Frontal population organization supports the behavioral expression of confidence
Deze studie toont aan dat bij ratten de gedragsmatige expressie van robuuste vertrouwenrepresentaties in de orbitofrontale cortex niet afhangt van de sterkte van individuele neuronale activiteit, maar van de specifieke temporele en geometrische organisatie van de neuronale populatie, die bepaalt of deze interne toestanden kunnen worden gealloceerd en vertaald naar actie.
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
Binnen het brein bestaan gedachten vaak als stille, interne signalen die niet altijd vertaald worden naar actie. Een persoon kan zich absoluut zeker voelen over een keuze, maar toch aarzelen voordat hij handelt, of zich onzeker voelen en toch haastig vooruitgaan. Decennialang wisten wetenschappers dat specifieke hersencellen gevoelens van vertrouwen coderen, waarbij ze meer of minder vuren afhankelijk van hoe zeker een dier is over een beslissing. Echter, een fundamenteel mysterie bleef bestaan: garandeert het feit dat een hersencel een signaal van vertrouwen draagt, dat het dier er ook daadwerkelijk naar zal handelen? De vraag gaat niet enkel over de vraag of het brein het antwoord weet, maar hoe die kennis een fysiek gedrag wordt. Dit onderzoek verkent de kloof tussen het hebben van een gedachte en het uiten ervan, en onderzoekt waarom een sterk intern gevoel er soms niet in slaagt om de acties van een rat te sturen.
Om dit puzzelstuk op te lossen, ontwierpen onderzoekers van RIKEN en de Doshisha Universiteit een taak voor ratten die het moment van beslissing scheidde van het moment van beloning. De dieren werden getraind om aan een mengsel van twee geuren te snuffelen en een poort aan de linker- of rechterkant te kiezen om water te vinden. De moeilijkheidsgraad van het geurenmengsel varieerde, waardoor sommige keuzes gemakkelijk waren en andere moeilijk. Na het maken van een keuze moesten de ratten wachten op een beloning die misschien wel of misschien niet zou komen. In één versie van het experiment kwam de beloning op een volledig onvoorspelbaar tijdstip, waardoor de ratten moesten vertrouwen op hun eigen oordeel over hoe waarschijnlijk het was dat ze het goed hadden. Als ze zich zelfverzekerd voelden, wachtten ze langer; als ze onzeker waren, vertrokken ze eerder. In dit scenario was de tijd die de rat koos om te wachten een directe maatstaf voor zijn vertrouwen.
De onderzoekers introduceerden vervolgens een tweede versie van de taak waarbij de timing van de beloning vaststond en voorspelbaar was. Het water kwam altijd exact een halve seconde na de keuze. In deze conditie bleven de perceptuele beslissingen van de ratten scherp; ze kozen nog steeds met dezelfde nauwkeurigheid als voorheen de juiste poort. Hun wachtgedrag veranderde echter drastisch. Ze wachtten niet langer langer wanneer ze zelfverzekerd waren. In plaats daarvan wachtten ze een vergelijkbare tijd, ongeacht of ze zich zeker voelden of onzeker. Het interne gevoel van vertrouwen was er nog steeds, maar het was zijn kracht verloren om het gedrag van het dier te vormen. Dit creëerde een perfecte gelegenheid om de vraag te stellen: stopte het brein met het voelen van vertrouwen, of stopte het simpelweg met het gebruiken van dat gevoel om het wachten te sturen?
Om dit uit te zoeken, registreerden het team de activiteit van honderden neuronen in de orbitofrontale cortex, een hersengebied dat bekend staat om het verwerken van waarde en vertrouwen. Ze ontdekten dat de neuronen zelf niet waren veranderd. Zelfs toen de ratten stopten met het gebruiken van hun vertrouwen om te bepalen hoe lang ze moesten wachten, bleven de individuele hersencellen patronen vertonen die duidelijk hoog of laag vertrouwen signaleerden. De interne representatie van het gevoel was robuust en intact. Het probleem was niet dat het brein vergeten was hoe het vertrouwen moest voelen; het probleem was dat het brein gestopt was met het organiseren van die gevoelens op een manier die gemakkelijk door de rest van het lichaam gelezen kon worden.
De onderzoekers ontdekten dat het cruciale verschil lag in de manier waarop de populatie neuronen samenwerkte. Wanneer de ratten in de onvoorspelbare conditie waren en hun vertrouwen het wachten stuurde, vuurden de neuronen in een zeer georganiseerd, stabiel patroon over de tijd. Deze organisatie stelde het brein in staat om een helder, lineair signaal van vertrouwen te behouden dat op elk gewenst moment tijdens het wachten kon worden geraadpleegd. Het was alsof de neuronen een consistente taal spraken die de rest van het brein kon begrijpen en waar het naar kon handelen. In de voorspelbare conditie, waarin vertrouwen het gedrag niet langer stuurde, viel deze organisatie uiteen. De neuronen vuurden nog steeds, maar hun collectieve patroon werd ongeordend en minder stabiel. Het signaal was niet langer gerangschikt op een manier die een vloeiende, lineaire uitlezing mogelijk maakte. De informatie was aanwezig, maar het was begraven in een chaotische structuur die de downstream-delen van het brein niet gemakkelijk konden bereiken.
Om te bewijzen dat deze organisatie de ontbrekende schakel was, gebruikten de wetenschappers licht om specifiek de verbindingen tussen de orbitofrontale cortex en het striatum, een dieper hersenstructuur betrokken bij beweging en gewoonte, tijdelijk te verstoren. Wanneer zij deze specifieke paden remden of activeerden tijdens de wachttijd, konden zij de link tussen vertrouwen en wachttijd verbreken. Zelfs in de onvoorspelbare conditie waarin de ratten gewoonlijk wachtten op basis van vertrouwen, zorgde het verstoren van deze verbindingen ervoor dat de ratten stopten met het aanpassen van hun wachttijden op basis van hun zekerheid. Dit bevestigde dat de orbitofrontale cortex het gevoel van vertrouwen niet alleen vasthoudt; het moet dat gevoel ook organiseren in een specifiek patroon om het stroomafwaarts door te geven.
De studie onthult dat het hebben van een sterke interne representatie niet voldoende is om gedrag aan te drijven. Het brein moet zijn signalen ook ordenen in een specifieke, georganiseerde geometrie die ze toegankelijk maakt voor de rest van het systeem. Wanneer de populatie neuronen van het brein goed georganiseerd is, kunnen interne gedachten zoals vertrouwen vrijelijk overvloeien in actie. Wanneer die organisatie wordt verstoord, blijft zelfs een heldere en sterke gedachte gevangen binnenin, onbekwaam om invloed uit te oefenen op wat het dier vervolgens doet. Dit suggereert dat de flexibiliteit van gedrag minder afhangt van hoe sterk we iets voelen en meer van hoe het brein die gevoelens ordent om gelezen en opgevolgd te kunnen worden.
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.