Te zien of niet te zien:
een causale studie tussen dopamine en visueel bewustzijn
Iris Bosch
10762124
Bachelor project brein & cognitie
2 juni 2017
2
Abstract
Eerder onderzoek suggereert dat striataal dopamine, door in te werken op de thalamus, zorgt voor een vergrootte cortico-thalamo-corticale connectiviteit. Als gevolg hiervan zou informatie wijdverspreid door het brein beschikbaar worden. Dit zou volgens de global neural workspace theorie nodig zijn voor een bewuste ervaring. Uit eerder onderzoek is dan ook gebleken dat het tonische dopamine niveau en het visuele bewustzijn met elkaar correleren. Het doel van deze studie was om te onderzoeken of er ook sprake is van een causaal effect van het fasische dopamine niveau op het visuele bewustzijn. Hierbij is het fasische dopamine niveau gemanipuleerd aan de hand van reward prediction errors die in een continuous flash suppression paradigma (CFS) geïmplementeerd waren. Tegen de verwachting in is er geen causaal effect van het fasische dopamine niveau op het visuele bewustzijn gevonden. Vervolgonderzoek moet uitwijzen of dit nog steeds geldt wanneer diverse methodologische zwakheden zijn opgevangen.
3
Inleiding
Zodra je je ogen opent, worden je hersenen geprikkeld door allerlei visuele stimuli. Het resultaat is een rijke gewaarwording van je omgeving. Dit lijkt vanzelfsprekend, maar er ligt een zeer complex systeem aan ten grondslag. De afgelopen 20 jaar is er vanuit de wetenschap opnieuw interesse ontwikkeld voor het visuele bewustzijn en is het onderzoek hiernaar sterk toegenomen (Koch, 2004). Desondanks blijft het onderliggende mechanisme nog grotendeels onontdekt. Wellicht kan onderzoek naar een eventuele factor die de drempel tot visueel bewustzijn beïnvloedt, zorgen voor een beter begrip van het visuele bewustzijn.
Te allen tijde zijn er vele neuronale netwerken actief in het (gezonde) brein die bewust en onbewust veel informatie verwerken. De zoektocht naar wat zorgt voor een bewuste ervaring, wordt omvat in het onderzoek naar de neural correlates of consciousness (NCC) (Crick & Koch, 1990;
Dehaene, 2014). Gedacht wordt dat top-down aandacht zorgt voor een coherent en globaal activatiepatroon van neuronen, verspreid door het hele brein. Wanneer deze globale activatie aanhoudt, zou het zorgen voor het beschikbaar maken van informatie voor andere hersengebieden evenals cognitieve processen zoals evaluatie, actie en categorisatie. Gesteld wordt dat dit een bewuste ervaring teweegbrengt. Hierbij is het gespreide activatiepatroon van axonen van groter belang dan de precieze locatie binnen het brein. Deze theorie wordt ook wel de global neural workspace theory genoemd (Dehaene & Naccache, 2001) en wordt ondersteund door literatuur (Baars, 2002; Rees, Kreiman, & Koch, 2002; Dehaene & Changeux, 2011). Zo zou een toenemende mate van bewustzijn overeenkomen met een toenemende spreiding van activatie in het brein, evenals een toenemende activatie binnen die spreiding (Christensen, Ramsoy, Lund, Madsen, & Rowe, 2006).
De thalamus is van groot belang bij het beschikbaar maken van sensorische informatie in de cortex, deze dient namelijk als relaisstation. Mede hierdoor wordt gedacht dat cortico-thalamo-corticale circuits ten grondslag liggen aan de verspreide connectiviteit (Edelman, 2003; Llinás, Ribary, Contreras, & Pedroarena, 1998; Frank, Loughry, & o’Reilly, 2001). Deze circuits worden gemoduleerd door dopaminerge activiteit in het striatum (Alexander & Crutcher, 1990). Hierbij dient striataal dopamine als gating mechanisme door de thalamus te beïnvloeden (Guillery & Sherman, 2002). Normaliter wordt de thalamus tonisch geïnhibeerd door de basale ganglia, waar het striatum onderdeel van is. Wanneer er geen toename van dopaminerge activiteit in het striatum is, wordt de thalamus niet geactiveerd en wordt er ook geen nieuwe informatie beschikbaar gemaakt. Een fasische toename in striataal dopamine zorgt echter voor disinhibitie, wat leidt tot een opening van de ‘thalamus gate’. Hierdoor is er sprake van een versterkte functionele connectiviteit tussen de
4 thalamus en de cortex, wat zorgt voor het updaten van informatie en verspreiding hiervan door het brein (Frank et al., 2001; O’Reilly, 2006). Volgens de global neural workspace theorie zou dit
uiteindelijk een bewuste ervaring teweegbrengen.
De invloed van dopamine op het al dan niet beschikbaar maken van informatie suggereert dat dopamine invloed uitoefent op het visuele bewustzijn. Deze suggestie is terecht gezien er is gebleken dat striataal dopamine en visueel bewustzijn met elkaar correleren (Van Opstal et al., 2014; Slagter et al., 2012). Daarnaast is ook gebleken dat de spontaneous eye blink rate (EBR) en het visuele bewustzijn met elkaar correleren (Colzato, Slagter, Spapé, & Hommel, 2008; Van Opstal, de Loof, Verguts, & Cleeremans, 2016). Wetende dat de EBR correleert met het striataal dopaminerg functioneren (Groman et al., 2014), sluit deze bevinding aan bij de gessugereerde relatie tussen dopamine en visueel bewustzijn. Ook binnen de klinische neuropsychologie is evidentie te vinden voor de rol van dopamine bij het visuele bewustzijn. Zo is er bij schizofrenie sprake van een verstoring in het striataal dopaminerge systeem (Howes et al., 2012; Brunelin, Fecteau, & Suaud-Chagny, 2013; Kegeles et al., 2010) en hebben patiënten een afwijking in hun drempel voor het visuele bewustzijn (Del Cul, Dehaene, & Leboyer, 2006). Deze bevindingen geven samen met de eerder genoemde theorie aanleiding om te denken dat dopamine mogelijk ook een causale rol speelt bij het visuele bewustzijn.
Binnen het onderhavige onderzoek is daarom onderzocht of het manipuleren van het striataal fasische dopamine niveau een verandering in het visuele bewustzijn teweegbrengt. Hoewel eerder onderzoek veelbelovend is over deze relatie, is dergelijk onderzoek nog niet eerder (correct) uitgevoerd. Voorgaande studies die een verband aantoonden tussen dopamine en het visuele bewustzijn waren allen gebaseerd op individuele verschillen in het tonische dopamine niveau. Het is echter mogelijk dat het tonische en fasische dopamine niveau een andere rol spelen bij het visuele bewustzijn. Het is daarom belangrijk om ook te onderzoeken of het fasische dopamine niveau een rol speelt bij het visuele bewustzijn om zodoende het onderliggende mechanisme beter te begrijpen. In dit onderzoek is dan ook ingegaan op het fasische dopamine niveau in plaats van het tonische dopamine niveau. Daarnaast is er ook bijna uitsluitend correlationeel, en niet causaal, onderzoek gedaan naar deze relatie. Het onderzoek van Lou et al. (2011) vormt hier echter een uitzondering op. Bij dit onderzoek is namelijk naar voren gekomen dat participanten na een dosis van de dopamine agonist pergolide zekerder en accurater waren na het zien van gemaskeerde woorden in vergelijking met de controle conditie. Bij dit onderzoek was echter het meten van de zelfverzekerdheid met betrekking tot het zien van de target van groter belang dan het objectief meten van het visuele bewustzijn. Als gevolg hiervan was het gebruikte paradigma erop gericht allereerst de
5 zelfverzekerdheid van de participant te meten. Pas daaropvolgend moest aan de hand van een forced choice keuze aangeven worden welk woord hij of zij gezien meende te hebben. Het visueel bewustzijn werd dus pas na enige tijd objectief gemeten, waardoor het goed denkbaar is dat niet het visuele bewustzijn werd gemeten maar het vermogen om de target te onthouden. Eerder onderzoek heeft dan ook aangetoond dat dopaminerge stimulatie aan de hand van pergolide zorgt voor een toename in het werkgeheugen (Gibbs & D’Esposito, 2006; Müller, von Cramon, & Pollmann, 1998). Het effect van pergolide zou dus mogelijk verklaard kunnen worden door het werkgeheugen in plaats van het visuele bewustzijn. Het is daarom van belang dat een ander paradigma wordt gebruikt waarbij het objectief meten van het visuele bewustzijn prioriteit is. Daarnaast geldt het gevonden effect van Lou et al. (2011) niet specifiek voor het striatale dopamine niveau terwijl dit voor het huidige onderzoek, vanwege de eerder genoemde theorie, van groot belang is. Er kan dus
geconcludeerd worden dat er niet eerder specifiek is onderzocht of er een causale relatie bestaat tussen het fasische dopamine niveau en het visuele bewustzijn. Daar op aanvullend is het met betrekking tot praktische implicaties ook heel interessant om causaal onderzoek te doen. Wanneer er namelijk sprake is van een causaal effect kan worden onderzocht of patiënten met een afwijking in hun visuele bewustzijn, zoals schizofrenie patiënten (Del Cul et al., 2006), op basis van de gevonden resultaten geholpen kunnen worden.
Een manier om een fasische verandering in het dopamine niveau te manipuleren is aan de hand van reward prediction errors. Dergelijke predictiefouten komen voort uit een inschattingsfout tussen de verwachte beloning en de daadwerkelijke beloning. Wanneer een beloning hoger uit valt dan verwacht, zorgt dit voor een toename in activatie van dopamine neuronen. Wanneer een beloning zoals verwacht is, blijft de activatie van dopamine neuronen onveranderd en wanneer een beloning lager uit valt dan verwacht, neemt de activatie van dopamine neuronen af (zie Figuur 1) (Schultz, 1998). Belangrijk is dat deze (de)activatie van dopamine neuronen vooral effectief is in het striatum (McClure, Berns, & Montague, 2003), juist daar waar de dopaminerge activiteit zou ingrijpen op het cortico-thalamo-corticale circuit dat bewustzijn mede mogelijk maakt. Derhalve door predictiefouten uit te lokken, kan het fasische dopamine niveau gemanipuleerd worden in het striatum.
6
A
B
C
Eerder onderzoek heeft aangetoond dat monetaire beloningen zeer geschikt zijn voor het uitlokken van predictiefouten, waarbij dopamine in het striatum beïnvloed wordt (Delgado, Nystrom, Fissell, Noll, & Fiez, 2000; Knutson, Westdorp, Kaiser, & Hommer, 2000; Ramnani, Elliott, Athwal, & Passingham, 2003). Ondanks dat geld in eerste instantie geen primaire bekrachtiger is, is de associatie dermate sterk dat deze zelfs onbewust nog zeer effectief is (Pessiglione et al., 2007).
Een krachtig paradigma waar enerzijds het fasische dopamine niveau beïnvloed kan worden en tegelijkertijd visueel bewustzijn gemeten kan worden, is continuous flash suppression (CFS) (Tsuchiya & Koch, 2005). Bij dit paradigma kijkt de participant door een spiegel stereoscoop waardoor in ieder oog een andere stimulus gepresenteerd kan worden. Op het dominante oog wordt een dynamisch wisselend patroon aangeboden en op het andere oog een target die gedetecteerd moet worden. Deze target wordt echter vaak onderdrukt door het dynamische patroon in het andere oog. CFS is betrouwbaarder en constanter in het onderdrukken van stimuli in één oog vergeleken met bijvoorbeeld binocular rivalry. Bij binocular rivalry kan het beeld
onverwacht fluctueren tussen de twee concurrerende stimuli (Carter & Cavanagh, 2007; Song & Yao, 2009). Daarnaast is CFS in vergelijking met andere paradigma’s minder gevoelig voor effecten van instabiele fixatie en oogbewegingen (Kim & Blake, 2005). Deze eigenschappen maken CFS zeer geschikt voor het onderhavige onderzoek.
Verwacht wordt dat het fasische dopamine niveau van invloed is op het visuele bewustzijn. Wanneer dit niveau gemanipuleerd wordt, zouden een positieve- en negatieve predictiefout een omgekeerd effect hebben op het visuele bewustzijn. Dopamine kan namelijk op zowel D1 als D2
Figuur 1. A) Na een onverwachte beloning is er een dopamine piek te zien. B) Na een verwachte beloning is er geen verandering in het dopamine niveau te zien. C) Na het onverwacht uitblijven van een beloning is er een dopamine dip te zien.
7 receptoren inwerken. Normaliter reageren D2 receptoren op hoge concentraties dopamine en zorgt dit voor het updaten van informatie. D1 receptoren zouden daarentegen voornamelijk reageren op lagere concentraties dopamine en zorgen voor het stabiliseren van het werkgeheugen (O’Reilly, 2006; Seamans & Yang, 2004). Op basis hiervan kan verwacht worden dat een fasische toename in dopamine zal zorgen voor een versterkt visueel bewustzijn, het uitblijven van een verandering in het dopamine niveau niet zal zorgen voor een verschil met betrekking tot het visuele bewustzijn, en dat een fasische afname in dopamine zal zorgen voor een vermindering van het visuele bewustzijn. De werking van dopamine receptoren hangt echter af van vele factoren (O’Reilly, 2006; Seamans & Yang, 2004). Op basis van de huidige kennis is het daarom niet met zekerheid te zeggen wanneer vooral D1 en wanneer vooral D2 receptoren gestimuleerd zullen worden. Hierdoor kan de richting van het eventuele effect nog niet met zekerheid vastgesteld worden.
Binnen dit onderzoek wordt het fasische dopamine niveau gemanipuleerd door geen, een positieve of een negatieve predictiefout uit te lokken. Daarnaast wordt het visuele bewustzijn gemeten aan de hand van de gemiddelde accuracy rates en reactietijden bij het detecteren van de targets in het CFS paradigma. Indien de hypothesen waar zijn, wordt verwacht dat een positieve predictiefout zal zorgen voor een hogere accuracy rate en een snellere reactietijd. Bij het uitblijven van een predictiefout wordt verwacht dat dit zal zorgen voor een lagere accuracy rate en een langzamere reactietijd en dat een negatieve predictiefout zal zorgen voor een lagere accuracy rate en een langzamere reactietijd dan zowel een positieve predictiefout als géén predictiefout.
8
Methode
Deelnemers
Volgens een a priori poweranalyse aan de hand van G*Power 3.1.9.2. waren ten minste 18 participanten nodig voor een grote effect size (f=0,4) en een power van 0,95. Uiteindelijk hebben 29 participanten, waarvan 20 vrouwelijk, deelgenomen aan dit onderzoek. De gemiddelde leeftijd bedroeg 23,3 jaar (18-29, SD= 2,8). Alle participanten zijn geworven via persoonlijke connecties en beschikten over normaal of tot normaal gecorrigeerd zicht. Participanten met een bril, epilepsie of psychische klachten, evenals een geschiedenis met, waren uitgesloten van deelname. Voorafgaand aan het experiment hebben alle participanten een door de ethische commissie van de Universiteit van Amsterdam goedgekeurde informed consent ondertekend. Studenten van de Universiteit van Amsterdam konden voor deelname een proefpersoon participatiepunt ontvangen, de overige participanten kregen geen beloning. Wel was vooraf bekend dat de best presterende participant een bol.com voucher ter waarde van 20 euro zou winnen.
Materialen
Voor aanvang van een continuous flash suppression experiment is het van belang om te weten welk oog dominant is bij de betreffende participant. Om dit te onderzoeken is gebruik gemaakt van de porta test (Roth, Lora, & Heilman, 2002). Hierbij werd de participant gevraagd om één arm te strekken en de duim te plaatsen op de hoek van de ruimte, met beide ogen open. Vervolgens werd gevraagd slechts het rechteroog te sluiten gevolgd door slechts het linkeroog. Het oog dat, wanneer gesloten, het grootste verschil in afstand veroorzaakte tussen de duim en de hoek van de kamer werd genoteerd als dominant oog.
Voor het experiment is Psychophysics Toolbox (Brainard, 1997), ondersteund door Matlab, in combinatie met Windows 7 gebruikt. Daarnaast was een spiegel stereoscoop op een hoofd- en kin steun bevestigd om fixatie te stabiliseren. De afstand tussen de ogen en het scherm bedroeg 60 cm, het computerscherm was 53x30 cm groot en het aantal visuele graden bedroeg 8,0. De refresh rate van de computer was 60 Hz.
Stimuli
Het experiment begon met een kalibratiefase die tevens als oefenfase voor de participant diende, bestaande uit 80 trials. Gedurende iedere trial werd in het dominante oog afwisselende Mondriaan patronen gepresenteerd. Deze patronen zijn tot stand gekomen door willekeurige vierhoeken te combineren met willekeurige kleuren. Door dit, voor het oog dominante, wisselend
9 beeld te presenteren in het dominante oog was dit constant zichtbaar voor de participant. Daarnaast werd bij aanvang van een trial een fixatiekruis voor beide ogen aangeboden. De participant was erop geattendeerd hier gefocust naar te kijken met beide ogen open door de spiegel stereoscoop heen. Na 2 seconden werd langzaam een stimulus zichtbaar, namelijk ‘€0.5’ of ‘€5.0’ boven of onder het fixatiekruis. Indien de participant zich hier bewust van was, werd gevraagd zo snel mogelijk op de ‘↑’ of ‘↓’ toets te drukken, overeenkomend met de plaats van de stimulus ten opzichte van het fixatiekruis. In deze fase van het experiment kon na iedere trial de fade-in tijd automatisch aangepast worden op basis van de prestatie van de participant. Zodoende werd de stimulus gemakkelijker of juist moeilijker zichtbaar zodat het experiment voor iedere participant even moeilijk was. Wanneer de participant een stimulus niet of onjuist detecteerde, werd de fade-in tijd verkort. Indien de stimulus wel juist gedetecteerd werd, werd de fade-in tijd juist verlengd. Op deze manier werd er uiteindelijk gestreefd naar een accuracy rate van ongeveer 50%. Dat wil zeggen dat in de helft van de trials de stimulus gedetecteerd werd. Voor het verdere experiment werd de gemiddelde fade-in tijd gebruikt van de laatste 10 trials uit deze kalibratiefase.
Nadat de kalibratiefase was afgerond werd de experimentele fase gestart, bestaande uit 8 blokken van 40 trials (zie Figuur 2). De experimentele trials waren vergelijkbaar met die uit de kalibratiefase. Het voornaamste verschil was dat de participant nu per trial een denkbeeldig geldbedrag kon ontvangen op basis van prestatie. De participant was duidelijk gemaakt dat degene met uiteindelijk het hoogste geldbedrag een bol.com voucher ter waarde van 20 euro zou winnen. Het te ontvangen bedrag werd per trial berekend op basis van correctheid en reactietijd. Belangrijk is dat bij trials waar ‘€0.5’ gedetecteerd kon worden minder geld te behalen viel in vergelijking met trials waar ‘€5.0’ gedetecteerd kon worden. Dit was ook gecommuniceerd richting de participant. Tijdens deze experimentele fase werd het fixatiekruis daarom ook voorafgegaan door ‘€’ of ‘€€€’. Dit representeerde of er waarschijnlijk een hoog of laag geldbedrag gedetecteerd kon worden. De participant hoefde hier verder niet op te reageren. In 80 procent van de trials kwam de predictie cue
10 overeen met het te detecteren geldbedrag, namelijk ‘€’ in combinatie met ‘€0.5’ en ‘€€€’ in
combinatie met ‘€5.0’. Bij de overige trials kwam de predictie cue echter niet overeen met het te detecteren geldbedrag, zodoende werd een positieve of negatieve predictiefout uitgelokt. Na ieder blok van 40 trials ontving de participant feedback over het tot dusver behaalde bedrag.
Procedure
Het experiment vond plaats in een afsluitbare lab cubicle op de Universiteit van Amsterdam. Na ontvangst mocht de participant hier direct plaatsnemen. Vervolgens werd allereerst het
experiment mondeling uitgelegd, waarna werd gevraagd of de participant het informed consent wilde ondertekenen. Nadat de proefleider de leeftijd, sekse en het dominante oog had ingevoerd, deed deze het licht uit. Daaropvolgend verscheen een afbeelding aan de hand waarvan bepaald kon worden of de bril en daarmee de spiegels in de juiste stand stonden. Eventueel konden ook de stoel en de kin steun hoger of lager gezet worden. Wanneer alles in orde was, verliet de proefleider de ruimte en kon het experiment gestart worden. Het experiment begon met de kalibratiefase. Nadat deze fase was afgerond had de participant de mogelijkheid om een korte pauze te nemen. Wanneer de participant voldoende rust had genomen kon deze het experiment op eigen initiatief vervolgen. Tijdens de experimentele fase waren er tussen de blokken door ook pauzes. Wanneer alle trials afgerond waren, kreeg de participant zijn of haar eindbedrag te zien. Vervolgens kwam de proefleider de ruimte binnen en vond er een debriefing plaats indien de participant dit wenste. Slechts met de best presterende participant is opnieuw contact opgenomen na het experiment om de bol.com voucher te overhandigen.
11
Resultaten
De data van één participant is niet meegenomen voor verdere dataverwerking. Voor deze participant was het niet mogelijk de targets te detecteren vanwege een zogeheten ‘lui oog’.
Daarnaast is het experiment bij één participant vastgelopen, waardoor de laatste 10 trials zijn komen te vervallen. Besloten is om de overige data van deze participant wel mee te nemen binnen de dataverwerking, vanwege de relatief gezien grote hoeveelheid geslaagde trials.
Voorafgaand aan beide hoofdanalyses is per participant onderzocht of er sprake was van uitbijters, aan de hand van de reactietijd op correcte trials. Trials waarvan de reactietijd meer dan twee standaarddeviaties verschilde van het gemiddelde zijn verwijderd. Hiervan was sprake bij 2,3% van de trials. De overgebleven trials zijn gebruikt in de analyses.
Tijdens de kalibratiefase van het experiment is geprobeerd de fade-in tijd per participant dusdanig aan te passen dat er een gemiddelde accuracy rate van 50% zou zijn. Dit zou betekenen dat bij slechts de helft van de trials de target gedetecteerd zou worden. Gebleken is dat er uiteindelijk een gemiddelde accuracy rate van 69% is behaald. Deze is dus hoger uitgevallen dan de bedoeling was. Een gevolg hiervan kan zijn dat er eerder sprake was van een plafond effect bij participanten die een boven gemiddelde accuracy rate hadden. Desondanks was een gemiddelde accuracy rate van 69% zeker nog bruikbaar voor een betekenisvolle analyse. Er bleven nog genoeg trials over waarbij de target niet gedetecteerd was.
Voorafgaand aan het testen of er een effect van conditie op accuracy rate was, is aan de hand van de Shapiro-Wilk test gebleken dat deze data niet normaal verdeeld was (W(29)= 0,922, p = 0,035). Dit was vrij zeker het gevolg van een plafondeffect vanwege de accuracy rate. Vervolgens is een Friedman’s ANOVA uitgevoerd met soort predictiefout als onafhankelijke en accuracy rate als afhankelijke variabele. Er is geen significant resultaat gevonden (𝑋𝑋2(2)= 1,82, p=0,394). Met
betrekking tot de accuracy rate maakte het dus niet uit of er geen, een positieve of een negatieve predictiefout gemanipuleerd werd. Zie Tabel 1 voor de gemiddelde accuracy rates en de
bijbehorende standaarddeviaties van iedere conditie.
Conditie Accuracy
Geen predictiefout 0,702 (0,170)
Positieve predictiefout 0,675 (0,192)
Negatieve predictiefout 0,706 (0,171)
Tabel 1.
12 Ge m id de ld e r ea ct ie tij d ( se c. ) 2,0 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8
De data betreffende de reactietijden van de participanten bleek aan de hand van de Shapiro-Wilk test wel normaal verdeeld te zijn (W(28)= 0,950, p = 0,202). Dit was echter na verwijdering van één participant die op basis van reactietijd een uitbijter bleek te zijn door meer dan 2
standaarddeviaties te verschillen van het gemiddelde (z=-3,76) (zie Figuur 3). Daarnaast is aan de hand van Mauchly’s test of sphericity aangetoond dat de assumptie van sphericiteit niet geschonden was (𝑋𝑋2(2)= 4,185 , p=0,123). Vervolgens is een one-way repeated measures ANOVA uitgevoerd met
het soort predictiefout als onafhankelijke en reactietijd als afhankelijke variabele. Het effect van conditie is niet significant bevonden (F(2,54)=0,011, p=0,989). Dit betekent dat het ook voor de reactietijd niet uitmaakte of er geen, een positieve of een negatieve predictiefout gemanipuleerd werd. Zie Tabel 2 voor de gemiddelde reactietijden en de bijbehorende standaarddeviaties van iedere conditie. Conditie Reactietijd Geen predictiefout 1,695 (1,765) Positieve predictiefout 1,696 (1,610) Negatieve predictiefout 1,694 (1,744) Tabel 2.
Gemiddelde reactietijden en standaarddeviaties (tussen haakjes) voor de verschillende condities. Figuur 3. Boxplot van de gemiddelde reactietijd per participant.
13
Discussie
In deze studie is onderzocht of er een causale relatie bestaat tussen het fasische dopamine niveau en het visuele bewustzijn. Indien het fasische dopamine niveau inderdaad de drempel tot het visuele bewustzijn kan verschuiven, werd verwacht dat een toename in het fasische dopamine niveau zou zorgen voor een versterkt visueel bewustzijn, het uitblijven van een verandering in het fasische dopamine niveau zou zorgen voor geen verandering van het visuele bewustzijn, en dat een afname in het fasische dopamine niveau zou zorgen voor een vermindering van het visuele
bewustzijn. Echter werd dit effect, of een effect met een andere richting, niet gevonden binnen het onderhavige onderzoek.
Een mogelijke theoretische verklaring voor het onverwachte resultaat is gebaseerd op de shape theorie van dopamine. Er is namelijk gesuggereerd dat dopamine volgens een omgekeerde U-vorm werkzaam zou zijn (zie Figuur 4) (Cools & D'Esposito, 2011). Hierbij zou er sprake zijn van een dopaminerg optimum in het striatum voor cognitief functioneren. Lagere of hogere dopamine niveaus zouden het cognitief functioneren juist kunnen verstoren (Cools, Gibbs, Miyakawa, Jagust, & D'Esposito, 2008). Binnen deze studie is het tonische dopamine niveau echter niet gemeten
waardoor het niet mogelijk was de eventuele effecten met betrekking tot het fasische dopamine niveau te isoleren. Dit vormt een probleem voor de interpretatie van de resultaten gezien het mogelijk was dat de participanten zich bij aanvang van het experiment op verschillende plaatsen op deze bergparabool bevonden. Wanneer er bij aanvang inderdaad sprake zou zijn van een verschil in het tonische dopamine niveau onder de onderzochte participanten, zou dit ervoor gezorgd kunnen hebben dat dezelfde manipulaties in het fasische dopamine niveau een verschillend effect teweeg hebben gebracht per participant. Deze eventuele effecten op het visuele bewustzijn zouden elkaar uitgemiddeld kunnen hebben bij de analyse. Voor vervolgonderzoek zou daarom de de eye blink rate (EBR) meegenomen moeten worden, wetende dat dit het striataal dopaminerg functioneren
representeert (Groman et al., 2014). Zodoende kan op basis hiervan voor het tonische dopamine
niveau gecontroleerd worden.
14 Daarnaast is het onbekend of de manipulatie van het fasische dopamine niveau op basis van predictiefouten succesvol is geweest. Sommige participanten hebben bijvoorbeeld na afloop van het experiment aangegeven dat zij zich tijdens het experiment niet goed bewust waren van de waarde van de cues (‘€’ of ‘€€€’), ondanks de vooraf gegeven toelichting. Een dergelijk aspect is echter wel van cruciaal belang voor het bewerkstelligen van een predictiefout. Omdat de manipulatie wellicht niet goed is geslaagd, is het plausibel dat hierdoor een mogelijke causale relatie niet is gedetecteerd. Bij vervolgonderzoek zou daarom een manipulatiecheck uitgevoerd moeten worden. Bijvoorbeeld fMRI zou gebruikt kunnen worden om vast te stellen of een positieve- of negatieve predictiefout daadwerkelijk een verandering in striataal dopaminerge activiteit teweeg heeft gebracht (da Silva Alves et al., 2010; Mandeville et al., 2013; Knutson et al., 2000).
Ook is het goed denkbaar dat, wanneer de manipulatie op zichzelf wel geslaagd was, de uitgelokte verandering in het fasische dopamine niveau niet groot genoeg was om een merkbare verandering in het visuele bewustzijn teweeg te brengen. Dit zou bij vervolgonderzoek opgevangen kunnen worden door het verschil tussen de beloningen te vergroten. Zodoende wordt ook een eventuele predictiefout groter. Grotere predictiefouten zorgen voor meer activatie van het dopamine systeem (Lisman & Grace, 2005; Shohamy & Adcock, 2010). Daarnaast kan er ook aan gedacht worden om voor iedere participant de score om te rekenen naar een daadwerkelijk monetaire beloning, in plaats van slechts één winnaar te benoemen. Zo raken de participanten wellicht meer gemotiveerd, wat er ook voor zorgt dat een beloning als meer belonend wordt ervaren en dit versterkt daarmee de manipulatie (Roesch & Olson, 2004).
Al met al kan geconcludeerd worden dat er geen causaal effect van het fasische dopamine niveau op het visuele bewustzijn is gevonden binnen dit onderzoek. Dit sluit echter nog niet uit dat dit effect daadwerkelijk niet bestaat. Vervolgonderzoek zal de zwakheden van dit onderzoek moeten opvangen om deze eventuele causale relatie verder te onderzoeken. Het is dan ook van groot belang dat het onderzoek naar het visuele bewustzijn wordt voortgezet. Wanneer het onderliggende mechanisme beter begrepen wordt, kan deze kennis zich hopelijk ook vertalen naar het disfunctionerende brein. Hierbij kan gedacht worden aan het helpen van patiënten met een
afwijking in hun visuele bewustzijn, zoals schizofrenie patiënten (Del Cul et al., 2006). Indien er toch een causaal effect van het fasische dopamine niveau op het visuele bewustzijn gevonden wordt, zou onderzocht kunnen worden of dit in medicatie of therapie te implementeren valt.
15
Literatuurlijst
Alexander, G. E., & Crutcher, M. D. (1990). Functional architecture of basal ganglia circuits: Neural substrates of parallel processing. Trends in Neurosciences, 13, 266-271.
Baars, B. J. (2002). The conscious access hypothesis: Origins and recent evidence. Trends in Cognitive Sciences, 6, 47-52.
Brainard, D. H. (1997). The psychophysics toolbox. Spatial Vision, 10, 433-436.
Brunelin, J., Fecteau, S., & Suaud-Chagny, M. F. (2013). Abnormal striatal dopamine transmission in schizophrenia. Current Medicinal Chemistry, 20, 397-404.
Carter, O., & Cavanagh, P. (2007). Onset rivalry: Brief presentation isolates an early independent phase of perceptual competition. PloS One, 2 , 1-7.
Christensen, M. S., Ramsoy, T., Lund, T. E., Madsen, K. H., & Rowe, J. B. (2006). An fMRI study of the neural correlates of graded visual perception. Neuro Image, 31, 1711-1725.
Colzato, L. S., Slagter, H. A., Spapé, M. M., & Hommel, B. (2008). Blinks of the eye predicts blinks of the mind. Neuropsychologia, 46, 3179-3183.
Cools, R., & D'Esposito, M. (2011). Inverted-U-shaped dopamine actions on human working memory and cognitive control. Biological Psychiatry, 69, 113-125.
Cools, R., Gibbs, S. E., Miyakawa, A., Jagust, W., & D'Esposito, M. (2008). Working memory capacity predicts dopamine synthesis capacity in the human striatum. The Journal of Neuroscience, 28, 1208-1221.
Crick, F., & Koch, C. (1990). Towards a neurobiological theory of consciousness. The Neurosciences, 2, 263-275.
Da Silva Alves, F., Schmitz, N., Figee, M., Abeling, N., Hasler, G., van der Meer, J., et al. (2010). Dopaminergic modulation of the human reward system: a placebo-controlled dopamine depeletion fMRI study. Journal of Psychopharmacology, 25, 538-549.
Dehaene, S. (2014). Consciousness and the brain: Deciphering how the brain codes our thoughts. New York: Viking Press.
Dehaene, S., & Changeux, J. P. (2011). Experimental and theoretical approaches to conscious processing. Neuron, 70, 200-227.
Dehaene, S., & Naccache, L. (2001). Towards a cognitive neuroscience of consciousness: Basic evidence and a workspace framework. Cognition, 79, 1-37.
Del Cul, A., Dehaene, S., & Leboyer, M. (2006). Preserved subliminal processing and impaired conscious access in schizophrenia. Archives of General Psychiatry, 63, 1313-1323.
16 Delgado, M. R., Nystrom, L. E., Fissell, C., Noll, D. C., & Fiez, J. A. (2000). Tracking the hemodynamic
responses to reward and punishment in the striatum. Journal of Neurophysiology, 84, 3072-3077.
Edelman, G. M. (2003). Naturalizing consciousness: A theoretical framework. PNAS, 100, 5529-5524. Frank, M. J., Loughry, B., & O'Reilly, R. C. (2001). Interactions between frontal cortex and basal
ganglia in working memory: A computational model. Cognitive, Affective, & Behavioral Neuroscience, 1, 137-160.
Gibbs, S. E., & D'Esposito, M. (2006). A functional magnetic resonance imaging study of the effects of pergolide, a dopamine receptor agonist on component processing of working memory. Neuroscience, 139, 359-371.
Groman, S. M., James, A. S., Seu, E., Tran, S., Clark, T. A., Harpster, S. N., et al. (2014). In the blink of an eye: Relating positive-feedback sensitivity to striatal dopamine D2-like receptors through blink rate. The Journal of Neuroscience, 34, 14443-14454.
Guillery, R. W., & Sherman, S. M. (2002). Thalamic relay functions and their role in corticocortical communication: Generalizations from the visual system. Neuron, 33, 163-175.
Howes, O. D., Kambeitz, J., Kim, E., Stahl, D., Slifstein, M., Abi-Dargham, A., et al. (2012). The nature of dopamine dysfunction in schizophrenia and what this means for treatment. Archives of General Psychiatry, 69, 776-786.
Kegeles, L. S., Abi-Dargham, A., Frankle, W. G., Gil, R., Cooper, T. B., Slifstein, M., et al. (2010).
Increased synaptic dopamine function in associative regions of the striatum in schizophrenia. Archives of General Psychiatry, 67, 231-239.
Kim, C., & Blake, R. (2005). Psychophysical magic: Rendering the visible 'invisible'. Trends in Cognitive Sciences, 9, 1-8.
Knutson, B., Westdorp, A., Kaiser, E., & Hommer, D. (2000). FMRI visualization of brain activity during a monetary incentive delay task. Neuroimage, 12, 20-27.
Koch, C. (2004). The Quest for Consciousness: A neurobiological Approach. Greenwood Village: Roberts.
Lisman, J. E., & Grace, A. A. (2005). The hippocampal-VTA loop: Controlling the entry of information into long term memory. Neuron, 46, 703-713.
Llinás, R., Ribary, U., Contreras, D., & Pedroarena, C. (1998). The neuronal basis for consciousness. The Royal Society, 353, 1841-1849.
Lou, H. C., Skewes, J. C., Thomsen, K. R., Overgaard, M., Lau, H. C., Mouridsen, K., et al. (2011). Dopaminergic stimulation enhances confidence and accuracy in seeing rapidly presented words. Journal of Vision, 11, 1-6.
Mandeville, J. B., Sander, C. Y., Jenkins, B. G., Hooker, J. M., Catana, C., Vanduffel, W., et al. (2013). A receptor-based model for dopamine-induced fMRI signal. NeuroImage, 75, 46-57.
17 McClure, S. M., Berns, G. S., & Montague, P. R. (2003). Temporal prediction errors in a passive
learning task activate human striatum. Neuron, 38, 339-346.
Müller, U., von Cramon, D. Y., & Polmann, S. (1998). D1 vs. D2 receptor modulation of visuo-spatial working memory in humans. Journal of Neuroscience, 18, 2720-2728.
O'Reilly. (2006). Biologically based computational models of high-level cognition. Science, 314, 91-94. Pessiglione, M., Schmidt, L., Draganski, B., Kalisch, R., Lau, H., Dolan, R. J., et al. (2007). How the
brain translates money into force: A neuroimaging study of subliminal motivation. Science, 316, 904-906.
Ramnani, N., Elliott, R., Athwal, B. S., & Passingham, R. E. (2004). Prediction error for free monetary reward in the human prefrontal cortex. Neuroimage, 23, 777-786.
Rees, G., Kreiman, G., & Koch, C. (2002). Neural correlates of consciousness in humans. Nature Reviews Neuroscience, 3, 261-270.
Roesch, M. R., & Olson, C. R. (2004). Neuronal activity related to reward value and motivation in primate frontal cortex. Science, 304, 307-310.
Roth, H. L., Lora, A. N., & Heilman, K. M. (2002). Effects of monocular viewing and eye dominance on spatial attention. Brain, 125, 2023-2035.
Schultz, W. (1998). Predictive reward signal of dopamine neurons. Journal of Neurophysiology, 80, 1-27.
Seamans, J. K., & Yang, C. R. (2004). The principal features and mechanisms of dopamine modulation in the prefrontal cortex. Progress in Neurobiology, 74, 1-57.
Shohamy, D., & Adcock, R. A. (2010). Dopamine and adaptive memory. Trends in Cognitive Science, 14, 464-472.
Slagter, H. A., Tomer, R., Christian, B. T., Fox, A. S., Colzato, L. S., King, C. R., et al. (2012). PET evidence for a role for striatal dopamine in the attentional blink: Functional implications. Journal of Cognitive Neuroscience, 24, 1932-1940.
Song, C., & Yao, H. (2009). Duality in binocular rivalry: Distinct sensitivity of percept sequence and percept duration to imbalance between monocular stimuli. PloS One, 4, 1-7.
Tsuchiya, N., & Koch, C. (2005). Continuous flash suppression reduces negative afterimages. Nature Neuroscience, 8, 1096-1101.
Van Opstal, F., de Loof, E., Verguts, T., & Cleeremans, A. (2016). Spontaneous eyeblinks during breaking continuous flash suppression are associated with increased detection times. Journal of Vision, 16, 1-10.
Van Opstal, F., van Laeken, N., Verguts, T., van Dijck, J. P., de Vos, F., Goethals, I., et al. (2014). Correlation between individual differences in striatal dopamine and in visual consciousness. Current Biology, 24, 265-266.
18
Reflectieverslag bachelor project
Iris Bosch (10762124)
A) Hoe ben ik met de verkregen feedback omgegaan?
Na het ontvangen van feedback ben ik telkens eerst alle feedback gaan doorlezen. Zo zou ik een goed totaal beeld krijgen van alles wat er nog zou moeten gebeuren én stelde mij dit in staat om de feedback niet alleen op een specifiek geval toe te passen maar ook op andere relevante plaatsen in het verslag.
Bij het verwerken van de feedback heb ik altijd eerst de relatief gezien makkelijkere dingen aangepast. Dit betrof vaak zinsopbouw of spelling. Daarna heb ik goed de tijd genomen om mij te verdiepen in de lastigere zaken. Meestal las ik eerst mijn eigen stuk gevolgd door het commentaar waarna ik indien nodig ook mijn bron erbij pakte.
Ik kon mij bijna altijd vinden in de gegeven feedback en heb dit dan ook zo nauwkeurig mogelijk proberen te werken. In het geval dat ik een punt niet snapte of mij er niet kon vinden ben ik naar mijn begeleider gegaan om erover te praten.
Al met al heb ik zeer goed de tijd genomen om de feedback te verwerken.
B) Waar is het project goed en minder goed verlopen?
Het begin van het project verliep beter dan verwacht. Omdat het onderwerp al grotendeels vast lag bij aanvang, zorgde dat ervoor dat je direct gericht aan de slag kon gaan met het zoeken van literatuur. Hier ben ik dan ook vrijwel meteen mee begonnen. Omdat het onderwerp wel grotendeels nieuw voor mij was vond ik het in het begin wel lastig om kritisch naar de onderzoeken te kijken. Op dat moment zat de uitdaging hem namelijk nog vooral in het begrijpen van de stof. Dankzij ondersteuning van mijn begeleider heb ik de literatuur steeds beter begrepen waardoor het mij lukte om kritischer naar de literatuur te kijken.
Bij het schrijven van de inleiding ben ik vrijwel meteen begonnen met de grote lijnen op papier te zetten en vanuit daar verder te werken. Dit heeft mij erg geholpen gezien mij mij ook erg goed dood kan staren op de eerste zinnen van een verslag. Gelukkig heb ik dat dit keer proberen te voorkomen.
Over het algemeen is er veel onderzoek beschikbaar en helaas is dit vaak niet
overeenstemmend. Hierdoor kan het van tijd tot tijd lastig zijn om door de bomen het bos te zien. Ik denk dat ik de inleiding schrijven wel als het lastigst heb ervaren. Met de eerste versie was ik verassend genoeg best wel tevreden. Het werd voor mij lastiger nadat ik feedback had ontvangen over de inleiding. Je wordt uitgedaagd om steeds kritischer na te denken. Enerzijds heel interessant maar anderzijds raak je soms ook verwikkeld in je eigen hersenspinsels. Ik kon dan ook wel onzeker zijn bij het op papier zetten van dingen.
Het schrijven van mijn methode verliep naar mijn idee zeer goed. Ik wist goed wat ervan mij werd verwacht in de methode sectie en doordat ik al een dag in het lab had gezeten voordat
19 ik begon met schrijven was ik goed op de hoogte van onze methode in de praktijk. Doordat ik het zo helder voor ogen had lukte het mij ook al snel om dit wetenschappelijk te
verwoorden.
Het afnemen van het experiment bij de participanten liep over het algemeen ook goed. In het begin liep het experiment nog wel geregeld vast, maar dit is uiteindelijk goed verholpen. Wat ik zelf liever anders had gezien is dat we met de onderzoeksgroep voor aanvang van de eerste lab dag eens met elkaar zouden gaan zitten om te oefenen hoe we het experiment zouden uitleggen aan de participanten. In mijn ogen is het namelijk zeer belangrijk dat we dit allemaal op dezelfde manier deden en dezelfde zaken moesten benadrukken, zoals het uitleggen wat de 2 cues betekende. Ondanks dat we dit via online communicatie wel op elkaar hadden afgestemd ben ik er niet zeker van of we het daadwerkelijk hetzelfde hebben aangepakt. Zo heb ik bijvoorbeeld vernomen dat het bij sommige participanten niet duidelijk was wat de cues betekende, terwijl dit natuurlijk cruciaal was voor het experiment. Verder verliep het experiment goed.
Tijdens het schrijven van mijn bachelor project heb ik de grootste moeite ondervonden tijdens het uitvoeren van de analyses. Eigenlijk hebben we vooral in jaar 1 statistiek geleerd. Omdat dit inmiddels alweer 2 jaar geleden is was dit tegen de verwachting in toch behoorlijk weggevallen. Tijdens mijn analyse heb ik eerst best wat domme foutjes gemaakt waardoor ik vastliep. Ik heb te allen tijde mijn statistiekboek erbij gehouden en internet geraadpleegd maar toch kwam ik er niet goed uit. Ik had gehoopt mijn analyse in een weekend te doen maar dit heeft zich uiteindelijk verspreid over 2 weken waardoor ik op het einde een beetje in de knoop kwam met de tijd. Uiteindelijk heeft mijn begeleider mij goed antwoord weten te geven op mijn vragen waardoor ik alles inmiddels goed begrijp en ook zelfverzekerd ben van mijn uitgevoerde analyses. Kortom, de analyse was het grootste struikelblok maar anderzijds heb ik ook enorm veel kennis weer opgehaald waar ik zeer blij mee ben.
Voorafgaand aan het schrijven van de discussie ben ik eerst gaan brainstormen over punten van kritiek. Al snel kwamen de drie punten naar boven die ik heb beschreven in mijn verslag. Wel had ik bij het inleveren van de eerste versie het gevoel dat het kritischer of scherper had gekund, daar was ik dan ook onzeker over. Dit zat hem vooral in het feit dat ik meer op de theorie had willen ingaan en wat de resultaten daarvoor betekende maar al snel kwam ik tot het inzicht dat het toch lastig was om hier al veel over te zeggen omdat ik best wat grote zaken had aan te merken op de methode en manipulatie. Hiermee bedoel ik te zeggen dat het eerst van groot belang is om de methode te verbeteren voordat de resultaten echt goed teruggekoppeld zouden kunnen worden naar de theorie. Uiteindelijk denk ik dat ik wel de kernpunten heb weten aan te halen in mijn discussie en ben ik er tevreden mee.
20
C) Wat zijn de sterke en zwakkere punten van mijn onderzoeksverslag?
Sterke punten:
- Goed wetenschappelijk taalgebruik bij de methode- en resultatensectie en een sterke uitwerking:
Ik denk dat het vooral bij de methode- en resultatensectie goed is gelukt om krachtige zinnen op te schrijven volgens wetenschappelijk taalgebruik. Het is to the point en geeft geen reden tot twijfel.
- Uitgebreid literatuur onderzoek
Ik heb heel veel artikelen gelezen waardoor ik veel kennis het opgedaan over alle aspecten van eerder onderzoek, theorieën, de methode etc. Dit heeft mij in staat gesteld om kritisch te denken en verder te denken dan wat voor de hand lag. Mijn grote literatuuronderzoek is dan ook terug te zien in mijn literatuurlijst.
- U-shape theorie discussie
Ik ben blij met de manier waarop ik deze theorie heb verwerkt in mijn discussie. Ik ben van mening dat het bijdraagt aan meer diepgang.
- Schrijfstijl
Ik denk dat mijn verslag goed wegleest. Zwakke punten:
- Abstract
Ik ben niet zo tevreden over mijn abstract. Bij een eerdere versie hield ik mij behoorlijk vast aan wat ik tijdens eerdere vakken heb geleerd tijdens mijn studie maar dit bleek toch niet zo goed te zijn/ de bedoeling te zijn. Daarna voelde ik mij een beetje verloren met het herschrijven ervan. Ik heb dus geprobeerd om de abstract zo abstract mogelijk te houden maar daarmee vind ik deze eigenlijk ook te oppervlakkig.
- Inleiding
Persoonlijk vind ik het lastig om een zo to the point mogelijke inleiding neer te zetten. Zoals eerder benoemd is er zeer veel onderzoek beschikbaar en spreekt dit elkaar ook regelmatig tegen. Op een gegeven moment zie je door de bomen het bos niet meer. Toch heb ik geprobeerd het zo helder en accuraatmogelijk op te schrijven en ben ik uiteindelijk zeker wel tevreden.
- Analyse
Ook al ben ik tevreden met, en zeker van, de uitvoering van de huidige analyses, ik had liever een uitgebreidere analyse gedaan. Het voelt nu een beetje summier aan, slechts twee hoofdanalyses. Ik had de data wel uitvoeriger willen onderzoeken, al gaf het experiment niet veel aanleiding tot andere analyses aangezien er geen effect is gevonden. Daarnaast had ik ook gewild dat ik meer statistische kennis had gehad om bijvoorbeeld aan analyse uit te voeren die mijn begeleider eens noemde waarbij via
21 random kiezen, per conditie evenveel trials worden meegenomen.
- Tijdsvorm en spelling
Ook al heb ik het zeer vaak doorgelezen, er zullen ongetwijfeld nog spelfouten in staan. Ik vond het lastig om de juiste tijdsvormen te gebruiken wanneer ik verwees naar mijn eigen onderzoek binnen de inleiding. Bij andere secties is mij dit wel goed gelukt denk ik. Al met al ben ik tevreden met mijn bachelor scriptie, heb ik er heel veel tijd in gestoken en het meest belangrijk: ik heb er ook heel veel van geleerd. Zowel over de theorie als over het proces van het schrijven van een onderzoeksverslag.
D) Hoe ben ik met de ethische aspecten van het onderzoek omgegaan?
Binnen mijn onderzoek was er niet echt sprake van onethische aspecten. Wel heb ik natuurlijk geprobeerd de participanten zoveel mogelijk op hun gemak te laten voelen. Zo kon het bijvoorbeeld bij de kalibratiefase zo zijn dat de participanten geen targets
detecteerden omdat de fade-in tijd nog te laag lag. Ik heb voor aanvang van het onderzoek de participanten duidelijk gemaakt dat zij niet raar zouden zijn wanneer ze geen targets zouden detecteren. Dit is geheel normaal want er zit nou eenmaal veel variatie in zicht tussen mensen. Ze konden rustig afwachten en naar verwachting zouden zij na verloop van tijd de targets beter kunnen detecteren.
Daarnaast is met alle proefpersonen na afloop nog gesproken over het experiment. Omdat het experiment voor de meeste mensen zeer veel energie en concentratie vergt is ervoor gezorgd dat de participanten weer een beetje konden ontladen. Daarnaast is aan iedere participant na afloop een stuk fruit of een snoepje gegeven als bedank voor deelname.
