The Dorsomedial Prefrontal Cortex Uses Reward Predictions to Regulate How Rewards Are Pursued
Diese Studie identifiziert den dorsomedialen präfrontalen Kortex (dmPFC) als einen entscheidenden neuronalen Substrat für die Top-down-, erwartungsabhängige Kontrolle, welche reguliert, wie belohnungsvorhersagende Reize die Vitalität instrumentellen Verhaltens beeinflussen, indem sie spezifisch die Verfolgung einschränkt, wenn Belohnungen unmittelbar bevorstehen, und eine Belebung ermöglicht, wenn Belohnungen ungewiss sind.
Originalarbeit lizenziert unter CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dies ist eine KI-generierte Erklärung eines Preprints, das nicht peer-reviewed wurde. Dies ist kein medizinischer Rat. Treffen Sie keine Gesundheitsentscheidungen auf Grundlage dieses Inhalts. Vollständigen Haftungsausschluss lesen
Tiere reagieren nicht einfach nur auf die Welt; sie passen ihr Handeln ständig an das an, was sie als Nächstes erwarten. Wenn ein hungriges Tier ein Geräusch hört, das normalerweise bedeutet, dass Futter kommt, rennt es nicht einfach blindlings auf das Geräusch zu. Stattdessen ändert es sein Verhalten je nachdem, wie wahrscheinlich es ist, dass das Futter eintrifft, und wie sehr es es begehrt. Wenn das Geräusch darauf hindeutet, dass Futter knapp oder weit entfernt ist, arbeitet das Tier vielleicht härter, um es zu finden, indem es Hebel drückt oder die Umgebung durchsucht. Aber wenn das Geräusch Futter verspricht, das gleich direkt vor ihnen erscheinen wird, hört das Tier oft auf zu arbeiten und wartet einfach ab, wobei es seine Aufmerksamkeit auf die Stelle verlagert, an der das Futter landen wird. Dieser Wechsel vom aktiven Suchen zum geduldigen Warten ist eine ausgeklügelte Form der Selbstkontrolle. Es erfordert, dass das Gehirn ein Signal erkennt, ein zukünftiges Ereignis vorhersagt und dann aktiv den Drang unterdrückt, weiterzuarbeiten, zugunsten einer effizienteren Strategie. Das Verständnis darüber, wie das Gehirn dieses empfindliche Gleichgewicht verwaltet, ist entscheidend, denn wenn dieses Kontrollsystem versagt, kann dies zu impulsiven Verhaltensweisen führen, bei denen ein Tier – oder ein Mensch – nicht aufhören kann, nach Belohnungen zu suchen, selbst wenn dies keinen Sinn ergibt.
Forscher setzten sich kürzlich zum Ziel herauszufinden, welcher Teil des Gehirns als Schalter für diese Art von flexibler Kontrolle fungiert. Sie konzentrierten sich auf eine Region namens dorsomedialer präfrontaler Kortex, einen Bereich an der Vorderseite des Gehirns, der dafür bekannt ist, Tieren dabei zu helfen, Entscheidungen zu treffen und Konflikte zwischen verschiedenen Impulsen zu lösen. Die Wissenschaftler wollten wissen, ob genau diese Region dafür verantwortlich ist, dem Tier zu signalisieren, das Drücken eines Hebels zu stoppen, wenn ein Signal unmittelbar bevorstehende Nahrung ankündigt. Um dies herauszufinden, arbeiteten sie mit Ratten und trainierten diese darin, einen Hebel zu drücken, um eine Futterpellet zu erhalten. Sie brachten den Ratten auch bei, zwei verschiedene Geräusche mit Futter zu assoziieren: Ein Geräusch bedeutete, dass Futter zu 100 Prozent eintreffen würde, während das andere bedeutete, dass Futter nur zu 30 Prozent eintreffen würde. Wenn die Ratten das Geräusch hörten, das Futter fast jedes Mal versprach, hörten sie natürlich auf, den Hebel zu drücken, und verbrachten stattdessen ihre Zeit damit, am Futterschalen zu warten. Wenn sie das Geräusch hörten, das Futter nur manchmal versprach, drückten sie weiter den Hebel, in der Hoffnung, durch ihre eigene Anstrengung eine Belohnung zu verdienen.
Das Team testete dann, ob dieses Verhalten eine einfache Reaktion oder eine kalkulierte Entscheidung basierend auf dem Wert des Futters war. In einem Experiment ließen sie das Futter, das die Ratten vom „100-Prozent-Geräusch“ erwarteten, unschmackhaft werden, indem sie es mit einem leichten Magenbauchrykus koppelten. Sobald die Ratten lernten, dass dieses spezifische Futter nicht mehr begehrenswert war, geschah etwas Bemerkenswertes. Als sie das Geräusch hörten, das früher dieses Futter versprochen hatte, warteten sie nicht einfach nur; sie begannen wieder heftig, den Hebel zu drücken. Dies zeigte, dass die Ratten nicht einfach nur aufhörten, weil sie satt oder uninteressiert waren. Stattdessen hatten sie ihren Drang, den Hebel zu drücken, aktiv unterdrückt, weil sie wussten, dass eine hochwertige Belohnung kommen würde. Als der Wert dieser Belohnung sank, wurde die Unterdrückung aufgehoben und der verborgene Drang, für Futter zu arbeiten, wurde freigesetzt. Dies bewies, dass das Gehirn eine Echtzeit-Bewertung des Belohnungswerts vornahm, um zu entscheiden, ob es weiterarbeiten oder warten sollte.
Um zu sehen, wie das Gehirn diese Entscheidung handhabt, beobachteten die Forscher die Aktivität der Neuronen im dorsomedialen präfrontalen Kortex, während die Ratten die Aufgabe ausführten. Sie fanden heraus, dass die Neuronen in dieser Hirnregion aufleuchteten, wenn ein Geräusch eine hohe Chance auf Futter signalisierte. Diese Aktivität war am stärksten, wenn die Ratten das Geräusch hörten, das Futter jedes Mal versprach. Darüber hinaus bemerkten die Forscher, dass in den seltenen Fällen, in denen eine Ratte dieses hochwahrscheinliche Geräusch hörte und dennoch den Hebel drückte, die Gehirnaktivität sogar noch höher war. Dies deutet darauf darauf hin, dass die Gehirnregion härter arbeitete, um die Ratte am Drücken zu hindern, und dass es, wenn die Ratte trotzdem drückte, bedeutete, dass der Impuls zu handeln sehr stark war. Die Gehirnaktivität sank auch genau in dem Moment, als das Futter hätte eintreffen sollen, falls es dies nicht tat, was wie ein Signal wirkte, dass die erwartete Belohnung fehlte.
Schließlich testete das Team, ob diese Gehirnregion tatsächlich für diese Art von Kontrolle notwendig ist. Sie nutzten eine Technik, um die Aktivität der Neuronen im dorsomedialen präfrontalen Kortex vorübergehend zu beruhigen. Als sie dies taten, verloren die Ratten die Fähigkeit, ihr Verhalten basierend auf den Geräuschen anzupassen. Selbst wenn sie das Geräusch hörten, das Futter jedes Mal versprach, drückten sie den Hebel genauso häufig wie beim Geräusch, das Futter nur manchmal versprach. Sie konnten die Vorhersage einer unmittelbar bevorstehenden Belohnung nicht mehr nutzen, um sich selbst beim Arbeiten zu stoppen. Interessanterweise bewegten sich die Ratten immer noch zur Futterschale, wenn sie die Geräusche hörten, was zeigt, dass sie immer noch in der Lage waren, die Signale zu erkennen und das Ziel anzusteuern, aber sie hatten die spezifische Fähigkeit verloren, die Hebel-Drück-Aktion zu stoppen.
Diese Ergebnisse legen nahe, dass der dorsomediale präfrontale Kortex als Regulator fungiert, der Vorhersagen über die Zukunft nutzt, um zu entscheiden, wie intensiv ein Tier eine Belohnung verfolgen sollte. Er schaltet die Motivation nicht einfach nur an oder aus; er verfeinert das Verhalten, indem er dem Tier sagt, wann es weiterarbeiten und wann es anhalten und warten soll. Wenn diese Region nicht richtig funktioniert, kann das Tier seine Handlungen nicht an den wechselnden Wert der Belohnung anpassen, was zu einem starren und oft ineffizienten Streben nach Zielen führt. Dieser Mechanismus hilft zu erklären, wie das Gehirn den Drang, Belohnungen zu suchen, mit der Notwendigkeit, effizient zu handeln, in Einklang bringt, und er weist auf einen spezifischen neuronalen Pfad hin, der, wenn er gestört ist, zu impulsivem Verhalten in komplexeren Situationen beitragen könnte.
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