Upptäckten av nyhet bygger på dopaminerg signalering: Bevis från Apomorfins inverkan på nyheten N2 (2013)

PLOS One. 2013; 8 (6): e66469.

Publicerad online 2013 juni 20. doi:  10.1371 / journal.pone.0066469

Mauricio Rangel-Gomez,1,* Clayton Hickey,1 Therese van Amelsvoort,2 Pierre Bet,3 och Martijn Meeter1

Stefano L. Sensi, redaktör

Denna artikel har varit citerad av Andra artiklar i PMC.

Gå till:

Abstrakt

Trots mycket forskning förblir det oklart om dopamin är direkt involverat i nyhetsdetektering eller spelar en roll i att orkestrera det efterföljande kognitiva svaret. Denna oklarhet beror delvis på att man beror på experimentella mönster där nyhet manipuleras och dopaminerg aktivitet därefter observeras. Här använder vi den alternativa metoden: vi manipulerar dopaminaktivitet med hjälp av apomorfin (D1 / D2-agonist) och mäter förändringen i neurologiska index för nybearbetning. I separata läkemedels- och placebo-sessioner genomförde deltagarna en von Restorff-uppgift. Apomorfin påskyndade och förstärkte den nyhet framkallade N2, en händelsrelaterad potential (ERP) -komponent som trodde att indexera tidiga aspekter av nyhetsdetektering och orsakade att nya ord skulle komma att återkallas. Apomorfin minskade också amplituden hos nyheten-P3a. En ökning av D1 / D2-receptoraktivering verkar således öka neuralkänsligheten för nya stimuli, vilket gör att detta innehåll kodas bättre.

Beskrivning

Förmågan att reagera exakt och snabbt på nya stimuli beror på en kaskad av neurologiska mekanismer som ligger till grund för uppfattning, uppmärksamhet, lärande och minne [1]. Även om stimulansnyhet har fått mycket studie, är det fortfarande inte säkert hur nyhetsdetektering inträffar, vilka strukturer som är inblandade och vilka neurotransmitter-system som ingriper.

Event-relaterade potentiella markörer (ERP) -markörer är idealiska för att förstå de neuromodulerande mekanismerna för nybearbetning. Nya stimuli framkallar vanligtvis två ERP-komponenter i följd: den främre nyheten N2 (N2b i Pritchard och kollegor [2] uppdelning av N2) och P3, förknippad med fördelningen av uppmärksamhet till den nya stimulansen [3], [4]. N2 verkar generellt återspegla bearbetning involverad i automatisk detektion och igenkänning av nya stimuli [5], [6]och komponenten reduceras kraftigt efter en enda upprepning av en ny stimulans [7]. Det har sönderdelats i tre underkomponenter: N2a, N2b och N2c [2]. Dessa motsvarar missanpassningsnegativiteten (N2a), den främre N2 eller nyheten N2 (N2b) och bakre N2 (N2c; [8]). Negativiteten N2a / mismatch har en fronto-central maximal fördelning och tros återspegla ett automatiskt neuralt svar på en hörselskyddare [9], [10]medan N2b vanligen föregår P3a-komponenten och ofta framkallas i den visuella udda uppgiften [11], [12]. Den senare komponenten betraktas som halvautomatisk, i det att den framkallas av uddbollstimuli oavsett uppgiftens relevans [5], [6]. N2c, som vanligtvis föregår P3b-komponenten, är associerad med klassificeringsuppgifter [13].

P3-komponenten har också delats upp i två underkomponenter: fronto-central P3a (eller nyhet P3) och centro-parietal P3b. P3a har förknippats med utvärderingen av nya stimuli för efterföljande beteendeaktion och är postulerad att vara en markör för en medveten uppmärksam omkopplingsmekanism [14] och eventuellt ett index för distraherbarhet [15]. P3b är snarare att indexera processer relaterade till erkännande av stimulansbetydelse och betydelse [4], [7]. I enlighet med detta förbättras P3b för stimuli som är relaterade till senare beslut eller svar [16].

Flera farmakologiska studier har använt N2 och P3 för att utforska den molekylära basen för nyhetsdetektering, mest med läkemedel som påverkar ett brett spektrum av neurotransmittorer. Soltani och Knight [17], i en omfattande litteraturöversikt, föreslår att amplituden för den oddboll-framkallade P3 är beroende av driften av flera monoaminer, särskilt dopamin och norepinefrin. I överensstämmelse med detta, Gabbay och kollegor [18] fann att d-amfetamin, en icke-selektiv dopamin- och noradrenalinagonist, förändrar P3a, N100 och omorienterad negativitet (RON) reaktivitet mot nya stimuli. Deltagare med preferens för d-amfetamin presenterade större P3a-amplitud, reducerad amplitud N100 och reducerad amplitud RON efter d-Amfetamin, jämfört med deltagare som inte föredrog läkemedlet.

Mer specifika farmakologiska ingrepp har använts i forskning med djur eller i studier där patienter testas under tillstånd av och på medicinering. Vid schizofreni, som är förknippat med dysfunktioner i dopaminsystemet, minskas missanpassningsnegativiteten (MMN) när patienter får neuroleptisk behandling som blockerar dopaminerga vägar [19]. I en studie med Parkinsons sjukdom (PD) patienter ändrade administreringen av L-Dopa eller dopaminerga agonister inte nyhetspreferenser, vilket bedömdes med en trearmad bandituppgift. Detta konstaterande är emellertid svårtolkat på grund av komorbiditet i provet, som inkluderade patienter med impulsivt tvångsmässigt beteende [20].

Andra studier har använt ett korrelationellt tillvägagångssätt, i vilket aktivering i vissa regioner och neurotransmittergen-polymorfismer har associerats till index för nybearbetning. Funktionell magnetisk resonansavbildning (fMRI) -data visar nyhetsframkallad aktivitet i dopaminrika mesolimbiska områden som substantia nigra och ventral tegmental område [21]. Polymorfismer av gener relaterade till tillgänglighet av dopamin (COMT) och densitet hos D2-receptorer (ANKK1) har visat sig modulera behandlingen av nyhet, så att högre P3a-amplitud är relaterad till balansen mellan dessa två variabler [22]. Gener som kodar för dopaminergiska transportörer (DAT1) har också antagits i upptäckten av uppdragsnyhet [23]. Dessa studier antyder att högre dopaminerg tillgänglighet förbättrar detekteringen och vidare bearbetningen av nya stimuli. Dessutom reduceras P3a-amplituden när dopaminnivåerna är låga, vilket visas i studier med Parkinsons sjukdomspatienter [24], [25].

Men i en nyligen granskad Kenemans och Kähkönen [26] föreslår att effekten av dopaminmanipulation på nyhetsrelaterade komponenter, som MMN och P3, är svag, och att dopaminens huvudeffekt snarare är på subkortisk behandling relaterad till konfliktövervakning. Dessa författare antyder också att effekten av dopamin är receptorberoende, och att agonism av D1 / D2-receptorerna är inblandade i snabbare av perceptuella processer.

Även om bevisen som diskuterats ovan antyder en funktion för dopamin i nybearbetning förblir den exakta karaktären av denna roll oklar. Det kan vara så att dopamin fungerar för att skapa neurala känslighet till nya stimuli och därmed spela en avgörande roll i nyhetsdetektering [27]. Alternativt kan nyhetsinducerad aktivitet i dopaminerga hjärnområden spegla en efterföljande Reaktionen till nya stimuli, indexerar det kognitiva svaret på miljöhändelser som troligtvis är beteendemässigt relevanta [28].

I den aktuella studien manipulerade vi dopaminsystemet genom administration av D1 / D2-agonistapomorfin och uppmättes nyhetsrelaterade ERP-komponenter. Detta tillvägagångssätt gör det möjligt för oss att avbryta dopamins roll i nybearbetning [29], [30]. Deltagarna avslutade två experimentella sessioner, en efter administrering av apomorfin och en efter administrering av en saltlösning placebo. För att bestämma D1 / D2-receptorns engagemang i nyhetsbearbetning fick vi deltagarna slutföra en von Restorff-uppgift i varje session medan elektroencefalogram registrerades. I denna uppgift studerar deltagarna en lista med ord, av vilka några sticker ut på grund av unikt typsnitt och färg. Dessa kommer senare att komma ihåg [31] på grund av deras relativa nyhet [32].

Befintliga ERP-studier av nyhetsbearbetning har tenderat att använda "oddball" -paradigmer snarare än von Restorff-uppgiften. I standard oddball-uppgiften bedöms det fysiologiska svaret på sällsynta icke-standardiserade stimuli. Denna uppgift kräver att deltagarna svarar på ett specifikt mål som presenteras i en sekvens av stimuli som också innehåller sällsynta, uppgiftsrelevanta nya stimuli. Vi använde den mindre vanliga von Restorff-uppgiften av två skäl. För det första ger det ett beteendeindex för nyhetsbearbetning, nämligen återkallningshastigheter för nya stimuli. För det andra utgör nyhetsinducerade förändringar i återkallandet ett mått på nyhetens inverkan på minne och inlärning. Som nämnts ovan motiverades den aktuella studien av tanken att dopamin kan påverka inlärning genom sin roll i detektering av nyhet, och vårt grundläggande intresse är hur nyhet kommer att påverka inlärning och minne. Vi valde därför att använda en uppgift som möjliggör perspektiv på hur nyhet påverkar dessa efterföljande kognitiva processer (se även [33], [34].).

Om dopamin D1 / D2-receptoraktivering ökar hjärnans känslighet för nyhet, var vår förväntan att stimulering av dopaminreceptorer orsakade av apomorfin skulle skapa en större nyhet N2 till nya teckensnitt. Om dopamin är snarare involverat i den efterföljande kognitiva reaktionen, bör detta återspeglas i senare komponenter som P3a, men N2 bör inte påverkas.

Resultat

Beteendeuppgifter

Figur 1 presenterar återkallande noggrannhet som en funktion av typsnittet nyhet (roman / standard) och läkemedlets tillstånd (apomorfin / placebo). Genomsnittlig noggrannhet över läkemedelsförhållanden för nya ord var 30.2% och för standardord 27.3%. Statistisk analys skedde i form av en upprepad mätningsanalys av varians (RM ANOVA) med faktorer för nyhet och läkemedelssituation. Detta avslöjade ingen huvudeffekt av läkemedlets tillstånd (F1,25 = 2.27, p = 0.143), ingen huvudeffekt av nyhet (F1,25 = 2.02, P = 0.174) men, kritiskt, en interaktion mellan faktorerna (F1,25  = 4.32, p = 0.048). Uppföljningskontraster visade att prestanda för nya teckensnittsord var bättre än för standardteckensnittsord i apomorfintillstånd (t25 = 2.61, p = 0.015), men att det inte fanns någon återkallningsskillnad mellan nya teckensnitt och standardord i placebo-tillståndet (t25 = 0.12, P = 0.913). Observera att statistiska värden för dessa planerade kontraster återspeglar råa, okorrigerade värden.

Figur 1 

Uppförandedata. Noggrannhet (%) presenteras i y-axeln, och staplar planeras för nya och standardstimuli, både under apomorfin och placebo.

ERP-data

Som standard teckensnitt framkallade inte ett tydligt N2 (se höger panel i figur 2) identifierade vi N2-komponenten baserat på svaret på nya typsnittstimuli (se vänster panel i figur 2). I överensstämmelse med befintlig litteratur [6], N2 var maximalt vid fronto-centrala elektrodplatser som ungefär motsvarade Fz och FCz i 10 – 10-namnet för elektroderamn. Tomterna presenterade i Figur 2 återspeglar potentialerna som registrerats vid elektroderna i mittlinjen ungefär motsvarande elektroderna Fz och Cz för 10 – 10-elektrodesystemet.

Figur 2 

ERP: er framkallade av nya och standardstimuli efter administrering av apomorfin och placebo vid elektroderna Fz och Cz.

Som illustreras i panelen uppe till vänster på Figur 2, N2 som observerades i apomorfin-tillståndet var både tidigare och större när det framkallades av nya teckensnitt. N2 överlappar med en samtidig positiv komponent, P2, som själv toppar runt 180 ms. Den topografiska fördelningen och de observerade latensskillnaderna mellan läkemedels- och placebo-tillstånd pekar emellertid på en specifik modulering av N2.

Vi började statistisk analys genom att testa tillförlitligheten för N2-latensskiftet. Detta uppnåddes genom användning av en jackknifed bootstrap-procedur där N2-start latency definierades som det ögonblick då denna komponent nådde 50% av sin maximala amplitud (se [35].) Denna analys visade att N2-uppkomsten var tidigare i apomorfin-tillståndet (166 ms) än i placebotillståndet (176 ms; t25 = 2.19, p = 0.041).

Med tanke på detta mönster är vår analys av N2-amplituden baserad på olika latensintervall för apomorfin- och placeboförhållandena. För varje tillstånd beräknade vi medelamplituden observerad över ett 20 ms-intervall centrerat på toppen av N2 [36]. Således definierades N2 för apomorfin-tillståndet som medelamplitud mellan 156 och 176 ms, och för placebotillståndet mellan 166 och 186 ms. Resultaten visade en tillförlitligt större N2 som svar på nya fontstimuli i apomorfinen än i placebotillståndet (t25 = 2.88, p = 0.008). Ser Tabell 1.

Tabell 1 

Beskrivning av ett kontrollexperiment, utformat för att testa effekten av storleken på uttrycket för ERP-komponenterna som presenteras i detta dokument.

Vi observerade inga läkemedelsinducerade skillnader i amplitud hos P3a (∼250 – 350 ms. Efter stimulans). Däremot verkar P3b som framkallas av nya teckensnittsord mindre i apomorfin-tillståndet (panelen uppe till vänster i Figur 2). Maximal P3b-amplitud observerades vid bakre elektrodplatser, och statistisk analys baserades följaktligen på den genomsnittliga potentialen som observerades från 350 – 450 ms efter stimulans vid en elektrod placerad på en position motsvarande Cz-märkningen i 10 – 10-montagen. Denna analys avslöjade en tillförlitlig minskning av P3b-amplituden framkallad av nya typsnitt i apomorfin-tillståndet jämfört med placebotillståndet (t25 = 2.37, p = 0.026).

Diskussion

Vi undersökte rollen för dopamin D1 / D2-receptoraktivering i behandlingen av nya stimuli. Efter administrering av D1 / D2-agonisten apomorfin fick vi deltagarna att utföra en minnesuppgift som involverade presentationen av ordstimuleringar med nya teckensnitt. EEG spelades in medan deltagarna slutförde uppgiften och vi isolerade de nyhetsinducerade anterior N2 och P3a ERP-komponenterna.

Med tanke på att den främre N2 har varit relaterad till detektering av stimulansnyhet [5], [6], och tros indexera verkan för ett nyhetsdetekteringsnätverk som i stor utsträckning ligger i frontala cortex [37], [38], kan den användas som ett index för nyhetsdetektering inom ramen för ett farmakologiskt ingripande som påverkar dopaminsystemet. Befintligt arbete antyder att dopamin är involverat i upptäckten av nyhet [23]och speciellt med hastigheten på perceptuella processer [26]. Om D1 / D2-receptoraktivering spelar en avgörande roll för att upptäcka nyhet, var vår förväntan att apomorfin skulle ha en markant påverkan på den främre N2. I överensstämmelse med detta var denna komponent pålitligt större och tidigare i apomorfin tillstånd.

Det är viktigt att påverkan av apomorfin på den främre N2 som identifierats i vår studie står i kontrast till effekterna av apomorfin som observerats i tidigare arbete. Till exempel i Ruzicka et al. [29] administrering av apomorfin till Parkinsons patienter orsakade att N2 och P3 som framkallats av auditiva målstimuli var mindre och senare än de som framkallades under tillstånd utanför läkemedlet. Ruzicka et al. drog slutsatsen att apomorfin saktar kognitiva processer som ligger till grund för diskriminering och kategorisering (se även [29], [39], [40]), mycket som observerats efter administrering av levodopa till Parkinsons patienter (t.ex. [41)]. I detta sammanhang är hastigheten och förstärkningen av N2 som är uppenbar i våra resultat slående: apomorfin verkar ha en effekt specifikt på den nyhetsinducerade N2 som är direkt motsatt den allmänna bromsningen som ses i N2- och P3-komponenter i tidigare studier.

I överensstämmelse med detta tidigare arbete som visar en generellt störande effekt av apomorfin, fann vi en bred minskning av P3-amplituden - särskilt i P3b - när deltagarna var under påverkan av läkemedlet (se Figur 2). Dessa resultat är oförenliga med tidigare genetiska bevis, som relaterar förbättrad dopaminerg aktivitet med ökad amplitud av P3a [42]. Mot bakgrund av detta kan detta antyda en negativ påverkan av läkemedlet på de uppmärksamma och mnemoniska mekanismerna som indexeras av P3. Men i överensstämmelse med andra fynd i litteraturen [40], våra resultat visade inget samband mellan katekolominducerad P3-variation och beteendeprestanda. Apomorfin hade faktiskt en pålitligt fördelaktigt påverkan på minnet av ord med nya teckensnitt.

Detta mönster antyder för oss att variation i återkallande av ord med nya teckensnitt - von Restoff-effekten - återspeglas i den främre N2, inte P3, och återspeglar därmed förändring i neurokänsligheten för nyhet snarare än efterföljande kognitiva processer. Detta överensstämmer med en mängd resultat från vårt laboratorium som visar en dissociation mellan P3-amplitud och sannolikheten för att ett nytt ord i typsnitt kommer att återkallas [43]. Den uppenbara frånvaron av någon läkemedelseffekt på P3a kan alternativt återspegla den kombinerade effekten av två samtidiga läkemedelspåverkningar: å ena sidan kan apomorfin verka för att öka P3a-amplituden genom att öka känsligheten för nyhet (som föreslagits av de aktuella N2-resultaten), på andra hand apomorfin kan verka för att minska P3a-amplituden genom dess bredare negativa påverkan på amplituden hos ERP-komponenter.

Som nämnts ovan antyder befintligt arbete att apomorfin har en generellt störande inverkan på kognition, men våra resultat visar tydligt att det underlättar de nyhetsdetekteringsmekanismer som indexeras av den främre N2. Detta är i linje med idéerna från Redgrave och Gurney [27], som hävdar att nya, oväntade stimuli orsakar snabb, automatisk dopaminfrisättning. Rollen med denna släpp skulle vara att sensibilisera andra hjärnområden för förekomsten av ny miljökonfiguration och underlätta inlärningen av både dessa stimuli och av de svar som kan ha orsakat deras utseende. Nyhet på detta sätt blir nyckeln till beteendemässig plasticitet - sätta scenen genom dopamin för inlärning.

Som tydligt i Figur 2, överlappar N2-komponenten som observerades i denna studie med P2-komponenten i ERP, och våra resultat kan följaktligen återspegla en kombination av effekter på dessa två komponenter. Både N2 och P2 uppträder i stort sett samma latensintervall och är svåra att skilja (annat än genom polaritet) eftersom de till stor del är känsliga för samma experimentella manipulationer och har mycket samma topografi. De verkar återspegla aktivitet i fysiskt nära generatorer, om inte i samma hjärnstrukturer (som skulle vara möjligt om polaritetsskillnaden berodde på kortikal vikning).

Det är dock mycket osannolikt att variationer i P2 enbart kan redogöra för våra resultat. Först påverkades inte P2-amplituden som framkallats av standardteckensnitt av apomorfin, i överensstämmelse med befintliga resultat som antyder att P2 är mottaglig för uppgifternas relevans snarare än nyhet [44]. För det andra är det osannolikt att den observerade N2-latensskiftet kan skapas genom förändring i P2. N2 är en relativt högfrekvent komponent i detta datasätt, medan P2 är av lägre frekvens (och kommer att summera med P3a). Variation i detta lågfrekventa positiva polaritetskomplex kommer sannolikt inte att skapa en förskjutning i den högre frekvensen N2-toppen.

Vi föreslår att de aktuella resultaten återspeglar variation i den främre N2, men en alternativ tolkning kan vara att vår experimentella manipulation påverkar negativitet i missanpassning [45], [46]. Emellertid tyder tidigare studier på att dopamin inte har något inflytande på generering eller modulering av MMN [47]. Generatorerna för det visuella MMN tycks dessutom vara belägna i bakre cortex, med ett maximalt över occipitala områden [48] snarare än på de främre platserna som är tydliga i våra resultat.

Vi drar därför slutsatsen att apomorfin påverkar nybearbetningen som indexeras i det främre N2. Apomorfin tros vanligtvis ha en agonistisk inverkan på D1 / D2-receptorer, i överensstämmelse med idén att ökad aktivitet i dopaminsystemet kan associeras med ökad känslighet för nya stimuli. Två varningar måste dock bifogas denna idé. För det första förblir det oklart om apomorfin vid låg dos fungerar som en agonist, eller snarare som en effektiv antagonist genom dess inverkan på autoreceptorer [49], [50]. Denna potentiella antagonistiska effekt har föreslagits som en förklaring till skadliga kognitiva effekter hos parkinsonpatienter [51], [52], men har ännu inte visats slutgiltigt. I vår studie hade apomorfin ingen effekt på baslinjeminnet utan förbättrade selektivt minne för nya stimuli. Tanken att en dopaminantagonist skulle skapa detta mönster är svårt att förena med något aktuellt teoretiskt redogörelse. Däremot, om det apomorfinet fungerade som en agonist, är denna beteendeförbättring mycket överensstämmande med idén att dopamin är involverat i nyhetsdetektering.

För det andra är vår tolkning baserad på idén att den centrala experimentella manipulationen är stimulansnyhet. Nya teckensnitt skilde sig också från vanliga teckensnittsord i de fysiska funktionerna i färg, storlek och typsnitt, vilket teoretiskt också skulle kunna spela en roll i genereringen av de svar som analyserats här. Det är emellertid inte troligt att dessa fysiska funktioner skulle framkalla svar såsom N2 och P3a, och detta kontrollerades för i fallet med storlek i ett kontrollexperiment. Variation i dessa typer av stimulansegenskaper visar dessutom ingen korrelation med förändringar i aktivitet av dopaminrika mellanhjärnkärnor [53].

Sammanfattningsvis visar våra resultat att administrering av D1 / D2-agonistapomorfin ledde till förbättrad detektion av stimuli med ny färg, typsnitt och storlek, vilket återspeglas i tidigare inträde och ökad amplitud hos den främre N2-komponenten i ERP. Så vitt vi vet är detta den första studien som visar att aktivering av D1 / D2-receptorer selektivt ökar hjärnans känslighet för nyhet. Denna ökade känslighets roll kan vara att underlätta inlärning av nya stimuluskonfigurationer och de svar som är associerade med dem. I överensstämmelse med detta fann vi att nya objekt återkallas bättre efter D1 / D2-receptoraktivering.

Experimentell procedur

Deltagare

Tjugo-sex friska frivilliga med normal eller korrigerad-till-normal syn rekryterades från studentpopulationen vid VU University Amsterdam. Ingen av deltagarna rapporterade någon känd neurologisk eller psykiatrisk patologi. Alla deltagare gav skriftligt informerat samtycke och fick € 150 för deltagande i studien plus kompensation för resekostnader. Deltagargruppen bestod av 17 kvinnor och 9 hanar, med åldrar som sträckte sig från 18 till 32 år (medelvärde, 22 år; sd, 3.9 år). Tjugotre av deltagarna var högerhänt. Studien genomfördes i överensstämmelse med Helsingforsdeklarationen och godkändes av VU-universitetets etiska kommitté.

Farmakologisk intervention

Deltagarna testades en gång efter subkutan administration av apomorfin och en gång efter placebo, dubbelblindad. De två testsessionerna planerades med en veckas mellanrum för att minska överföringseffekterna, och ordningen på sessionerna var motbalanserad mellan deltagarna.

Under apomorfinsessionen administrerades läkemedlet av en certifierad forskare i ett förhållande av 0.005 mg / kg. Apomorfin erhölls från Brittannia Pharmaceuticals Ltd. (kommersiella namn Apo-Go). I placebo-sessionen administrerades saltlösning på samma sätt och volym. Doser av apomorfin och saltlösning levererades till forskaren i oskiljbara injektionsnålar med kodning kvarhållen av apoteket.

Trettio minuter före administrering av både apomorfin- eller placebo-deltagare fick en 40 mg oral dos av domperidon, en D2-antagonist som selektivt påverkar det perifera nervsystemet (se även [52]). Domperidon erhölls i orala tabletter om 10 mg från Johnson & Johnson (kommersiellt namn Motilium) och administrerades för att motverka kända biverkningar av D2-agonister, som inkluderar illamående och sömnighet. [54]. Icke desto mindre rapporterade 11-deltagare illamående och sömnighet efter administration av apomorfin. I överensstämmelse med befintligt arbete med denna kombination av läkemedel [52], [55], dessa biverkningar var kortlivade, varade i allmänhet inte mer än 15 minuter, och deltagarna rapporterade att vara uppmärksamma och aktiva efter detta intervall.

Förfarande och stimulans

Figur 3 visar en schematisk representation av testsessionen. Eftersom apomorfin har en stigningstid på 40 till 50 minuter, så började testningen fyrtio minuter efter injektionen [52], [55]. Vi använde en modifierad von Restorff verbal inlärningsuppgift där ord som presenteras i standardteckensnitt och ord som presenteras i nya teckensnitt studeras och senare återkallas. Nya teckensnittsord kommer ihåg vanligtvis bättre än vanliga teckensnitt [31]. En schematisk representation av uppgiften visas i Figur 3. Den bestod av en studiefas, cued-återkallningsfas och slutgiltig igenkänningsfas, men prestanda under den slutliga igenkänningsfasen var i taket och endast resultat från cued-återkallningsfasen diskuteras nedan.

Figur 3 

Schematisk representation av testsessionen och uppgiften (utskärning).

Under studiefasen presenterades deltagarna med en lista över 80-konkreta substantiv på engelska, med ordlängd som varierar mellan 5 och 10-tecken. Två separata listor användes, en för varje testsamling, med ordningen på dessa listor som motverkades mellan olika ämnen. Orden var de som anställdes av Van Overschelde och kollegor [56], kompletterat med hjälp av en ordlista.

Ord i varje lista presenterades antingen i ett standardteckensnitt (Courier New, 60 instanser) eller ett nytt typsnitt (20 instanser). Nya teckensnittsord hade en variabel färg (en av tio möjliga färger, med varje färg upprepade två gånger i listan), variabelt typsnitt (unikt för varje nytt ord i en lista) och en större storlek.

Varje lista visades två gånger i varje testsamling, utan förändring i ordning, typsnitt eller färg, och deltagarna tog en kort paus efter den första presentationen. Orden presenterades i mitten av en grå skärm (storlek 21 ″) belägen 80 cm framför ämnet, så att standardord (typstorlek 17) subventionerade 2.5 till 5 grader av visuell vinkel, beroende på ordlängd och roman ord (typstorlek 30) 5.7 till 9.6 grader av visuell vinkel.

Varje försök började med presentationen av ett fixeringskors för ett slumpmässigt intervall från 400 till 500 ms (enhetlig distribution). Ett ord presenterades därefter på mitten av skärmen och förblev synligt under 3500 ms.

I studiefasen instruerades deltagarna att lära sig orden. I den cued återkallningsfasen fick deltagarna ledtrådar för 40 av de tidigare lärda orden (20 nya ord och en slumpmässig 20 av standardorden - inte alla standardord cuedes för att minska uppgifternas varaktighet). Cues bestod av de två första bokstäverna i varje ord, presenterade en i taget i slumpmässig ordning, och deltagarna slutförde det studerade ordet genom att skriva de återstående bokstäverna. Var och en av de studerade orden hade en unik kombination av de första två bokstäverna.

Förutom de visuella ordstimulerna presenterades en hörselstimulus under studiefasen efter det visuella början av varje ord efter ett intervall. Intervallet mellan visuellt och auditivt början valdes slumpmässigt från en enhetlig fördelning av 817 till 1797 ms. Ljud var av två typer; antingen en vanlig "pip" -ton (2.2 KHz, 300 ms), som presenterades i 58 av 80-försök, eller ett test-unikt ljudklipp (300 ms), som presenterades i 22 av 80-försök. Det fanns inget samband mellan hörselstimulorna och de visuella orden, och deltagarna instruerades att ignorera ljuden. De hörselstimulerna ingick i den experimentella designen för att ge ett oberoende mått på nyhetsbearbetning, men i överensstämmelse med andra efterföljande resultat från vårt labb fanns det inga bevis i uppgifterna om differentiell bearbetning av standardtoner och unika ljudklipp och denna manipulation är diskuteras inte vidare.

EEG-inspelningar och dataanalys

EEG registrerades från 128 hårbottenplatser med BioSemi Active2-system (BioSemi, Amsterdam, Nederländerna). Elektroder placerades enligt den radiella ABC BioSemi-montagen. Vertikal elektrookulogram (EOG) registrerades dessutom från 2-elektroder placerade 1 cm. i sidled mot det yttre kanthiet i varje öga, horisontellt EOG registrerades från 2-elektroder placerade över och under det högra ögat, och referenssignaler registrerades från elektroder placerade över höger och vänster mastoider. Provtagningshastigheten var 512 Hz. Biosemi är en förstärkt högerbensförstärkare, snarare än en traditionell EEG-förstärkare, och använder således inte jordelektroder.

Analys utfördes med EEGlab [57] och specialskrivna Matlab-skript. EEG-data hänvisades till genomsnittet av signalen från de två mastoidelektroderna, omamplades till 500 Hz, digitalt filtrerad (0.05 – 40 hz; finit impuls minst kvadratisk kärna med 6 db-övergång av 0.01 hz. För lågpassfilter och 6 db-övergången av 2 hz. för högpassfilter) och baserat på 100 ms-intervallet föregående stimulusinträde.

Oberoende komponentanalys beräknades från epokad data kollapsade under förhållanden [58], [59]. Komponenter som redovisar blinkande artefakter identifierades manuellt och togs bort från data, och försök som visade väsentliga muskelartifakter identifierades och avvisades från ytterligare analys (tröskel för avslag inställdes till 100 / −100 µV). Detta resulterade i avvisande av ungefär 5% av uppgifterna per individ, och efterföljande analyser baseras på genomsnitt per ämne av a.) 37 nya studier i läkemedlets tillstånd, b.) 38 nya studier i placebotillståndet, c.) 112-standardförsök i läkemedlets tillstånd, och d.) 116-standardförsök i placebotillståndet.

Finansieringsdeklaration

MM stöds ekonomiskt av VIDI-bidrag 452-09-007 från NWO. CH stöds ekonomiskt av VENI-bidraget 016-125-283 från NWO. Finansierarna hade ingen roll i studiedesign, insamling och analys av data, beslut om att publicera eller förbereda manuskriptet.

Referensprojekt

1. Ranganath C, Rainer G (2003) Neurala mekanismer för att upptäcka och komma ihåg nya händelser. Nat Rev Neurosci 4: 193 – 202 [PubMed]
2. Pritchard W, Shappell S, Brandt M (1991) Psychophysiology of N200 / N400: En översyn och klassificeringsschema. I: Jennings J, Ackles P, redaktörer. Framsteg inom psykofysiologi: En forskningsår. London: Jessica Kingsley. 43-106.
3. Spencer KM, Dien J, Donchin E (1999) En komponentiell analys av ERP framkallad av nya händelser med användning av en tät elektrodgrupp. Psykofysiologi 36: 409 – 414 [PubMed]
4. Squires NK, Squires KC, Hillyard SA (1975) Två varianter av positiva vågor med lång latens framkallade av oförutsägbara hörselstimuleringar hos människor. Electroencephalogr Clin Neurophysiol 38: 387 – 401 [PubMed]
5. Daffner KR, Mesulam MM, Scinto LF, Calvo V, Faust R, et al. (2000) Ett elektrofysiologiskt index för stimulansens okändhet. Psykofysiologi 37: 737 – 747 [PubMed]
6. Tarbi EC, Sun X, Holcomb PJ, Daffner KR (2010) Överraskning? Tidig behandling av visuell nyhet moduleras inte av uppmärksamhet. Psykofysiologi 48: 624 – 632 [PMC gratis artikel] [PubMed]
7. Ferrari V, Bradley MM, Codispoti M, Lang PJ (2010) Upptäcka nyhet och betydelse. J Cogn Neurosci 22: 404 – 411 [PMC gratis artikel] [PubMed]
8. Folstein JR, Van Petten C (2008) Påverkan av kognitiv kontroll och missanpassning på N2-komponenten i ERP: en översyn. Psykofysiologi 45: 152 – 170 [PMC gratis artikel] [PubMed]
9. Kujala T, Kallio J, Tervaniemi M, Naatanen R (2001) Missanpassningens negativitet som ett index för temporär behandling vid audition. Clin Neurophysiol 112: 1712 – 1719 [PubMed]
10. Alho K, Woods DL, Algazi A (1994) Bearbetning av hörselstimuli under auditiv och visuell uppmärksamhet som avslöjats av händelsrelaterade potentialer. Psykofysiologi 31: 469 – 479 [PubMed]
11. Szucs D, Soltesz F, Czigler I, Csepe V (2007) Elektroencefalografiska effekter på semantisk och icke-semantisk felpassning i egenskaper hos visuellt presenterade singeltecken: N2b och N400. Neuroscience bokstäver 412: 18 – 23 [PubMed]
12. Crottaz-Herbette S, Menon V (2006) Var och när den främre cingulerade cortex modulerar uppmärksamhetssvar: kombinerat fMRI- och ERP-bevis. Journal of cognitive neuroscience 18: 766 – 780 [PubMed]
13. Kopp B, Wessel K (2010) Händelserelaterade hjärnpotentialer och kognitiva processer relaterade till perceptuell-motorisk informationsöverföring. Kognitiv, affektiv och beteendevetenskaplig neurovetenskap 10: 316–327 [PubMed]
14. Friedman D, Cycowicz YM, Gaeta H (2001) Nyheten P3: ett händelserelaterat hjärnpotential (ERP) tecken på hjärnans utvärdering av nyhet. Neurosci Biobehav Rev 25: 355–373 [PubMed]
15. SanMiguel I, Morgan HM, Klein C, Linden D, Escera C (2010) Om den funktionella betydelsen av Novelty-P3: underlättande av oväntade nya ljud. Biol Psychol 83: 143 – 152 [PubMed]
16. Courchesne E, Hillyard SA, Galambos R (1975) Stimulusnyhet, uppgiftsrelevans och den visuella framkallade potentialen hos människan. Electroencephalogr Clin Neurophysiol 39: 131 – 143 [PubMed]
17. Soltani M, Knight RT (2000) Neurala ursprung till P300. Kritiska recensioner i neurobiologi 14: 199 – 224 [PubMed]
18. Gabbay FH, Duncan CC, McDonald CG (2010) Hjärnpotentialindex för nybearbetning är associerade med preferens för amfetamin. Experimentell och klinisk psykofarmakologi 18: 470 – 488 [PubMed]
19. Grzella I, Muller BW, Oades RD, Bender S, Schall U, et al. (2001) Nyhet framkallad mismatch-negativitet hos patienter med schizofreni vid intag och urladdning. Journal of psychiatry & neuroscience: JPN 26: 235–246 [PMC gratis artikel] [PubMed]
20. Djamshidian A, O'Sullivan SS, Wittmann BC, Lees AJ, Averbeck BB (2011) Nyhet som söker beteende vid Parkinsons sjukdom. Neuropsykologi 49: 2483–2488 [PMC gratis artikel] [PubMed]
21. Wittmann BC, Bunzeck N, Dolan RJ, Duzel E (2007) Förväntan på nyhet rekryterar belöningssystem och hippocampus samtidigt som man främjar erinring. Neuroimage 38: 194 – 202 [PMC gratis artikel] [PubMed]
22. Garcia-Garcia M, Barcelo F, Clemente IC, Escera C (2011) COMT och ANKK1 gen-geninteraktion modulerar kontextuell uppdatering av mentala representationer. Neuroimage 56: 1641 – 1647 [PubMed]
23. Garcia-Garcia M, Barcelo F, Clemente IC, Escera C (2010) DAT1-genens roll för snabb upptäckt av nyhetsuppgifter. Neuropsychologia 48: 4136 – 4141 [PubMed]
24. Polich J, Criado JR (2006) Neuropsykologi och neurofarmakologi av P3a och P3b. Int J Psychophysiol 60: 172 – 185 [PubMed]
25. Polich J (2007) Uppdatering av P300: en integrativ teori för P3a och P3b. Clin Neurophysiol 118: 2128 – 2148 [PMC gratis artikel] [PubMed]
26. Kenemans JL, Kahkonen S (2011) Hur mänsklig elektrofysiologi informerar om psykofarmakologi: från nedifrån och upp driven drift till top-down-kontroll. Neuropsykofarmakologi 36: 26 – 51 [PMC gratis artikel] [PubMed]
27. Redgrave P, Gurney K (2006) Dopaminsignalen med kort latens: en roll för att upptäcka nya handlingar? Nat Rev Neurosci 7: 967 – 975 [PubMed]
28. Hazy TE, Frank MJ, O'Reilly RC (2010) Neurala mekanismer för förvärvade fasiska dopaminsvar vid inlärning. Neurosci Biobehav Rev 34: 701–720 [PMC gratis artikel] [PubMed]
29. Ruzicka E, Roth J, Spackova N, Mecir P, Jech R (1994) Apomorfin inducerade kognitiva förändringar i Parkinsons sjukdom. J Neurol Neurosurg Psychiatry 57: 998–1001 [PMC gratis artikel] [PubMed]
30. Nakamura K, Kurasawa M, Tanaka Y (1998) Apomorfin-inducerad hypoattention hos råttor och reversering av valet nedsatt prestanda av aniracetam. Eur J Pharmacol 342: 127 – 138 [PubMed]
31. Von Restorff H (1933) Über die Wirkung von Bereichsbildungen im Spurenfeld [Effekterna av fältbildning i spårfältet]. Psychologie Forschung 18: 299 – 234
32. Kishiyama MM, Yonelinas AP, Lazzara MM (2004) von Restorff-effekten i minnesförlust: bidraget från hippocampal-systemet till nyhetsrelaterade minnesförbättringar. Journal of cognitive neuroscience 16: 15 – 23 [PubMed]
33. Meeter M, Talamini LM, Murre JMJ (2004) Läget växlar mellan lagring och återkallelse baserat på nyhetsdetektering i oscillerande hippocampalkretsar. Hippocampus 14: 722 – 741 [PubMed]
34. Hasselmo ME, Bradley P, Wyble BP, Wallenstein GV (1996) Kodning och återvinning av episodiska minnen: Roll av kolinergisk och GABAergisk modulering i hippocampus. Hippocampus 6: 693 – 708 [PubMed]
35. Kiesel A, Miller J, Jolicoeur P, Brisson B (2008) Mätning av ERP-latensskillnader: en jämförelse av poängbaserade poängmetoder för enstaka deltagare och jackknife. Psykofysiologi 45: 250 – 274 [PubMed]
36. Hoormann J, Falkenstein M, Schwarzenau P, Hohnsbein J (1998) Metoder för kvantifiering och statistisk testning av ERP-skillnader över förhållanden. Beteendeforskningsmetoder Instrument och datorer 30: 103–109
37. Tulving E, Markowitsch HJ, Craik FE, Habib R, Houle S (1996) Nyhets- och förtrolighetsaktiveringar i PET-studier av minneskodning och hämtning. Cereb Cortex 6: 71 – 79 [PubMed]
38. Barcelo F, Knight RT (2007) En informationsteoretisk metod för kontextuell behandling i den mänskliga hjärnan: bevis från prefrontala lesioner. Cereb Cortex 17 Suppl 1i51 – 60 [PubMed]
39. Takeshita S, Ogura C (1994) Effekt av dopamin D2-antagonisten sulpirid på händelsrelaterade potentialer och dess relation till lagen om initialvärde. Internationell tidskrift för psykofysiologi 16: 99 – 106 [PubMed]
40. Albrecht MA, Martin-Iverson MT, Price G, Lee J, Iyyalol R (2010) Dexamphetamininducerad reduktion av P3a och P3b hos friska deltagare. Journal of psychopharmacology. [PubMed]
41. Prasher D, Findley L (1991) Dopaminerg inducerade förändringar i kognitiv och motorisk bearbetning vid Parkinsons sjukdom: en elektrofysiologisk undersökning. Journal of neurology, neurosurgery, and psychiatry 54: 603–609 [PMC gratis artikel] [PubMed]
42. Garcia-Garcia M, Clemente I, Dominguez-Borras J, Escera C (2010) Dopamintransportör reglerar förbättringen av nybearbetningen genom ett negativt emotionellt sammanhang. Neuropsychologia 48: 1483 – 1488 [PubMed]
43. Rangel-Gomez M, Meeter M (2013) Elektrofysiologisk analys av nyhetens roll i von Restorff-effekten. Hjärna och beteende. [PMC gratis artikel] [PubMed]
44. Potts GF, Liotti M, Tucker DM, Posner MI (1996) Frontal och sämre temporär kortikal aktivitet vid visuell måldetektering: Bevis från händelserelaterade potentialer med högt rumsligt sampling Hjärntopografi 9: 3 – 14
45. Näätänen R, Gaillard AWK, Mäntysalo S (1978) Tidig selektiv uppmärksamhetseffekt på framkallade potentiella omtolkade. Acta Psychologica 42: 313 – 329 [PubMed]
46. Naatanen R, Gaillard AW, Mantysalo S (1980) Hjärnpotential motsvarar frivillig och ofrivillig uppmärksamhet. Prog Brain Res 54: 343 – 348 [PubMed]
47. Hansenne M, Pinto E, Scantamburlo G, Couvreur A, Reggers J, et al. (2003) Mismatch negativity har inte samband med neuroendokrina indikatorer för katekolaminerg aktivitet hos friska personer. Human Psychopharmacology-Clinical and Experimental 18: 201 – 205 [PubMed]
48. Kimura M, Schroger E, Czigler I (2011) Visuell missanpassning negativitet och dess betydelse i visuella kognitiva vetenskaper. Neuroreport 22: 669 – 673 [PubMed]
49. Kellendonk C, Simpson EH, Polan HJ, Malleret G, Vronskaya S, et al. (2006) Övergående och selektiv överuttryck av dopamin D2-receptorer i striatum orsakar beständiga avvikelser i prefrontalt cortexfunktion. Neuron 49: 603 – 615 [PubMed]
50. Li YC, Kellendonk C, Simpson EH, Kandel ER, Gao WJ (2011) D2-receptoröveruttryck i striatum leder till ett underskott i hämmande transmission och dopaminsensitivitet i musens prefrontala cortex. Proc Natl Acad Sci USA 108: 12107 – 12112 [PMC gratis artikel] [PubMed]
51. Costa A, Peppe A, Dell'Agnello G, Carlesimo GA, Murri L, et al. (2003) Dopaminerg modulering av visuellt-rumsligt arbetsminne vid Parkinsons sjukdom. Dement Geriatr Cogn Disord 15: 55–66 [PubMed]
52. Schellekens AF, Grootens KP, Neef C, Movig KL, Buitelaar JK, et al. (2010) Effekt av apomorfin på kognitiv prestanda och sensorimotorisk grindning hos människor. Psykofarmakologi (Berl) 207: 559 – 569 [PMC gratis artikel] [PubMed]
53. Bunzeck N, Düzel E (2006) Absolut kodning av stimulansnyhet i människans Substantia Nigra / VTA. Neuron 51: 369 – 379 [PubMed]
54. Pirtosek Z (2009) ”Bad guys” bland de antiparkinsonläkemedel. Psykiatern Danub 21: 114–118 [PubMed]
55. Schellekens AF, van Oosterwijck AW, Ellenbroek B, de Jong CA, Buitelaar JK, et al. (2009) Dopaminagonisten apomorfin påverkar differentiellt den kognitiva prestanda hos alkoholberoende patienter och friska kontroller. Eur Neuropsychopharmacol 19: 68 – 73 [PubMed]
56. Van Overschelde JP, Rawson KA, Dunlosky J (2004) Kategorinormer: En uppdaterad och utökad version av Battig och Montague (1969) -normerna. Journal of Memory and Language 50: 289 – 335
57. Delorme A, Makeig S (2004) EEGLAB: en öppen källkod verktygslåda för analys av EEG-dynamik med en enda test inklusive oberoende komponentanalys. J Neurosci Methods 134: 9 – 21 [PubMed]
58. Delorme A, Sejnowski T, Makeig S (2007) Förbättrad upptäckt av artefakter i EEG-data med hjälp av högre ordningsstatistik och oberoende komponentanalys. Neuroimage 34: 1443 – 1449 [PMC gratis artikel] [PubMed]
59. Jung TP, Makeig S, Westerfield M, Townsend J, Courchesne E, et al. (2000) Avlägsnande av ögonaktivitetsföremål från visuella händelsrelaterade potentialer hos normala och kliniska personer. Clin Neurophysiol 111: 1745 – 1758 [PubMed]