Single neurons in the human substantia nigra encode social learning signals
Deze studie toont aan dat enkelvoudige dopaminerge neuronen in de menselijke substantia nigra signalen van sociaal leren coderen, specifiek door de valentie van normvoorspellingsfouten te volgen met een grotere activiteit tijdens interacties met mensen vergeleken met computers.
Oorspronkelijk artikel gelicentieerd onder CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dit is een AI-gegenereerde uitleg van een preprint die niet peer-reviewed is. Dit is geen medisch advies. Neem geen gezondheidsbeslissingen op basis van deze inhoud. Lees de volledige disclaimer
Mensen zijn geprogrammeerd om door een complex web van ongeschreven regels te navigeren. We weten dat er in een groep bepaalde verwachtingen zijn over gedrag, en wanneer iemand aan die verwachtingen niet voldoet, voelen we dat. Dit vermogen om aan te voelen wanneer een sociaal aanbod onrechtvaardig is of wanneer een norm is geschonden, is een hoeksteen van hoe we met elkaar omgaan. Decennialang hebben wetenschappers begrepen dat het brein een systeem van voorspelling en foutcorrectie gebruikt om deze regels te leren. Wanneer we een bepaalde uitkomst verwachten en iets anders krijgen, registreert ons brein een "voorspellingsfout", een signaal dat ons helpt ons begrip van de wereld bij te werken. Hoewel we weten dat dit in het brein gebeurt, hebben we grotendeels gegokt over de specifieke mechanismen die hierbij betrokken zijn, waarbij we vertrouwden op wazige beelden van hersenactiviteit of studies bij dieren. De vraag hoe een enkele menselijke neuron reageert op een sociale belediging, bleef buiten bereik, verborgen diep in de kern van het brein.
Een team van onderzoekers heeft nu direct naar dit mechanisme gekeken door de activiteit van individuele neuronen te registreren in de hersenen van mensen die een hersenoperatie ondergaan. Ze richtten zich op een kleine, diepe structie genaamd de substantia nigra, een gebied dat bekend staat om zijn rol in beweging en beloning. Door naar de elektrische signalen van individuele cellen te luisteren terwijl patiënten een spel speelden over eerlijkheid, ontdekten de wetenschappers dat deze neuronen meer doen dan alleen geld of beweging bijhouden; ze houden specifiek de beleving bij van het eerlijk of oneerlijk behandeld worden door andere mensen. De studie suggereert dat het beloningssysteem van het brein diep verweven is met ons sociale leven; het licht op wanneer we een beter aanbod krijgen dan verwacht van een mens, maar blijft stil wanneer hetzelfde aanbod komt van een computer.
Het experiment vond plaats in een operatiekamer van de Icahn School of Medicine aan Mount Sinai. De deelnemers waren patiënten met de ziekte van Parkinson die een operatie ondergingen om een apparaat te implanteren dat hun symptomen helpt beheersen. Voordat de artsen het definitieve apparaat implanteerden, pauzeerden ze om een unieke onderzoeksopdracht uit te voeren. De patiënten, die wakker en alert waren, speelden een versie van het Ultimatum Game. In dit spel stelt een partner voor hoe een som van twintig dollar verdeeld wordt. De speler kan het aanbod accepteren, in welk geval beide partijen het geld krijgen, of het afwijzen, in welk geval niemand iets krijgt. De aanbiedingen varieerden van één tot negen dollar, en de partners waren ofwel andere mensen, vertegenwoordigd door avatars, of een computerprogramma.
Terwijl de patiënten hun keuzes maakten, registreerden de onderzoekers de elektrische activiteit van individuele neuronen in de substantia nigra. Ze registreerden ook de activiteit in een naburig gebied genaamd de globus pallidus om te zien of het effect specifiek was voor de substantia nigra of een algemene reactie was in het hele brein. Om te begrijpen wat de patiënten dachten, gebruikten de onderzoekers een computermodel om de "norm-voorspellingsfout" bij elke beurt te schatten. Dit is een maatstaf voor hoeveel het aanbod afweek van wat de speler als eerlijk verwachtte. Als een speler een aanbod van vijf dollar verwachtte en zeven kreeg, is dat een positieve fout. Als ze er twee kregen, is dat een negatieve fout. Het model volgde ook of de speler tegen een mens of een computer speelde.
De resultaten toonden een duidelijk en specifiek patroon. Wanneer de patiënten tegen menselijke avatars speelden, lichtten de neuronen in de substantia nigra op als reactie op de eerlijkheid van het aanbod. Specifiek vuurden deze cellen sneller wanneer het aanbod beter was dan verwacht en minder wanneer het slechter was. Dit signaal ging over het gevoel van het aanbod als eerlijk of oneerlijk, en niet alleen over de hoeveelheid geld. Cruciaal was dat deze reactie veel sterker was wanneer de partner een mens was. Wanneer dezelfde spelers te maken kregen met een computer die exact dezelfde aanbiedingen deed, vertoonden de neuronen niet deze zelfde gevoeligheid voor eerlijkheid. De cellen leken diep geïnteresseerd in de sociale context, waarbij ze onderscheid maakten tussen een menselijk oordeel en een machinale berekening.
In contrast hiermee vertoonden de neuronen in de globus pallidus, de naburige hersenregio, dit patroon helemaal niet. Ze volgden noch de eerlijkheid van het aanbod, noch reageerden ze anders op menselijke versus computerpartners. Deze bevinding suggereert dat het vermogen om sociale leersignalen te coderen een specifieke taak is van de substantia nigra, en niet een algemene functie van het gehele gebied. Bovendien controleerden de onderzoekers of deze neuronen simpelweg reageerden op de stemming van de patiënt. Ze ontdekten dat hoewel de patiënten zich slechter voelden na het afwijzen van een oneerlijk aanbod, de neuronen zelf deze stemmingsveranderingen niet volgden. De cellen waren strikt gefocust op de sociale voorspellingsfout, het gat tussen wat verwacht werd en wat werd ontvangen.
De studie onthulde ook dat de patiënten verschillende verwachtingen hadden, afhankelijk van met wie ze speelden. Hoewel ze oneerlijke aanbiedingen in beide scenario's afwezen, toonde het computermodel aan dat ze hogere aanbiedingen verwachtten van mensen dan van computers. Ze hanteerden een hogere standaard van eerlijkheid voor mensen. De neuronen in de substantia nigra volgden deze specifieke sociale nuance, door te vuren op een manier die de interne beleving van de speler reflecteerde over wat eerlijk was voor een menselijke partner versus een machine. Dit werk biedt een zeldzame, directe blik op hoe het menselijk brein sociale regels verwerkt op het meest fundamentele niveau, en laat zien dat de cellen die verantwoordelijk zijn voor het leren van beloningen ook de cellen zijn die ons helpen navigeren door de complexe wereld van menselijke interactie.
Verdrinkt u in papers in uw vakgebied?
Ontvang dagelijkse digests van de nieuwste papers die bij uw onderzoekswoorden passen — met technische samenvattingen, in uw taal.