The neurobiology of learning from rewards and mistakes

从奖励和错误中学习的神经生物学

基本信息

  • 批准号:
    RGPIN-2015-04778
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 2.91万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    加拿大
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
  • 财政年份:
    2018
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2018-01-01 至 2019-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The overall goal of my research is to understand how the brain makes choices. Humans and animals have a tremendous capacity to adapt choices based on experience, but neural choice mechanisms can sometimes produce irrational outcomes, particularly under heightened affective states such as arousal or stress. The long-term vision of my research program is to develop a comprehensive theory of neurobiological choice mechanisms that can account for both experience-based adaptation of choice and its modulation by affective states. Many current theories posit that the brain has at least two distinct systems that can control choice: a `goal' system that uses reward outcomes to adapt choices quickly; and a `habit' system that adapts choices slowly. My recent NSERC-funded work led to an unexpected breakthrough discovery that the habit system can drive rapid adaptation of choice following choice errors, which contradicts most prevailing theories and indicates that major revisions are needed. The short-term objectives of my research program over the next 5 years are to capitalize on this discovery and other recent findings to discover how the neuromodulator dopamine influences choice adaptation by influencing the dynamical interaction between goal and habit systems. Specifically, my short-term objectives are to discover how brief bursts and pauses of dopamine neurons affect (1) behavioural choice after errors, (2) functional signaling between neural structures involved in habit and goal systems, and (3) the stability and error information in ensemble spiking neural activity in the habit system. This is essential new information needed for understanding the neural mechanisms of trial-and-error choice adaptation, and for discovering how choices are influenced by dopamine-related affective states, such as stress and arousal. This research is also a key step for my future objectives of elucidating reciprocal interactions between choice adaptation, neural signaling, genetic/epigenetic regulation, and dysregulated affective states. I will leverage my state-of-the-art laboratory for integrated in vivo electrophysiological, pharmacological, and optogenetic techniques in rodents to undertake an extensive quantitative investigation of the mechanisms by which dopamine modulation rapidly affects ongoing neural dynamics to influence choice. My multidisciplinary research program and cell-to-systems research approach provides exceptional training for HQP, and is poised for transformative advances in our theory of decision-making at both molecular and systems levels, which has potential impact on a range of societal and economic needs stemming from impaired learning and poor choices. Moreover, the advanced analytical tools developed in this research will accelerate emerging technology, such as my ongoing commercialization of functional brain state detection in humans.
我研究的总体目标是了解大脑如何做出选择。人类和动物有巨大的能力根据经验调整选择,但神经选择机制有时会产生非理性的结果,特别是在唤醒或压力等高度情感状态下。我的研究计划的长期愿景是发展一个全面的神经生物学选择机制的理论,可以解释基于经验的选择适应和情感状态的调制。目前的许多理论认为,大脑至少有两个不同的系统可以控制选择:一个是“目标”系统,它使用奖励结果来快速适应选择;另一个是“习惯”系统,它缓慢地适应选择。我最近的NSERC资助的工作导致了一个意想不到的突破性发现,即习惯系统可以在选择错误后驱动选择的快速适应,这与大多数流行的理论相矛盾,并表明需要进行重大修改。我未来5年研究计划的短期目标是利用这一发现和其他最新发现,发现神经调节剂多巴胺如何通过影响目标和习惯系统之间的动态相互作用来影响选择适应。具体来说,我的短期目标是发现多巴胺神经元的短暂爆发和停顿如何影响(1)错误后的行为选择,(2)习惯和目标系统中涉及的神经结构之间的功能信号,以及(3)习惯系统中整体尖峰神经活动的稳定性和错误信息。这是理解试错选择适应的神经机制所需的重要新信息,也是发现选择如何受到多巴胺相关情感状态(如压力和唤醒)影响所需的重要新信息。这项研究也是我未来的目标,阐明选择适应,神经信号,遗传/表观遗传调节和失调的情感状态之间的相互作用的关键一步。我将利用我的国家的最先进的实验室在啮齿动物体内的电生理,药理学和光遗传学技术的综合进行广泛的定量研究多巴胺调制迅速影响正在进行的神经动力学影响选择的机制。我的多学科研究计划和细胞到系统的研究方法为HQP提供了特殊的培训,并准备在分子和系统水平上为我们的决策理论带来变革性的进步,这对一系列社会和经济需求产生了潜在的影响。此外,在这项研究中开发的先进分析工具将加速新兴技术的发展,例如我正在进行的人类功能性大脑状态检测的商业化。

项目成果

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