlighet kan antingen vara beroende av beteendets kontext (dvs. på grundval av stimulansbeteendets relevans) eller oberoende av beteendets kontext (dvs på grundval av inneboende stimulansegenskaper) (Downar et al., 2002). I våra experiment manipulerade vi beteendets kontext. I experiment 1 var distraktorerna beteende relevanta på grund av ett potentiellt svar. I experiment 2 var distraktorerna beteende irrelevanta eftersom distraktorerna var oväsentliga för uppgiften, och ämnena behövde inte svara på dem. Ämnen rapporterade emellertid att de "märkte" distraktorerna. När distraktorerna i experiment 2 presenterades sällan, betraktades de fortfarande som tydliga på grund av funktioner oberoende av beteendets kontext, inklusive deras starka färgkontrast på den svarta bakgrunden (i motsats till de mindre kontrasterande blåformerna i den pågående uppgiften) och deras flimrande natur . Förutom de inbyggda egenskaperna hos stimuli hade distraktorer i experiment 1 en extra dimension till deras salming som ett resultat av deras potentiella beteendekonsekvenser. Det är viktigt att båda distraktortyperna (respons och nonresponse) i experiment 1 krävde ämnen för att tillfälligt avbryta den pågående uppgiften, avleda resurser till distraktorn, och eventuellt svara på den, även om knapptrycket endast hände till svaret (triangeln) distraktorer.
Resultaten av den föreliggande studien visar att aktiviteten i nukleinsymbolerna ökade till följd av oväntade uppväxande förändringar i den visuella miljön (dvs. utseendet på flimrande distraktorer) medan caudatet rekryterades endast när en sådan stimulans var beteenderelevant. Dessa mönster av aktivitet överensstämmer med tidigare djurstudier. Caudate neuroner svarar på signaler och visuella stimuli, men svar ses inte vanligtvis när dessa stimuli är oberoende av uppgiften (Rolls et al., 1983). Aosaki et al. (1994) rapporterade att neuroner i kaudatet inte svarar på en cue före träning; De svarar dock på cue efter att ha läst att cue signalerar kommande belöning och därmed initierar slickning. Å andra sidan, svarar kärnans accumbens för att väcka visuella stimuli, även om det saknas uppgift relevans (Williams et al., 1993). Vi observerade inga signifikanta aktivitetsmoduleringar i putamen, vilket överensstämmer med data som antyder att putamen är mest direkt kopplade till motorstyrning (Alexander och Crutcher, 1990) i stället för salience per se.
Av våra data konkluderar vi att den mänskliga striatumen (caudat och nucleus accumbens) spelar en roll vid behandling av vidhängande händelser, andra än belöningar, men svaret är inte homogent i hela striatumet. Redgrave et al. (1999) föreslog att aktivitet i striatumet ger en signal för att byta attentionala eller beteendemässiga resurser, eller båda, till oväntade stimuli som framkallar sådana svar. I enlighet med denna teori föreslår våra resultat att kärnan accumbens svarar när en attentional switch utlöses, medan caudate svarar när en beteendebrytare upptas.
En alternativ tolkning kan vara att ämnen fann att svar på distraktorerna i experiment 1 var mer givande än att inte svara på distraktorer i experiment 2. I denna uppfattning skulle differential-striatalaktivering (caudat) orsakas av en skillnad i intern belöningstillstånd. Denna tolkning är emellertid osannolik med tanke på att de sällsynta icke-responsdistraktorerna snarare än reaktionsdistraktorerna framkallade den största dorsala och ventrala striatala aktiviteten. Om den inre belöningshypotesen var sant, då inte svara skulle behöva vara mer givande än att svara, ett scenario som verkar osannolikt. Den största signalen efter sällsynta icke-response-distraktorer ger också bevis för att striatalaktiviteten i experiment 1 inte kan hänföras till motorutförande (även om dess engagemang i motorhämning inte kan uteslutas).
Tolkningen av nuvarande resultat beror på att salience manipuleras genom förändring av distraktorfrekvens. Det bör emellertid noteras i experiment 1 att effekten av frekvens kan tolkas annorlunda. Ämnen var tvungna att byta mellan två stimulus-responskanaler både ofta och sällan. Effekten av frekvens kan därför återspegla skillnader i hastigheten att ändra responsvalet i stället för salience. Enligt vår kunskap har striatum inte blivit involverad i kodningsgraden för förändrade responsval, även om framtida studier som manipulerar stimulanssubventionering på annat sätt än att ändra frekvensen av förekomsten kunde ta itu med denna fråga.
Hjärnansvar på sällsynta uppträdande stimuli har bedömts på andra sätt, såsom oddballparadigmer, men striatal aktivitet har inte rapporterats i dessa studier (McCarthy et al., 1997; Clark et al., 2000; Kirino et al., 2000; Casey et al., 2001). Om striatumen kodar oväntade händelser som framkallar uppmärksamhet eller beteende, vilket våra resultat tyder på, kanske oddballparadigmer inte är effektiva för att framkalla striatalaktivering. I de ovannämnda oddball paradigmerna uppträdde varje stimulans i fokus för uppmärksamhet så att ingen växel uppstod. Genom att presentera stimuli i fokus av uppmärksamhet, förväntade sig ämnena ett stimulans att visas på en förutsägbar plats och vanligtvis på en förutsägbar tid. Trots att de var sällsynta jämfört med andra stimuli i uppgiften var intresset av intresse inte oväntat, som de skulle vara om de presenterades utanför uppgiften. I den föreliggande studien undviker vi dessa konfronteringar genom att presentera distraktorerna utanför uppmärksamhetsfokuset och därigenom tillåta oss att modulera både stimulansförväntningar och beteenderelevans.
Det bör noteras att signalen mätt i fMRI är en indirekt mätning av förändringar i cerebralt blodflöde, vilket tenderar att vara mer korrelerat med presynaptisk aktivitet än postsynaptisk spikning (Logothetis et al., 2001). BOLD-signalen kan inte associeras direkt med aktivitet i specifika celltyper och är inte ett mått på specifik frigivning av neurotransmitter. Vi kan inte länka de nuvarande resultaten till specifika neuroner i striatumen [t ex toniskt aktiva internuroner (TAN) eller medelstora snurra projektionsneuroner] eller direkta förändringar i dopaminöverföring. Eftersom BOLD-signalen är mera korrelerad med presynaptisk aktivitet representerar emellertid de observerade aktiveringarna i striatumen antagligen inte spikhastigheter för striatalprojektionsneuroner. TAN innefattar ~2% av alla striatalceller (Pisani et al., 2001); Därför är det osannolikt att TAN är ensam ansvariga för de rapporterade ändringarna i striatal aktivitet. Dopaminerga ingångar, som svarar på stora händelser (Horvitz, 2000) kan interagera med konvergerande glutamatergiska kortikala ingångar i striatumen genom att amplifiera starka (i huvudsak relaterade) kortikala ingångar och dämpa svaga (icke-relaterade) kortikala ingångar (Nicola et al., 2000; Horvitz, 2002). Denna interaktion kan vara ansvarig för de signalförändringar som observerats i striatumet i våra experiment. I den föreliggande studien kan, trots att dopamininputsinnehåller hela striatumet, det kan ha uppstått en differentiell striatalaktivering mellan experiment som ett resultat av rekrytering av olika kortikala ingångar som kodar för beteendets relevans. Den aktuella analysen var begränsad till striatumen; Det skulle emellertid vara intressant att i framtida studier undersöka vilka kortikala områden som också rekryteras under liknande arbetsförhållanden.
Sammanfattningsvis utvidgar resultaten från den föreliggande studien rollen av striatum från belöning till bearbetning till förmånsbearbetning. Specifikt tyder våra data på att kärnan accumbens spelar en roll vid kodning av oväntade väckande händelser, medan caudat aktivitet är närmare kopplad till stimulans beteenderelevans. Denna uppfattning är inte oförenlig med striatumets belöningsteori. Både oväntade belöningar och belöningsrelaterade stimuli är viktiga, eftersom de är beteendemässiga relevanta, särskilt för ett livsmedelsberövat djur (vilket ofta är fallet i studierna som undersöker belöningsbehandling) och pågående beteenden måste avbrytas för att närma sig och konsumera belöningar. Den föreliggande studien visar att aktivitet i den mänskliga striatumen koder mer än belöningar eller till och med stimuli som potentiellt leder till belöningar. Snarare kan striatalsystemet ha utvecklats mer generellt för att underlätta behandlingen av någon framträdande stimulans.
fotnoter
- Mottagen maj 5, 2003.
- Revisionen fick juli 10, 2003.
- Godkänd juli 16, 2003.
Detta arbete stöddes av National Institutes of Health Grants RO1 EB002635 och K08 DA00367 till GSB
Korrespondens bör riktas till Dr Gregory S. Berns, Psykiatriska institutionen och beteendevetenskapliga institutionen, 1639 Pierce Drive, Woodruff Memorial Research Building Suite 4000, Atlanta, GA 30322. E-post: [e-postskyddad].
Copyright © 2003 Society for Neuroscience 0270-6474 / 03 / 238092-06 $ 15.00 / 0
;