Die neuen Erkenntnisse eröffnen neue Perspektiven in Lernmethoden.
Ein Team von EPFL und UNIGE zeigt, wie Motivation neuronale Wahrnehmungsschaltkreise beeinflusst und die Entscheidungsfindung beeinflusst.
Ob wir gute oder schlechte Laune haben, konzentriert oder abgelenkt, gestresst oder nicht, unsere inneren Gemütszustände beeinflussen direkt unsere Wahrnehmungen und Entscheidungen. Dank der Forschung der Psychologen Robert Yerkes und John Dillingham Dodson ist der Einfluss der Motivation auf die verhaltensbezogene Aufgabenerfüllung seit mehr als einem Jahrhundert bekannt. Die genauen Auswirkungen der Motivation auf das Gehirn sind jedoch noch unbekannt.
Forscher der Universität Genf (UNIGE) und die EPFL haben gezeigt, wie Motivation Hirnschaltkreise bei Mäusen verändert, die die Sinneswahrnehmung steuern, bevor sie Entscheidungen treffen. Die Forschung erklärt, warum zu viel oder zu wenig Motivation unsere Wahrnehmung und damit unsere Entscheidungen beeinflussen kann. Diese Ergebnisse, die in der Zeitschrift veröffentlicht wurden Neurongeben neue Einblicke in Lernstrategien.
Viele unserer Entscheidungen, wie die Wahl eines Restaurants für das Mittagessen oder das frühe Aufstehen, um zur Arbeit zu gehen, werden von Anforderungen wie dem Geldverdienen oder dem Stillen unseres Hungers bestimmt. Aber Entscheidungen zu treffen ist ein komplexer Prozess, der auch von externen Faktoren wie der Umgebung oder anderen Menschen, aber auch von internen Variablen wie unserer Stimmung, Aufmerksamkeit oder Motivation beeinflusst werden kann.
Das Profil dieses Hügels, den die Maus erklimmt, um ihren Durst zu stillen, spiegelt die Kurve des Yerkes-Dodson-Gesetzes wider, das den Zusammenhang zwischen Verhaltensleistung und Motivation beschreibt. Die Maus erledigt diese Aufgabe mit ihren Schnurrhaaren, die für die Erkundung der Nagetierwelt unerlässlich sind. Bildnachweis: Dall-e
Das Labor von Sami El-Boustani, Assistenzprofessor in der Abteilung für grundlegende Neurowissenschaften an der Medizinischen Fakultät der UNIGE und Empfänger eines Eccellenza-Stipendiums (SNF), untersucht die neuronalen Schaltkreise, die an der Entscheidungsfindung beteiligt sind. In einer kürzlich in Zusammenarbeit mit dem Team von Professor Carl Petersen an der EPFL durchgeführten Arbeit hat sein Labor die Rolle untersucht, die ein bestimmter innerer Zustand – Motivation – bei der Wahrnehmung und Entscheidungsfindung spielt. Die Beziehung zwischen Motivation und Leistung ist dank der Arbeit der amerikanischen Psychologen Robert Yerkes und John Dillingham Dodson seit über einem Jahrhundert bekannt.
Zu viel oder zu wenig Motivation schadet der Leistung. Die Art und Weise, wie sich dies auf unsere neuronalen Schaltkreise auswirkt, bleibt jedoch unklar. „Wir wollten beobachten, wie sensorische Informationen, die von Neuronen im Kortex übermittelt werden, durch den Grad der Motivation modifiziert werden und inwieweit sich letzterer auf die Lern- und Entscheidungsleistung auswirken kann“, erklärt Sami El-Boustani. , der Hauptautor der Studie.
Das Forschungsteam entwickelte ein Verhaltensparadigma mit Mäusen in einem kontrollierten Wasserverbrauchsregime. Sie trainierten diese Nagetiere zunächst darauf, auf taktile Reize durch zwei Schnurrhaare (A und B) zu reagieren und eine Aktion auszuführen – eine Tülle zu lecken –, nur damit Schnurrhaar A einen Wassertropfen bekommt. Nach diesem Training reagierten diese Mäuse hauptsächlich auf die Stimulation von Schnurrhaar A, was darauf hinweist, dass sie zwischen diesen beiden Empfindungen unterscheiden können. Schließlich führten die Forscher diese Experimente mit abnehmendem Durst durch, um die Motivation der Nagetiere zur Teilnahme an der Aufgabe zu variieren.
Der Zustand der Hypermotivation verdeckt sensorische Informationen
In einem Zustand großen Durstes – also großer Motivation – schnitten Nagetiere schlecht ab. Sie leckten wahllos an der Tülle und unterschieden nicht zwischen den stimulierten Schnurrhaaren. Im Gegensatz dazu wurde die Wahl ihrer Wirkung in einem Zustand von mäßigem Durst optimal. Sie leckten besonders den Ausguss, wenn Schnurrbart A stimuliert wurde. Schließlich, wenn sie nicht sehr durstig waren, ließ ihre Leistung bei der Aufgabe wieder nach.
Durch die Beobachtung der Aktivität neuronaler Populationen, die für Wahrnehmungsentscheidungen bei diesen Mäusen verantwortlich sind, fanden die Forscher heraus, dass Neuronen in diesen Schaltkreisen mit elektrischen Signalen überflutet wurden, wenn Mäuse hypermotiviert waren. Umgekehrt waren die Signale in einem Zustand niedriger Motivation zu schwach. „Hypermotivation führt zu einer starken Stimulation kortikaler Neuronen, was zu einem Präzisionsverlust bei der Wahrnehmung taktiler Reize führt“, sagte Giulio Matteucci, Postdoktorand im Labor von Sami El-Boustani und Erstautor der Studie.
Im Gegensatz dazu ist im Zustand geringer Motivation die[{“ attribute=““>accuracy of the sensory information was recovered, but the strength of the signal was too low for it to be transferred correctly. As a result, the perception of the stimuli was also impaired.
A new understanding of learning
These results open up new perspectives. They provide a possible neural basis for the Yerkes-Dodson Law. ‘‘They also reveal that the level of motivation does not only impact decision-making but also the perception of sensory information, which leads to the decision’’, explains Carl Petersen, Full Professor at the Brain Mind Institute of EPFL and co-senior author in the study.
This work also suggests that it is necessary to decouple the acquisition and expression of new knowledge. ‘‘We observed that mice understood the rule very quickly but could only express this learning much later, depending on an altered perception linked to their level of motivation.’’ This unraveling of the role of motivation in learning opens the way to new adaptive methods that aim to maintain an optimal level of motivation during learning.
Reference: “Cortical sensory processing across motivational states during goal-directed behavior” by Giulio Matteucci, Maëlle Guyoton, Johannes M. Mayrhofer, Matthieu Auffret, Georgios Foustoukos, Carl C.H. Petersen and Sami El-Boustani, 13 October 2022, Neuron.
DOI: 10.1016/j.neuron.2022.09.032
