Μέρος 3: Λειτουργική συνδεσιμότητα μεταξύ των κέντρων μνήμης και ανταμοιβής σε όλο το κομμάτι εργασίας και ανάπαυσης Ευαισθησία μνήμης στην ανταμοιβή

για περισσότερες πληροφορίες:ali.ma@wecistanche.com

Κάντε κλικ εδώ για το Μέρος 2

Κάντε κλικ στοCistanche DHT για μνήμη

Omnibus ANOVA σε εργασία ανάπαυσης και κωδικοποίησης—Για να συγκρίνουμε τη συνδεσιμότητα ανάπαυσης με τη συνδεσιμότητα εργασιών στο παρασκήνιο, χρησιμοποιήσαμε μέτρα συνδεσιμότητας από φιλτραρισμένες χρονικές σειρές χαμηλού περάσματος για να ταιριάξουμε την προεπεξεργασία εργασίας και ανάπαυσης. Τα μέτρα συνδεσιμότητας υποβλήθηκαν στην ίδια ANOVA όπως αναφέρθηκε παραπάνω, με τον παράγοντα σταδίου εργασιών να έχει τρεις τιμές (προκωδικοποίηση, κωδικοποίηση, μετακωδικοποίηση). Αυτή η ανάλυση μας επιτρέπει να ελέγξουμε άμεσα την υπόθεση ότι τα πρότυπα συνδεσιμότητας και η σχέση τους με τη συμπεριφορά είναι σταθερά σε όλες τις εργασίες και την ανάπαυση. Τα αποτελέσματα της ANOVA αναφέρονται στον Πίνακα 2 και όλες οι τιμές συνδεσιμότητας απεικονίζονται στο Σχ. 4β. Από τα αποτελέσματα ενδιαφέροντος, βρήκαμε μια κύρια επίδραση της κατάστασης του διαμορφωτή, με μεγαλύτερη συνδεσιμότητα στους διαμορφωτές (M= 0.52, SD= 0.14) από τους μη διαμορφωτές (M= 0 .32, SD= 0.21). Βρήκαμε επίσης μια σημαντική αλληλεπίδραση μεταξύ της κατάστασης του διαμορφωτή και της δομής ανταμοιβής. Οι δοκιμές t-test δύο δειγμάτων παρακολούθησης έδειξαν ότι η αλληλεπίδραση προκλήθηκε από σημαντικές διαφορές μεταξύ ρυθμιστών και μη διαμορφωτών στη συνδεσιμότητα ιππόκαμπου/PHC με ACC, MPFC, OFC και VS (όλα t(22) > 2.1, p< 0.05)="" but="" not="" with="" midbrain="" (t(22)="0.90," p="0.377)." the="" effect="" of="" modulator="" status="" and="" the="" interaction="" between="" modulator="" status="" and="" reward="" structure="" were="" not="" driven="" by="" a="" median="" split="" of="" participants="" and="" were="" replicated="" when="">μνήμηη ευαισθησία στην ανταμοιβή αντιμετωπίστηκε ως συνεχής μέτρηση χρησιμοποιώντας ANCOVA (κύρια επίδραση του BRM: F(1,22)=7.13, p= 0.014, η2P= .25; BRM *αλληλεπίδραση δομής ανταμοιβής:

F(2.80,61.58) = 3.25, p= 0.031). We found no effect of task stage and no interaction between task stage and modulator status in this analysis (both p>0.2), προτείνοντας σύνδεση μεταξύμνήμηκαι τα δίκτυα ανταμοιβής και η σχέση τους με τη συμπεριφορά παρέμειναν σχετικά σταθερές σε όλες τις σαρώσεις προ-κωδικοποίησης, κωδικοποίησης και μετακωδικοποίησης.

Σύνοψη των ευρημάτων ANOVA—Τόσο τα ANOVA omnibus όσο και μόνο για ανάπαυση έδειξαν επίδραση της κατάστασης του διαμορφωτή σεμνήμη-Συνδεσιμότητα περιοχής ανταμοιβής και αποκάλυψε ότι το φαινόμενο του διαμορφωτή δεν καθοδηγείται από όλες τις συνδέσεις εξίσου. Ένα σύνολο περιοχών ανταμοιβής οδήγησε δυσανάλογα το συνολικό αποτέλεσμα: η συνδεσιμότητα ACC, OFC και VS με ιππόκαμπο/PHC διέφερε σταθερά μεταξύ διαμορφωτών και μη διαμορφωτών, ενώ οι συνδέσεις μεσοεγκεφάλου δεν διέφεραν σταθερά. Ενώ διαπιστώσαμε μια συνολική αύξηση στη συνδεσιμότητα μεταξύ ανταμοιβής καιμνήμηπεριοχές από την προ-κωδικοποίηση έως τη μετα-κωδικοποίηση στην ANOVA μόνο για το υπόλοιπο, δεν υπήρχαν αλληλεπιδράσεις μεταξύ της κατάστασης του διαμορφωτή και του σταδίου εργασίας σε καμία από τις δύο αναλύσεις. Αυτά τα αποτελέσματα συνάδουν με την ιδέα ότι υπάρχουν σταθερές ατομικές διαφορές στα πρότυπα συνδεσιμότητας του εγκεφάλου που σχετίζονται με τη συμπεριφορά.

Λειτουργικές σχέσεις μεταξύ των συνδέσεων

PCA μόνο για ανάπαυση—Για να διερευνήσουμε ποιες περιοχές ανταμοιβής μπορεί να αποτελούν μέρος του ίδιου λειτουργικού δικτύου, ερευνήσαμε τη δομή διασταυρούμενης συσχέτισης των τιμών συνδεσιμότητας μεταξύ των συμμετεχόντων. Οι κατά ζεύγη συσχετίσεις όλων των τιμών συνδεσιμότητας που βασίζονται σε ηρεμία παρουσιάζονται στο Σχ. 5α. Αφού τα χωρίσαμε στα κύρια στοιχεία, βρήκαμε τέσσερα στοιχεία που εξηγούσαν τουλάχιστον το 10 τοις εκατό της διακύμανσης στις τιμές συνδεσιμότητας και διατηρήθηκαν για περαιτέρω αναλύσεις (Εικ. 5β). Οι προσομοιώσεις Monte Carlo (Εικ. 6α) έδειξαν ότι όλα τα στοιχεία εξήγησαν τυχαία μεγαλύτερη διακύμανση από ό,τι αναμενόταν (όλα τα p< 0.01),="" except="" for="" component="" 3,="" which="" was="" marginal="" (p="0.083)." preferential="" loading="" of="" each="" reward="" region="" on="" different="" components="" was="" tested="" using="" one-way="" anova="" (fig.="">

Το πρώτο στοιχείο εξηγούσε το 28,2 τοις εκατό της διακύμανσης στις βαθμολογίες συνδεσιμότητας και φορτώθηκε κατά προτίμηση σε συνδέσεις ACC, OFC και VS και, σε μικρότερο βαθμό, MPFC και μεσαίο εγκέφαλο (μονόδρομη ANOVA, F(4,15)=3. 91, σ= 0.023). Το δεύτερο στοιχείο εξήγησε το 16,6 τοις εκατό της διακύμανσης και φορτωνόταν κατά προτίμηση στις συνδέσεις του μεσαίου εγκεφάλου και, σε μικρότερο βαθμό, αρνητικά στις συνδέσεις OFC και MPFC (μονόδρομη ANOVA, F(4,15)=38.2, p< 0.001).="" the="" third="" component="" explained="" 12.5%="" ofvariance="" and="" loaded="" comparably="" across="" all="" reward="" regions="" (one-way="" anova="" f(4,15)="0.74," p="0.580)." the="" fourth="" component="" explained="" 11.6%="" of="" variance="" and="" was="" loading="" preferentially="" on="" mpfc="" connections="" (one-way="" anova="" f(4,15)="5.26," p="0.008)." multiple="" regression="" then="" tested="" the="" relationship="" between="" the="" component="" scores="" and="" behavioral="" reward="" modulation="" across="" participants.="" the="" first="" component="" score="" significantly="" tracked="" behavioral="" reward="" modulation="" (beta="7.09," se="3.13," p="0.03)" while="" the="" remaining="" components="" did="" not="" (all="" p="">0.18). Αυτά τα αποτελέσματα υποδεικνύουν ότι η συνδεσιμότητα ACC, OFC και VS με ιππόκαμπο/PHC ποικίλλει και παρακολουθούν από κοινούμνήμηευαισθησία στην ανταμοιβή. Η συνδεσιμότητα του μεσαίου εγκεφάλου και του MPFC ποικίλλει σε μικρότερο βαθμό με τις άλλες περιοχές που σχετίζονται με ανταμοιβές και μεταξύ τους. Επιπλέον, τα εξαρτήματα στα οποία ο μεσαίος εγκέφαλος και το MPFC φορτώθηκαν πιο έντονα δεν παρακολουθήθηκανμνήμηευαισθησία στην ανταμοιβή, ανοίγοντας την πιθανότητα ότι το καθένα μπορεί να είναι μέρος λειτουργικά διαφορετικών συστημάτων.

Η έλλειψη διαφοροποίησης μεταξύ διαμορφωτών και μη διαμορφωτών με βάση τον ιππόκαμπο/μέσο εγκέφαλο PHC ήταν απροσδόκητη, ειδικά δεδομένου ότι παρατηρήθηκαν σημαντικά αποτελέσματα συνδεσιμότητας για άλλες περιοχές που σχετίζονται με την ανταμοιβή τόσο στην ANOVA όσο και στην PCA. Ενώ ανταμείβετε διαμορφωτικές επιδράσεις στις αλληλεπιδράσεις του μεσαίου εγκεφάλου μεμνήμηΟι περιοχές έχουν τεκμηριωθεί προηγουμένως (Gruber et al., 2016; Wolosin et al., 2012), η επίδραση μπορεί να μην έχει ως αποτέλεσμα αυξημένη ευαισθησία στην ανταμοιβή αυτή καθαυτή. Αντίθετα, γενικά μεγαλύτερες αλληλεπιδράσεις - ανεξάρτητα από τις εξωτερικές ανταμοιβές - μπορεί να οδηγήσουν σε μεγαλύτερη διαθεσιμότητα ντοπαμίνης στον ιππόκαμπο και μεγαλύτερημνήμησυνολικά (Duncan et al., 2014; Lisman et al., 2011; Tompary et al., 2015).

To test this idea, we performed a second multiple regression with component scores as predictors but this time using overall accuracy as an outcome. The second component significantly predicted the overall accuracy across participants (beta = 0.28, SE= 0.11, p= 0.02), while the other three components did not (all p>0.5). Έτσι, ένα ξεχωριστό μοτίβο συνδεσιμότητας σε κατάσταση ηρεμίας, που καταγράφηκε από το δεύτερο στοιχείο που φορτώνει κατά προτίμηση στον ιππόκαμπο/τη συνδεσιμότητα του μέσου εγκεφάλου, ήταν επίσης σχετικό με τη συμπεριφορά, αλλά παρακολουθήθηκε συνολικάμνήμηπροκειμένουμνήμηευαισθησία στην ανταμοιβή.

Omnibus PCA σε όλη την εργασία και την ανάπαυση—Για να ελεγχθεί ο βαθμός στον οποίο οι διασταυρούμενες συσχετίσεις μπορεί να παραμένουν σταθερές μεταξύ εργασίας και ανάπαυσης, πραγματοποιήθηκε μια δεύτερη PCA σε ολόκληρο το σύνολο των 30 τιμών συνδεσιμότητας ανά θέμα (10 συνδέσεις για κάθε προκωδικοποίηση, κωδικοποίηση, και περιόδους μετά την κωδικοποίηση). Οι τιμές συνδεσιμότητας που προέρχονται από φιλτραρισμένες χρονοσειρές χαμηλής διέλευσης χρησιμοποιήθηκαν για την αντιστοίχιση της προεπεξεργασίας μεταξύ εργασιών και ανάπαυσης. Τρεις συνιστώσες εξηγούν περισσότερο από το 10 τοις εκατό της διακύμανσης. Οι προσομοιώσεις Monte Carlo (Εικ. 6α) έδειξαν ότι μόνο τα στοιχεία 1 και 2 εξηγούν τυχαία μεγαλύτερη διακύμανση από την αναμενόμενη (και τα δύο p< 0.001).="" component="" 3="" did="" not="" (p="0.8)" and="" thus="" was="" not="" considered="" further.="" the="" loadings="" of="" each="" reward="" region="" on="" the="" two="" retained="" components="" are="" presented="" in="" fig.="">

The first component explained 31.4% of the variance and showed marginal differences between loadings among reward regions (one-way ANOVA F(4,25) = 2.30, p= 0.086), with numerically greatest loadings of ACC and VS. The second component explained 18.0% of the variance and most strongly loaded on midbrain connections (F(4,25) = 4.78, p= 0.005). Multiple regression with component scores as predictors and BRM as an outcome showed that the first component was a significant predictor of Brm (beta = 2.99, SE= 1.00, p= 0.007), while the other was not (p> 0.09). A second multiple regression with the overall accuracy as an outcome did not reveal any significant effects (all p>0.2). Έτσι, το omnibus PCA αναπαρήγαγε εν μέρει το PCA μόνο για υπόλοιπο. Συνολικά, τα ευρήματα PCA υποδεικνύουν ότι: (1) τα μοτίβα συνδεσιμότητας των ACC, VS και δυνητικά OFC συνδέονται λειτουργικά, με μια σύνθετη βαθμολογία συνδεσιμότητας που φορτώνεται πιο έντονα σε αυτές τις περιοχές παρακολούθησηςμνήμηευαισθησία στην ανταμοιβή, (2) τα μοτίβα συνδεσιμότητας μεσοεγκεφάλου και δυνητικά MPFC ποικίλλουν σε μικρότερο βαθμό με τις άλλες περιοχές ανταμοιβής και μεταξύ τους και (3) η συνδεσιμότητα ιππόκαμπου σε κατάσταση ηρεμίας/μεσοεγκεφάλου PHC μπορεί να είναι πιο προγνωστική για τη συνολική απόδοση της μνήμης παρά την ευαισθησία της μνήμης στην ανταμοιβή.

Πρόβλεψημνήμηευαισθησία στην ανταμοιβή από μοτίβα συνδεσιμότητας με χρήση μηχανικής μάθησης Τα ευρήματα ANOVA και PCA που αναφέρθηκαν παραπάνω έδειξαν ότι η συνδεσιμότητα μεταξύμνήμηκαι περιοχές που σχετίζονται με ανταμοιβές που παρακολουθούνται άτομαμνήμηsensitivity to reward and that this relationship may be relatively preserved irrespective of task stage. To more directly quantify how well patterns of connectivity may differentiate between modulators and nonmodulators, we applied SVC to predict modulator status from connectivity patterns in each task stage (inputs = 10 connectivity values, outputs = modulator status). Classification accuracy that occurred with a probability of less than 0.017 (0.05/3 to correct for multiple comparisons) was considered significant. Using cross-validation, we found that classification of modulator status from connectivity patterns was reliably above chance in the pre-encoding scan (accuracy = 79.2%, p= 0.010) and the encoding scan (accuracy = 75%, p= 0.006). Classification based on the post-encoding scan was lower and not reliably different from chance (accuracy = 58.3%, p= 0.157; Fig. 7a). Although the classification accuracy based on post-encoding connectivity did not reach significance, we did not find evidence that the probability of misclassification would be reliably greater at post-encoding compared to pre- encoding or encoding task stages (both χ2 < 2.1, p> 1.5).

Για να επαληθευτεί ότι η επιτυχής ταξινόμηση δεν εξαρτιόταν από την αντιμετώπιση της διαμόρφωσης ανταμοιβής ως διχοτομημένης μεταβλητής, το ε-SVR διεξήχθη για να προβλέψει τη διαμόρφωση ανταμοιβής συμπεριφοράς ως συνεχές μέτρο. Σε συμφωνία με τα ευρήματα SVC, το διασταυρωμένο SVR αποκάλυψε ότι η συνδεσιμότητα μεταξύμνήμηκαι οι περιοχές ανταμοιβής προέβλεψαν αξιόπιστα το BRM κατά τη σάρωση κωδικοποίησης (r= 0.51, p= 0.010) και οριακά προέβλεπαν κατά τη διάρκεια της σάρωσης ανάπαυσης προ-κωδικοποίησης (r= 0.46, p= 0.024). Το SVR στη συνδεσιμότητα μετά την κωδικοποίηση δεν έφτασε σε σημαντικό βαθμό (r= 0.35, p= 0.098; Εικ. 7β).

Συμπληρωματικές αναλύσεις συνδεσιμότητας

Συσχετίσεις μεταξύ αλλαγών συνδεσιμότητας και συμπεριφοράς—Αν και δεν βρήκαμε αλληλεπιδράσεις μεταξύ του σταδίου εργασίας και της διαμόρφωσης ανταμοιβήςμνήμηστην ANOVA μόνο για ανάπαυση, μια μεταβαλλόμενη σχέση μεταξύ συνδεσιμότητας και συμπεριφοράς μπορεί να χαρακτηρίζεται καλύτερα από μια συσχέτιση των αυξήσεων που προκαλούνται από εργασίες στη συνδεσιμότητα με τη συμπεριφορά (Gruber et al., 2016; Murty et al., 2017; Tambini et al., 2010). Για να ελέγξουμε την επίδραση των αυξήσεων συνδεσιμότητας στη συμπεριφορά, εκτελέσαμε διερευνητικές συσχετίσεις μεταξύ των αυξήσεων συνδεσιμότητας πριν από τη μετάδοση και τόσο του BRM όσο και της συνολικής ακρίβειας (Πίνακας 3). Κανένα από ταμνήμη- reward ROI connections predicted BRM (all p> 0.15, uncorrected for multiple comparisons) nor overall cued recall rates (all uncorrected p>0.05). Υπήρχε μια οριακή συσχέτιση μεταξύ της συνδεσιμότητας PHC-μεσαίου εγκεφάλου και της συνολικής ακρίβειας (r=0.40, p= 0.052), παρέχοντας μια μερική αναπαραγωγή προηγούμενων αναφορών σχετικά με τη συμπεριφορά παρακολούθησης αλλαγών συνδεσιμότητας του μέσου εγκεφάλου (Duncan et al. ., 2014, Gruber et al., 2016).

Πρόσθιες και οπίσθιες διαφορές στον ιππόκαμπο—Οι λειτουργικές διαφορές μεταξύ του πρόσθιου και του οπίσθιου ιππόκαμπου δοκιμάστηκαν σε 3 (στάδιο εργασίας) × 2 (ROI ιππόκαμπου: πρόσθιο, οπίσθιο) × 5 (ROI ανταμοιβής) επαναλαμβανόμενων μετρήσεων ANOVA με κατάσταση διαμορφωτή ως μεταξύ- παράγοντας θεμάτων. Τα αποτελέσματα για την ANOVA αναφέρονται στον Πίνακα 4 και όλες οι συνδέσεις εμφανίζονται στην Εικ. 8. Βρήκαμε την κύρια επίδραση της κατάστασης του διαμορφωτή, υποδεικνύοντας ότι η συνδεσιμότητα του ιππόκαμπου με τις περιοχές ανταμοιβής παρακολουθήθηκεμνήμηευαισθησία στην ανταμοιβή. Βρήκαμε επίσης μια σημαντική αλληλεπίδραση μεταξύ της απόδοσης επένδυσης ανταμοιβής και της διαίρεσης του ιππόκαμπου, υποδεικνύοντας ότι ο πρόσθιος και ο οπίσθιος ιππόκαμπος συνδέεται κατά προτίμηση με διαφορετικές περιοχές ανταμοιβής. Κύριο ενδιαφέρον ήταν οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ της διαίρεσης του ιππόκαμπου και της κατάστασης του ρυθμιστή που θα έδειχναν ότι το πρόσθιο και το οπίσθιο τμήμα του ιππόκαμπου προβλέπουν διαφορικά τη διαμόρφωση ανταμοιβής της μνήμης. Ωστόσο, όλες οι αλληλεπιδράσεις που περιελάμβαναν την κατάσταση του διαμορφωτή και την απόδοση επένδυσης του ιππόκαμπου ως παράγοντες ήταν μη σημαντικές (όλες οι F< 1.5,="" p="">0.3), παρέχοντας κανένα στοιχείο για μια τέτοια διάσταση.

As the last analysis, we tested whether connectivity increases from pre-to post-encoding rest may be differentially related to behavior for the anterior and posterior hippocampus. Thus, we correlated BRM with post-pre connectivity changes in each connection, separately for the anterior and posterior hippocampus. No significant correlations were found (all |r| < 0.32, all p> 0.05).

Συζήτηση

Η τρέχουσα μελέτη μέτρησε τη λειτουργική συνδεσιμότητα μεταξύμνήμηκαι περιοχές ανταμοιβής πριν, κατά τη διάρκεια και μετά από μια εργασία κωδικοποίησης νομισματικών κινήτρων. Χρησιμοποιώντας τόσο τυπικές όσο και προσεγγίσεις μηχανικής μάθησης, παρατηρήσαμε ότι η συνδεσιμότητα του ιππόκαμπου και της PHC με περιοχές που σχετίζονται με την ανταμοιβή παρακολουθούσε μεμονωμένες διαφορές στην ευαισθησία της μνήμης ως προς την ανταμοιβή. Αυτό το αποτέλεσμα οδηγήθηκε διαφορετικά από ένα υποσύνολο περιοχών ανταμοιβής: τα μοτίβα συνδεσιμότητας ACC, OFC και VS ποικίλλουν μαζί μεταξύ των συμμετεχόντων και ήταν σταθερά πρόβλεψη των ατομικών διαφορών στη διαμόρφωση ανταμοιβής της μνήμης. Η συνδεσιμότητα του μεσαίου εγκεφάλου με τον ιππόκαμπο και το PHC δεν σχετιζόταν με την ευαισθησία της μνήμης στην ανταμοιβή και η συνδεσιμότητα MPFC με τις περιοχές μνήμης διέφερε ανάλογα με τις αναλύσεις. Η σχέση μεταξύ συνδεσιμότητας και διαμόρφωσης ανταμοιβής της μνήμης ήταν παρούσα πριν από την κωδικοποίηση και κατά τη διάρκεια της κωδικοποίησης, με ασθενέστερα αλλά όχι αξιόπιστα διαφορετικά αποτελέσματα κατά την ανάπαυση μετά την κωδικοποίηση. Η συνολική συνδεσιμότητα μεταξύ των περιοχών μνήμης και ανταμοιβής αυξήθηκε από την ανάπαυση πριν από τη μετά την κωδικοποίηση, αλλά οι αλλαγές συνδεσιμότητας δεν σχετίζονταν σημαντικά με τη συμπεριφορά. Αυτά τα αποτελέσματα καταδεικνύουν σταθερές ατομικές διαφορές στην εσωτερική επικοινωνία μεταξύ της μνήμης και των περιοχών που σχετίζονται με την ανταμοιβή που παρακολουθούν μεμονωμένες διαφορές στη διαμόρφωση ανταμοιβής της μνήμης.

Επιπλέον, τα αποτελέσματα εμπλέκουν ένα ευρύτερο σύνολο περιοχών που σχετίζονται με ανταμοιβέςμνήμηδιαφοροποίηση με ανταμοιβή από ό,τι θεωρήθηκε προηγουμένως.

Οι θεωρητικές προοπτικές έχουν δώσει έμφαση στο ρόλο του μεσεγκεφάλου και σε κάποιο βαθμό του VSμνήμηδιαμόρφωση με ανταμοιβή (Lisman & Grace, 2005). Ένα κεντρικό εύρημα της τρέχουσας μελέτης είναι ότι η συνδεσιμότητα των περιοχών ανταμοιβής VS, ACC και OFC με τον ιππόκαμπο και την PHC σχετιζόταν με τον βαθμό στον οποίο η μνήμη των ατόμων επηρεάστηκε από την ανταμοιβή. Ο ρόλος του VS στη διαμόρφωση ανταμοιβής της μνήμης προβλέπεται από τα τρέχοντα μοντέλα, τα οποία υποθέτουν ότι το VS ενσωματώνει και αναμεταδίδει σήματα ντοπαμίνης από τον ιππόκαμπο στον μεσαίο εγκέφαλο (Lisman & Grace, 2005). Μια προηγούμενη μελέτη σχετικά με την κωδικοποίηση με κίνητρο ανταμοιβής βρήκε ότι η μονομεταβλητή ενεργοποίηση στο VS συνδιακυβεύεται με τον ιππόκαμπο και την PHC, παρακολουθώντας περαιτέρω τον αντίκτυπο της ανταμοιβής στη μνήμη (Adcock et al., 2006). Η μελέτη μας, ωστόσο, είναι η πρώτη που έδειξε συνδεσιμότητα μεταξύ VS, από κοινού με OFC και ACC, και τα κέντρα μνήμης στον ιππόκαμπο και το PHC προέβλεψαν μεμονωμένες διαφορές στη διαμόρφωση ανταμοιβής της μνήμης, ανεξάρτητα από το πότε μετρήθηκε η συνδεσιμότητα. Είναι ενδιαφέρον ότι η συνδεσιμότητα υποβάθρου VS-ιππόκαμπου παρατηρείται επίσης στη διαδικαστική μάθηση όταν η διαδικαστική μάθηση ανταμείβεται (Hamann, Dayan, Hummel, & Cohen, 2014). Έτσι, ενώ η παραδοσιακή άποψη συστημάτων πολλαπλής μνήμης υποστηρίζει έναν καταμερισμό της εργασίας μεταξύ του ιππόκαμπου, που υποστηρίζει τη δηλωτική μνήμη, και του ραβδωτού σώματος, υποστηρίζοντας τη διαδικαστική μνήμη (Squire, 1992), μπορεί να υπάρχει ένας ισχυρός βαθμός αλληλεπιδράσεων μεταξύ αυτών των συστημάτων που υποστηρίζουν τόσο την επεισοδιακή μνήμη όσο και διαδικαστική μάθηση (Doll, Shohamy, & Daw, 2015; Hamann et al., 2014; Kafkas & Montaldi, 2015; Wimmer, Daw, & Shohamy, 2012).

Η μελέτη μας ενέπλεξε επίσης δύο περιοχές ανταμοιβής που δεν λαμβάνονταν υπόψη στο πλαίσιο της μάθησης με κίνητρα ανταμοιβής—το OFC και το ACC—οι οποίες έδειξαν παρόμοια προφίλ με το VS. Ενώ μυθιστόρημα στον τομέα της διαμόρφωσης ανταμοιβής τουμνήμη, προηγούμενη εργασία έχει αναφέρει συνδεσιμότητα του ιππόκαμπου με κοιλιακές/κογχικές μετωπιαίες περιοχές σε διάφορα πλαίσια μάθησης (Gluth, Sommer, Rieskamp, ​​& Büchel, 2015; Ranganath, Heller, Cohen, Brozinsky, & Rissman, 2005; Tsukiura & Cabeza, 200, 200; Dominick, & Preston, 2012). Για παράδειγμα, η συνδεσιμότητα ιππόκαμπου-OFC στο παρασκήνιο παρακολουθεί αντιστρόφως τη μεταφορά της μαθημένης ανταμοιβής σε σχετικές εμπειρίες (Gerraty et al., 2014). Σε ένα πρότυπο αισθητηριακής προετοιμασίας, οι συμμετέχοντες κωδικοποίησαν ζεύγη προσώπου και προσώπου και στη συνέχεια εκπαιδεύτηκαν να συσχετίσουν ένα κέρδος, μια απώλεια ή καμία αξία με ένα από τα πρόσωπα. Η συνδεσιμότητα Hippocampal-OFC συσχετίστηκε αρνητικά με τη μεταφορά, πράγμα που σημαίνει ότι οι συμμετέχοντες με ισχυρότερη συνδεσιμότητα έδειξαν μικρότερη τάση να επεκτείνουν τη μαθημένη ονομαστική αξία σε σχετικά πρόσωπα. Έτσι, αν και ο ρόλος των αλληλεπιδράσεων μεταξύμνήμηΟι περιοχές και το OFC μπορεί να διαφέρουν ανάλογα με τη συγκεκριμένη εργασία, η μελέτη μας συγκλίνει με προηγούμενη εργασία για να δείξει ότι οι συμμετέχοντες με μεγαλύτερη συνδεσιμότητα ιππόκαμπου-OFC είναι πιο πιθανό να διαφοροποιήσουν τα γεγονότα με βάση τις ρητά εκχωρημένες τιμές τους.

Η λειτουργική συνάφεια του ACC σεμνήμηστους ανθρώπους είναι αυτή τη στιγμή λιγότερο κατανοητή. Κατά τη διάρκεια της ανάπαυσης, το ACC επιδεικνύει λειτουργική συνδεσιμότητα τόσο με τον ιππόκαμπο όσο και με τον PHC (Cao et al., 2014; Margulies et al., 2007). Στα τρωκτικά, το ACC έχει εμπλακεί στην ενοποίηση των μαθημένων συσχετισμών σε μακροπρόθεσμεςμνήμη, που δείχνει συντονισμένες κυτταρικές αλλαγές με τον ιππόκαμπο (Wang, Tse, & Morris, 2012; Weible, Rowland, Monaghan, Wolfgang, &Kentros, 2012). Εδώ, η συνδεσιμότητα ACC, OFC και VS με ιππόκαμπο και PHC ποικίλλει μεταξύ των συμμετεχόντων. Ενώ έχει αναφερθεί στο παρελθόν εγγενής, συντονισμένη δραστηριότητα μεταξύ του ιππόκαμπου, του κοιλιακού ραβδωτού σώματος και του OFC (Gerraty et al., 2014; Kahn & Shohamy, 2013), τα δεδομένα μας υποδηλώνουν ότι το ACC μπορεί να περιλαμβάνει ένα λειτουργικό δίκτυο με VS και OFC.

Αν και το ACC και το OFC μπορεί να εμφανίζουν διακριτές λειτουργίες σε ορισμένες εργασίες (Luk & Wallis, 2013), το ACC, το OFC και το VS μοιράζονται όλες παρόμοιες λειτουργίες κατά την επεξεργασία ανταμοιβής, όπως η παρακολούθηση αναμενόμενων τιμών και αποτελεσμάτων ανταμοιβής (Amiez et al., 2006; Bialleck et al., 2011· Knutson, Taylor, Kaufman, Peterson, & Glover, 2005· Yan et al., 2016) και σηματοδοτώντας την αξία των επιλογών (Boorman, Behrens, Woolrich, & Rushworth, 2009; Rogers et al., 2004· Strait, Blanchard, & Hayden, 2014). Μαζί, αυτές οι περιοχές μπορεί να χρησιμεύσουν για την προώθηση κινητήριων συμπεριφορών ή την καταστολή άσχετων με κίνητρα συμπεριφορών (Hare, O'Doherty, Camerer, Schultz, & Rangel, 2008; Kaping, Vinck, Hutchison, Everling, & Womelsdorf, 2011; Nieuwenshima, 2011, & Nieuwenhuis O'Doherty, 2011, Walton, Chau, & Kennerley, 2015). Μεγαλύτερες αλληλεπιδράσεις ιππόκαμπου και PHC με ACC, OFC και VS μπορεί να αντικατοπτρίζουν μεγαλύτερη διαθεσιμότητα σημάτων ανταμοιβής σεμνήμηδομές, με αποτέλεσμα ενισχυμένη διαμόρφωση τουμνήμημε ανταμοιβή στο παράδειγμά μας. Ενώ η μοναδική συνεισφορά κάθε περιοχής θα απαιτήσει περαιτέρω έρευνες για τους μεμονωμένους ρόλους της στην παρακινούμενη μάθηση, τα δεδομένα μας παρέχουν αρκετές νέες ιδέες για τις λειτουργικές τους αλληλεπιδράσεις.

Μια απροσδόκητη πτυχή των τρεχόντων δεδομένων ήταν η σχέση σχήματος U μεταξύ της αξίας ανταμοιβής καιμνήμηβρέθηκε στο δείγμα fMRI. Αν και αυτό το εύρημα ήταν απροσδόκητο και δεν επαναλήφθηκε στο συνοδευτικό δείγμα συμπεριφοράς, είναι νευροβιολογικά εύλογο. Οι αποκρίσεις σε σχήμα U στην ανταμοιβή έχουν εντοπιστεί στον έσω μετωπιαίο και έσω τροχιακό μετωπιαίο φλοιό (Elliott et al., 2003): συγκεκριμένα, περιοχές, όπως το ACC και το VS, σηματοδοτούν το σφάλμα πρόβλεψης ανταμοιβής ή την ασυμφωνία μεταξύ αναμενόμενου και έμπειρου ανταμοιβές (Abler, Walter, Erk, Kammerer, & Spitzer, 2006· Fiorillo, Tobler, & Schultz, 2003· Montague, Dayan, & Sejnowski, 1996· Silvetti, Seurinck, & Verguts, 2011). Αυτά τα σήματα δεν αντικατοπτρίζουν την απόλυτη τιμή των απωλειών και των κερδών αλλά μάλλον τη σχετική τιμή, κλιμακώνοντας ευέλικτα γύρω από ένα αναμενόμενο σημείο αναφοράς (Seymour & McClure, 2008; Tobler, Fiorillo, & Schultz, 2005). Στην τρέχουσα εργασία, οι δοκιμές δεκάρων μπορεί να χρησίμευαν ως συνθήκη αναφοράς, με τις δοκιμές σε δολάρια να γίνονται αντιληπτές ως ανταμοιβές και τις δοκιμές σε δεκάρες ως σχετικές απώλειες. Η εξέχουσα θέση τόσο των απωλειών όσο και των κερδών μπορεί να επηρεάσει την απόδοση (Bartra et al., 2013· Shigemune et al., 2014), που εκδηλώνεται ως το σχήμα U στην ακρίβεια ανάκλησης υπό ένδειξη σε όλες τις συνθήκες ανταμοιβής. Συνολικά, τα αποτελέσματα ανταμοιβής στη μνήμη μπορεί να αντικατοπτρίζουν την επίδραση των σημάτων σφάλματος πρόβλεψης ανταμοιβής στην κωδικοποίηση, η οποία μπορεί να είναι μη γραμμικής φύσης.

Σε αντίθεση με προηγούμενες μελέτες, δεν βρήκαμε σχέση μεταξύ της συνδεσιμότητας ιππόκαμπου-μέσου εγκεφάλου και της διαμόρφωσης ανταμοιβήςμνήμη, ακόμη και όταν ο ιππόκαμπος διαχωρίστηκε σε πρόσθιο και οπίσθιο τμήμα (Adcock et al., 2006; Gruber et al., 2016; Murty et al., 2017; Wolosin et al., 2012). Αντίθετα, βρήκαμε μια συσχέτιση μεταξύ μιας βαθμολογίας συστατικού από το PCA που φορτώθηκε κατά προτίμηση στις συνδέσεις μεσαίου εγκεφάλου-ιππόκαμπου/PHC και της συνολικής ακρίβειας. Αν και αυτό το εύρημα δεν ήταν αναμενόμενο εκ των προτέρων, είναι συνεπές με την πρόταση ότι οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ του μεσεγκεφάλου και των ενδιάμεσων χρονικών περιοχών δεν είναι μοναδικές για ανταμοιβές με εξωτερικά κίνητρα, αλλά υποστηρίζουν την κωδικοποίηση και την ενοποίηση γενικά (Lisman et al., 2011). Σύμφωνα με αυτήν την άποψη, ο μεσεγκέφαλος έχει αποδειχθεί ότι αλληλεπιδρά με τον ιππόκαμπο σε εργασίες κωδικοποίησης που δεν περιλαμβάνουν ανταμοιβή (Duncan et al., 2014; Zeithamova, Manthuruthil, & Preston, 2016), και με συνδεσιμότητα υποβάθρου κατά τη διάρκεια της κωδικοποίησης (Duncan et al., 2014 al., 2014) και συνδεσιμότητα ηρεμίας μετά την κωδικοποίηση (Tompary et al., 2015) παρακολούθησης συσχετιστικής μνήμης. Τα ευρήματά μας υποδεικνύουν ότι η συνδεσιμότητα του μεσαίου εγκεφάλου κατά τη διάρκεια της κωδικοποίησης με κίνητρο ανταμοιβής μπορεί να είναι πιο σχετική με τη συνολική συσχετιστική μνήμη παρά με τη διαμόρφωση ανταμοιβής της μνήμης και δυνητικά παίζει έναν ξεχωριστό λειτουργικό ρόλο στη μνήμη από άλλες περιοχές που σχετίζονται με ανταμοιβή.

Αξιοσημείωτη είναι η σχετικά μικρή καθυστέρηση μεταξύ κωδικοποίησης και δοκιμής στο παράδειγμά μας, η οποία μπορεί επίσης να επηρεάσει το μοτίβο των επιδράσεων του μεσεγκεφάλου που παρατηρούνται. Σχετίζεται με ανταμοιβήμνήμηεπιδράσεις έχουν τεκμηριωθεί κατά τη διάρκεια άμεσων δοκιμών τουμνήμη(Gruber et al., 2016; Wolosin et al., 2012, 2013) αλλά εμφανίζονται πιο δυνατοί μετά από ολονύκτια ενοποίηση (Patil, Murty, Dunsmoor, Phelps, & Davachi, 2017; Tompary et al., 2015; Wittmann et al., 2015. ). Η καθυστερημένη επίδραση της ανταμοιβής σεμνήμηΗ απόδοση πιστεύεται ότι αντικατοπτρίζει την ενίσχυση των διαδικασιών ενοποίησης που εξαρτώνται από την ντοπαμίνη μέσω ανταμοιβών (Lisman et al., 2011). Έτσι, ενώ οι αλληλεπιδράσεις του μεσαίου εγκεφάλου με τον ιππόκαμπο και την PHC προέβλεπαν τη συνολική μνήμη στο παράδειγμά μας, είναι πιθανό να παρατηρηθεί μια πρόσθετη συμβολή του μεσεγκεφάλου στην ενίσχυση της ανταμοιβής εάν η ανάκληση είχε πραγματοποιηθεί μετά από ένα διάστημα 24-ωρών.

Μια περιοχή ανταμοιβής που δεν έδειξε συνεπή σχέση με τη συμπεριφορά στο παράδειγμά μας ήταν το MPFC. Η συνδεσιμότητα με MPFC ήταν προγνωστικήμνήμηευαισθησία στην ανταμοιβή στο omnibus ANOVA σε όλη την ανάπαυση και την εργασία, αλλά η σχέση με τη συμπεριφορά δεν επαναλήφθηκε σε άλλες αναλύσεις. Αν και οι περιοχές προμετωπιαίας ανταμοιβής όπως το OFC και το MPFC είναι χωρικά εγγύς και συχνά εξετάζονται μαζί, τα αποτελέσματα της PCA δείχνουν ότι μπορεί να συμμετέχουν σε μερικώς διακριτά δίκτυα. Ένας πιο πειστικός χαρακτηρισμός του ρόλου του MPFC στην παρακινούμενη κωδικοποίηση καιμνήμη, γενικά, αναμένει μελλοντικές μελέτες.

Εκτός από την εμπλοκή ενός ευρύτερου συνόλου περιοχών ανταμοιβής στην κωδικοποίηση με κίνητρα από ό,τι θεωρήθηκε προηγουμένως, μια δεύτερη βασική συμβολή της μελέτης μας είναι νέα στοιχεία για την υπόθεση των δακτυλικών αποτυπωμάτων συνδεσιμότητας (Finn et al., 2015; Gratton et al., 2018). Μετρώντας τα πρότυπα συνδεσιμότητας πριν, κατά τη διάρκεια και μετά την κωδικοποίηση με κίνητρο, διαπιστώσαμε ότι οι ατομικές διαφορές στη διαμόρφωση ανταμοιβήςμνήμηπροβλέφθηκαν από τη συνδεσιμότητα μεταξύμνήμηκαι τις περιοχές ανταμοιβής, ανεξάρτητα από το πότε μετρήθηκε η συνδεσιμότητα. Αν και η συνδεσιμότητα μετά την κωδικοποίηση ήταν λιγότερο σταθερά συνδεδεμένη με τη συμπεριφορά, δεν βρήκαμε αξιόπιστες διαφορές στην προβλεψιμότητα της συμπεριφοράς μεταξύ των σταδίων της εργασίας. Αυτά τα αποτελέσματα συνάδουν με τα πρόσφατα ευρήματα σταθερών προτύπων συνδεσιμότητας και τη σχέση τους με τις ατομικές διαφορές στη γνώση (Finn et al., 2015; Gratton et al., 2018; Poole et al., 2016; Touroutoglou, Andreano, Barrett, & Dickerson, 2015· Wang et al., 2010), επεκτείνοντάς τα πρόσφατα στην περιοχή της κωδικοποίησης παρακίνησης.

Η εστίασή μας στις σταθερές, ατομικές διαφορές στη συνδεσιμότητα συμπληρώνουν άλλες προσεγγίσεις για τη σύνδεση της συνδεσιμότητας με τη συμπεριφορά, μεταξύ των οποίωνμνήμη. Η λειτουργική συνδεσιμότητα σε κατάσταση ηρεμίας μπορεί να αλλάξει σε σύντομη χρονική κλίμακα ως απόκριση σε μια εργασία (Tambini et al., 2010· Urner, Schwarzkopf, Friston, & Rees, 2013), με αλλαγές συνδεσιμότητας που σχετίζονται με τη μάθηση που σχετίζονται μεμνήμηαπόδοση (Gruber et al., 2016; Murty et al., 2017; Tambini et al., 2010; Urner et al., 2013). Κατά την εκτέλεση της εργασίας, η σύζευξη μεταξύ περιοχών μπορεί να αλλάξει ακόμη πιο γρήγορα, διαφοροποιώντας μεταξύ τουςμνήμησυνθήκες εργασίας με τη σειρά των λεπτών ή ακόμα και από μεμονωμένη δοκιμή σε μεμονωμένη δοκιμή (Kafkas & Montaldi, 2015; Rissman, Gazzaley, & D'Esposito, 2004; Zeithamova et al., 2012; Zeithamova et al., 2016). Για παράδειγμα, οι Kafkas and Montaldi (2015) έδειξαν ότι η συνδεσιμότητα ιππόκαμπου-VS ήταν μεγαλύτερη κατά την κωδικοποίηση απροσδόκητων έναντι αναμενόμενων ερεθισμάτων. Έτσι, τόσο η σταθερή όσο και η μεταβλητή πτυχή της συνδεσιμότητας παρέχουν πληροφορίες σχετικές με τη γνώση.

Ποιες πτυχές της συνδεσιμότητας (σταθερή ή επαγόμενη από εργασίες) είναι πιο έντονες ή πιο σχετικές με τη συμπεριφορά είναι μια ανοιχτή ερώτηση (Gratton et al., 2018), αλλά μπορεί να εξαρτάται από την εργασία και τη συγκεκριμένη περιοχή. Για παράδειγμα, οι Gruber et al. (2016) βρήκε διαμόρφωση ανταμοιβής τουμνήμησχετίζεται με αλλαγές συνδεσιμότητας που προκαλούνται από εργασίες, ενώ διαπιστώσαμε ότι τα σταθερά πρότυπα συνδεσιμότητας προέβλεπαν τη συμπεριφορά. Όσον αφορά τις διαφορές εργασιών, οι Gruber et al. (2016) η μελέτη εξέτασε τυχαία κωδικοποιημένες συσχετίσεις σκηνής-αντικειμένου, με τέσσερις πιθανές σκηνές να επαναλαμβάνονται πολλές φορές σε όλη την κωδικοποίηση. Δύο σκηνές ήταν πάντα χαμηλής αξίας και δύο υψηλής αξίας. Η απόδοση σε ένα τεστ αναγκαστικής επιλογής που ρωτά ποια από τις τέσσερις σκηνές είχε προηγουμένως συσχετιστεί με ένα δεδομένο αντικείμενο (με "αβέβαιο ή νέο" ως πέμπτη επιλογή) θα μπορούσε επομένως να βασίζεται εν μέρει στην απομνημόνευση της τιμής του αντικειμένου, κάτι που είναι εύλογο δεδομένου αυτού του αντικειμένου-σκηνήςμνήμηήταν σχετικά κοντά στην τύχη. Αντίθετα, η παρούσα μελέτη απαιτούσε σκόπιμη κωδικοποίηση ζευγών δοκιμαστικών-μοναδικών αντικειμένων, με τη δοκιμαστική τιμή να μην σχετίζεται με τα υπομνήματα. Όσον αφορά τις περιφερειακές διαφορές, οι Gruber et al. (2016) βρήκε αλλαγές στη συνδεσιμότητα του μεσαίου εγκεφάλου που παρακολουθούσαν τη συμπεριφορά, η οποία αναπαρήχθη εν μέρει στα δεδομένα μας. Αντίθετα, βρήκαμε σταθερά πρότυπα συνδεσιμότητας άλλων περιοχών που σχετίζονται με ανταμοιβές μεμνήμηπεριφέρειες που σχετίζονται με τη συμπεριφορά. Αν και είναι εικασιακές αυτή τη στιγμή, αυτές οι κοινότητες και οι διαφορές μεταξύ των ευρημάτων ανοίγουν μια νέα οδό για έρευνα σχετικά με τους παράγοντες που καθορίζουν πόσο σταθερές έναντι δυναμικές πτυχές της συνδεσιμότητας μπορεί να σχετίζονται με διαφορετικές πτυχές της γνώσης.

Συμπληρωματικά με τα κύρια ερωτήματά μας που μας ενδιαφέρουν, πραγματοποιήσαμε περαιτέρω μια διερευνητική ανάλυση των πιθανών λειτουργικών διαφορών μεταξύ του πρόσθιου και του οπίσθιου ιππόκαμπου. Ενώ οι πρόσθιες/οπίσθιες διαφορές έχουν τεκμηριωθεί προηγουμένως σε διάφορα παραδείγματα μνήμης (Bowman & Zeithamova, 2018; Brunec et al., 2018; McKenzie et al., 2014; Poppenk et al., 2013), τα στοιχεία εντός του τομέα της κωδικοποίησης με κίνητρο είναι αραιή και ποικίλη. Για παράδειγμα, οι Murty et al. (2017) ανέφερε μια ισχυρότερη σχέση μεταξύ της συνδεσιμότητας του πρόσθιου ιππόκαμπου και της συμπεριφοράς, ενώ οι Wolosin et al. (2013) βρήκε μια επίδραση διαμόρφωσης ανταμοιβής στον οπίσθιο ιππόκαμπο. Βρήκαμε εμπρός/πίσω διαφορές σε σχέση με τη συνδεσιμότητα με διακριτές περιοχές ανταμοιβής, ωστόσο, η σχέση μεμνήμηΗ ευαισθησία στην ανταμοιβή ήταν συγκρίσιμη για τον πρόσθιο και τον οπίσθιο ιππόκαμπο. Αυτές οι μελέτες υποδεικνύουν ότι η διαμόρφωση ανταμοιβής της μνήμης μπορεί να μην είναι έντονα διαχωρισμένη κατά μήκος του πρόσθιου/οπίσθιου άξονα.

Συνοψίζοντας, η τρέχουσα μελέτη διευρύνει σημαντικά την κατανόησή μας για τις παρακινητικές επιρροέςμνήμη, αποδεικνύοντας πρόσφατα τον ρόλο των σταθερών, ατομικών διαφορών στη συνδεσιμότητα στην πρόβλεψη του τρόπου με τον οποίο έχει ένα άτομομνήμηεπηρεάζεται από την ανταμοιβή. Τα αποτελέσματα καταδεικνύουν επίσης έναν ρόλο για αρκετές περιοχές που σχετίζονται με ανταμοιβή στην κωδικοποίηση με κίνητρα που δεν έχουν ληφθεί προηγουμένως, υπογραμμίζοντας τη σημασία τόσο των θεωρητικών όσο και των εμπειρικών προσεγγίσεων για την κατανόηση των σχέσεων εγκεφάλου-συμπεριφοράς. Ευρύτερα, η εργασία πληροφορεί τις τρέχουσες θεωρίες σχετικά με τη λειτουργική διαφοροποίηση εντός του δικτύου επεξεργασίας ανταμοιβής και φέρνει νέα στοιχεία για την καρποφορία της χρήσης των προτύπων συνδεσιμότητας των ατόμων στη μελέτη της γνώσης (Finn et al., 2015; Gratton et al., 2018).

Ευχαριστίες

Αυτή η εργασία υποστηρίχθηκε από ένα Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών CAREER Award BCS 1056019 (ARP), NIH-NIMH R01 MH100121 (ARP) και NIH-NIMH National Research Service Award F32 MH094085 (DZ). Οι δημιουργοί ανακοίνωσαν μη ανταγωνιζόμενα οικονομικά συμφέροντα.