ผลระยะสั้นและระยะยาวของความแปลกใหม่ความเบี่ยงเบนและความประหลาดใจต่อสมองและความรู้ความเข้าใจ (2015)

ประสาทวิทยาศาสตร์และชีวจิตรีวิว

พร้อมใช้งานออนไลน์ 11 พฤษภาคม 2015

ไฮไลท์

  • กระตุ้นความแปลกใหม่ช่วยเพิ่มการรับรู้และอำนวยความสะดวกในการตอบสนอง
  • ความแปลกใหม่เชิงพื้นที่ช่วยเพิ่มแรงจูงใจและส่งเสริมการเรียนรู้และความทรงจำ
  • ผลกระทบต่อการรับรู้อาจถูกสื่อกลางโดยภูมิภาค limbic
  • ผลกระทบต่อการตอบสนองสั้นและอาจเกี่ยวข้องกับการตอบสนอง LC-NE
  • ผลกระทบต่อการเรียนรู้มีความยาวนานและเกี่ยวข้องกับการตอบสนอง SN / VTA

นามธรรม

เมื่อพบสิ่งกระตุ้นใหม่ ๆ สิ่งนี้จะทำให้เกิดการตอบสนองของสมองที่ลดลงทำให้เกิดการกระตุ้นระบบประสาทหลายระบบ ผลที่ตามมาคือความแปลกใหม่มีผลกระทบมากมายต่อความรู้ความเข้าใจ; ปรับปรุงการรับรู้และการกระทำเพิ่มแรงจูงใจกระตุ้นพฤติกรรมการสำรวจและส่งเสริมการเรียนรู้ เราจะทบทวนประโยชน์เหล่านี้และผลที่อาจเกิดขึ้นในสมองได้ที่นี่ เราเสนอกรอบการทำงานที่จัดระเบียบผลกระทบที่แปลกใหม่ต่อสมองและความรู้ความเข้าใจออกเป็นสามกลุ่ม

ครั้งแรกที่ความแปลกใหม่สามารถเพิ่มการรับรู้ชั่วคราว ผลกระทบนี้เสนอให้มีการไกล่เกลี่ยโดยการกระตุ้นแบบใหม่กระตุ้น amygdala และเพิ่มการประมวลผลทางประสาทสัมผัสในช่วงต้น

ประการที่สองสิ่งเร้าแปลกใหม่สามารถเพิ่มความเร้าอารมณ์นำไปสู่เอฟเฟกต์ระยะสั้นต่อการกระทำในหลายร้อยมิลลิวินาทีแรกหลังจากนำเสนอ เรายืนยันว่าผลกระทบเหล่านี้เกี่ยวข้องกับความเบี่ยงเบนมากกว่าความแปลกใหม่ต่อ se และเชื่อมโยงไปยังการเปิดใช้งานของระบบ locus-coeruleus norepinephrine

ประการที่สามความแปลกใหม่เชิงพื้นที่อาจทำให้เกิดระบบ dopaminergic mesolimbic ส่งเสริมการปล่อยโดปามีนในฮิปโปแคมปัสมีผลกระทบยาวนานขึ้นถึงสิบนาทีนาทีแรงจูงใจการประมวลผลรางวัลและการเรียนรู้และความทรงจำ

 

ความตื่นเต้นจากการศึกษา

ความสนใจในสิ่งใหม่อาจเป็นประโยชน์และอาจจำเป็นต้องตรวจจับภัยคุกคามที่อาจเกิดขึ้นและหลีกเลี่ยงอันตราย เพื่อปรับพฤติกรรมให้เหมาะสมกับสถานการณ์ในปัจจุบันสมองต้องทำการแลกเปลี่ยนระหว่างการใช้ประโยชน์จากแหล่งที่รู้จักกันดีของรางวัลในมือข้างหนึ่งและการสำรวจวัตถุและสถานการณ์ใหม่ ๆ ที่อาจส่งสัญญาณออกมากำไรมากขึ้นหรือ แหล่งที่มาของภัยคุกคามที่ไม่รู้จัก

มันได้รับการแนะนำโดยทฤษฎีการคำนวณของการเรียนรู้การเสริมแรงว่าความแปลกใหม่อาจส่งเสริมพฤติกรรมการสำรวจความแปลกใหม่โดยนำเสนอ 'โบนัสสำรวจ' (หรือโบนัสแปลกใหม่) กระตุ้นพฤติกรรมการสำรวจเพื่อค้นหารางวัล (Düzel et al., 2010; Kakade และ Dayan, 2002 ; Knutson และ Cooper, 2006) ความคิดนี้ได้รับการทำงานในทฤษฎี: แรงจูงใจที่เกี่ยวข้องกับความคาดหวังและการสำรวจโดย Dopamine หรือ NOMAD (Düzel et al., 2010) NOMAD แสดงให้เห็นว่าการรับรู้การกระตุ้นแบบใหม่ในการระเบิด phasic เฉพาะทางชั่วคราว ความเป็นพลาสติกทั้งในการเก็บรักษาตัวกระตุ้นใหม่และตัวกระตุ้นที่ตามมาและการเพิ่มขึ้นของระดับโทนิค ยิ่งไปกว่านั้นการคาดหวังความแปลกใหม่เพียงอย่างเดียวจะนำไปสู่การเพิ่มระดับยาชูกำลัง DA กิจกรรมยาชูกำลังที่เพิ่มขึ้นนี้จะช่วยเพิ่มความคาดหวังของรางวัลและส่งเสริมพฤติกรรมการสำรวจ

หลักฐานเชิงประจักษ์สำหรับทฤษฎีนี้แสดงให้เห็นว่าสิ่งเร้าใหม่และความคาดหวังของสิ่งเร้าใหม่สามารถกระตุ้นระบบรางวัลโดปา - มิเนอร์ชิคได้อย่างแน่นอนการเพิ่มการตอบสนองการทำนายรางวัล (Bunzeck et al., 2012; Wittmann et al., 2007) มีการประเมินและประเมินความเสี่ยงที่อาจเกิดขึ้นจนกว่าจะทราบผลลัพธ์ (Krebs et al., 2009) ยิ่งกว่านั้น nov-elty เพิ่มการปล่อย DA ของ phasic ใน striatum เพื่อให้รางวัล (Bunzecket al., 2007; Guitart-Masip et al., 2010; Krebs et al., 2011; Lismanand Grace, 2005) นอกจากนี้กิจกรรม VTA ที่เกิดจากการคาดหวังของรางวัลพบว่ามีความสัมพันธ์กับหน่วยความจำแบบฉากที่ดีกว่าแนะนำว่าการเปิดตัว DA สามารถเพิ่มหน่วยความจำได้แน่นอน (Murty and Adcock, 2014) ในอีกทางหนึ่งรางวัลสามารถเร่งการประมวลผลที่แปลกใหม่ (Bunzeck et al., 2009) ซึ่งเป็นกระบวนการที่เชื่อว่าถูกควบคุมโดย DA ซึ่งจะทำการปรับประสิทธิภาพการดึงหน่วยความจำ (Apitz และ Bunzeck, 2013; Eckart และ Bunzeck, 2013) ที่ลิงก์ระหว่างโดปามีนและหน่วยความจำดู Shohamy และ Adcock, 2010) อย่างไรก็ตามการเชื่อมโยงระหว่างความแปลกใหม่และการเรียนรู้ยังเชื่อมโยงกับระบบประสาทและระบบประสาทอื่น ๆ

อย่างไรก็ตามการเชื่อมโยงระหว่างความแปลกใหม่และการเรียนรู้ยังเชื่อมโยงกับระบบประสาทและระบบประสาทอื่น ๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง NE มีส่วนเกี่ยวข้องกับผลประโยชน์การเรียนรู้ที่เกิดขึ้นแปลกใหม่โดยเฉพาะในสัตว์ที่ไม่ใช่มนุษย์ (Straube et al., 2003b; Sara, 2009; Harley, 2007; Madison และ Nicoll, 1986) NE เพิ่มความตื่นเต้นง่ายของเซลล์ประสาทใน dentate gyrus และส่งเสริม potentiation ระยะยาว (LTP; Kitchigina et al., 1997; Kemp และ Manahan-Vaughn, 2008; Klukowski และ Harley, 1994) ซึ่งเป็นกลไกที่เชื่อว่าจะช่วยสร้างความทรงจำในระยะยาว (Cooke and Bliss, 2006)

หลายระบบ neuromodulatory ได้รับการแนะนำเพื่อรองรับผลกระทบของความแปลกใหม่ในการเรียนรู้เช่นอินพุต dopaminergic (มะนาวและ Manahan-Vaughan, 2006; Li et al., 2003; Lisman และ Grace, 2005; Rogajhofer และ al, 2010; Sajikumar และ Frey, 2004), อินพุต noradrenergic (Kitchigina et al., 1997; Straube และ al, 2003a; Uzakov และ al, 2005; Vankov et al., 1995) ผ่านเบต้า-adrenoreceptors (Kemp และ Manahan-Vaughan, 2008) และอินพุต cholinergic (Barry และคณะ, 2012; Bergado et al., 2007; Hasselmo, 1999; Meeter et al., 2004) ระบบ dopaminergic และ noradrenergic ได้รับการแนะนำเพื่อเป็นสื่อกลางในการแสดงดนตรีโดยใช้การเชื่อมต่อซึ่งกันและกัน (Briand et al., 2007; Harley, 2004; Sara, 2009) สารสื่อประสาททั้งสามนั้นเป็นที่รู้กันว่าได้รับการปล่อยตัวเพื่อตอบสนองต่อสิ่งเร้าใหม่และเชื่อมโยงกับพลาสติกในสมอง

อีกเหตุผลหนึ่งที่เชื่อว่า NE หรือ ACh มีความสำคัญต่อความแปลกใหม่ของผลกระทบต่อหน่วยความจำคือระดับเวลาที่เกิดผลกระทบ ผลของการปล่อย ACh ได้รับการโต้เถียงเพื่อสูงสุดสองวินาทีหลังจากปล่อย (Hasselmo และ Fehlau, 2001) ในขณะที่ผลของการปล่อย NE อาจทำหน้าที่ในช่วงเวลาที่สั้นลง

อันที่จริง, ผลกระทบของสภาพแวดล้อมแบบใหม่การเหนี่ยวนำ LTP หนึ่งได้รับการโต้เถียงขึ้นอยู่กับการเปิดใช้งานของผู้รับ dopaminergic D1 / D5 (Li et al., 2003)

ผลกระทบระยะยาวของความแปลกใหม่ดังกล่าวสอดคล้องกับแนวคิดที่ว่า DA จะปรับผลประโยชน์ที่เกิดจากความแปลกใหม่สำหรับหน่วยความจำตามที่เสนอโดย Lisman และ Grace (2005) นอกจากนี้ยังมีหลักฐานอื่น ๆ ที่สะสมสำหรับบทบาทที่สำคัญของ DA ในการเพิ่มพลาสติกในฮิบโป (Jay, 2003; Lemon และ Manahan-Vaughan, 2006; Li et al., 2003, Lisman และ Grace, 2005; Roggenhofer et al., 2010; Sajikumar และ Frey, 2004) การค้นพบร่วมกันชี้ให้เห็นว่ากลไกเดียวกันนี้มีทั้งประโยชน์ของความแปลกใหม่สำหรับการเรียนรู้และโบนัสการสำรวจ (Düzel et al., 2010; Blumenfeld et al., 2006; Lisman และ Grace, 2005)

กรอบการจัดระเบียบความแปลกใหม่ของผลกระทบต่อสมองและพฤติกรรม

โดยสรุปความแปลกใหม่ทำให้เกิดการตอบสนองที่ดีในพื้นที่สมองที่กว้างและกระตุ้นระบบประสาทและระบบประสาทหลายระบบซึ่งมีผลต่อความรู้ความเข้าใจหลายด้าน ที่นี่เราเป็นที่ถกเถียงกันอยู่ว่าการตอบสนองของระบบประสาทต่อความแปลกใหม่มีผลต่อช่วงเวลาต่างกันและสิ่งนี้สามารถอธิบายความแตกต่างในช่วงเวลาของผลกระทบของความแปลกใหม่ต่อกระบวนการทางปัญญาที่แตกต่างกัน การวิจัยทบทวนที่นี่แสดงให้เห็นว่าผลกระทบเหล่านี้สามารถแบ่งออกได้อย่างน้อยสามประเภท สองคนแรกประกอบด้วยผลกระทบที่เกิดขึ้นอย่างมากหลังจากที่ได้รับการกระตุ้นใหม่ ที่สามมีผลกระทบที่ยาวนาน

ครั้งแรกที่ amygdala ส่วนใหญ่รู้จักโดยบทบาทในการประมวลผลของอารมณ์ตอบสนองอย่างยิ่งต่อความแปลกใหม่เช่นกัน (Zald, 2003; Blackford และคณะ, 2010) สิ่งเร้าทางอารมณ์นั้นเชื่อว่าจะช่วยเพิ่มการรับรู้โดยการกระตุ้นการตอบสนองแบบตั้งใจโดยการเปิดใช้อะมิกดาล่าและการเชื่อมต่อกับพื้นที่เยื่อหุ้มสมองในระยะแรก (Vuilleumier, 2005) เนื่องจากสิ่งเร้าใหม่สามารถกระตุ้นวงจรสมองเช่นเดียวกับสิ่งเร้าทางอารมณ์ได้อย่างน่าเชื่อถือความแปลกใหม่อาจช่วยเพิ่มกระบวนการรับรู้ผ่านทางเดินเดียวกัน เอฟเฟ็กต์ o femotion ต่อการรับรู้ด้วยสายตานั้นรวดเร็วมาก แม้ว่าจะยังไม่ทราบช่วงเวลาที่แน่นอนของผลกระทบเหล่านี้ แต่โดยทั่วไปการปรับปรุงจะเกิดขึ้นในสองสามร้อยมิลลิวินาทีแรกหลังจากมีการกระตุ้นอารมณ์ (Sellinger et al., 2013) สิ่งเร้านวนิยายได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีผลต่อการรับรู้ (Schomaker และ Meeter, 2012) ที่คล้ายคลึงกัน แม้ว่าจะยังมีความไม่แน่นอนอยู่มากเราเสนอว่าการปรับความสนใจไปที่สิ่งเร้าใหม่อาจเกิดขึ้นจากการกระตุ้น amygdalar ซึ่งส่งผลกระทบต่อบริเวณการประมวลผลทางประสาทสัมผัสในช่วงต้นของสมอง

ประการที่สองสิ่งเร้าแปลกใหม่สามารถกระตุ้น LC (พื้นที่ก้านสมองซึ่งเป็นซัพพลายเออร์เฉพาะของ NE ใน forebrain) ทำให้เกิดการปล่อย phasic NE ในจุดที่ 200 ms ตามการนำเสนอสิ่งกระตุ้น (แอสตัน - โจนส์และโคเฮน 2005b; Mongeau et al., 1997) ระบบ LC – NE นี้เกี่ยวข้องกับการเร้าอารมณ์ แต่ยังสามารถส่งผลต่อพฤติกรรมที่เลือกสรรมากขึ้น ทฤษฎีการปรับตัวที่ได้รับ (Aston-Jonesand Cohen (2005a) วางตัวว่า phasic NE ที่ปล่อยออกมาจาก LC ทำหน้าที่เป็นตัวกรองชั่วคราวช่วยอำนวยความสะดวกในการทำงานที่เกี่ยวข้องกับพฤติกรรมโดยการเพิ่มกระบวนการตัดสินใจและหยุดกิจกรรมที่ไม่เกี่ยวข้องกับเป้าหมาย อาจช่วยอำนวยความสะดวกในการปฏิบัติภารกิจผ่านกลไกนี้การศึกษาล่าสุดแสดงให้เห็นว่าสิ่งกระตุ้นใหม่ช่วยอำนวยความสะดวกในการตอบสนองอย่างแน่นอน แต่ผลที่ได้ขึ้นอยู่กับปัจจัยอื่น ๆ อย่างมากในความเป็นจริงการเร่งความเร็วของการตอบสนอง andMeeter, 2014a) สิ่งนี้ได้รับการโต้เถียงกันในกรณีขององค์ประกอบ P3 ERP ที่แปลกใหม่ (Schomaker et al., 2014c) ซึ่งเป็นการแนะนำกลไกทั่วไปที่เป็นไปได้

ประการที่สามระบบ dopaminergic mesolimbic สามารถเปิดใช้งานโดยความแปลกใหม่ ตรงกันข้ามกับการตอบสนองแบบ LC-NE อายุสั้นการตอบสนองของโดปามิคกี้ที่นำเสนอโดยความแปลกใหม่สามารถมีผลได้ในไม่กี่นาทีต่อมา (Li et al., 2003) หลังจากการตรวจจับสิ่งแปลกใหม่การปล่อย DA จาก SN / VTA เชื่อว่าเกิดจากสัญญาณแปลกใหม่จากฮิบโปแคมปัส (Lisman and Grace, 2005) พฤติกรรมโดยเฉพาะอย่างยิ่ง yspatial yspatial แสดงให้เห็นว่ามีผลกระทบต่อความทรงจำในสัตว์ (เดวิสเอตอัล, 2004; McGaugh, 2005; Uzakov และอัล, 2005, Straube และอัล, 2003b) และมนุษย์ (Fenker et al. , 2008; Schomaker และคณะ, 2014b)