Rol de la recompensa en el aprendizaje de concepto

Abstract

Para poder adaptarse rápidamente a nuevas situaciones los seres humanos son capaces de generalizar, es decir de usar una estrategia ya aprendida en otras situaciones similares. Durante la generalización, se ha demostrado activación acoplada entre el área tegmental ventral, estriado ventral, corteza prefrontal ventromedial e hipocampo, denominado “circuito mesolímbico-hipocampal”. Este circuito podría relacionarse con el aumento del rendimiento en tareas de memoria asociado a aumentar la magnitud de una recompensa. También hay maneras subjetivas de aumentar el valor de la recompensa como ocurre con el “efecto de poseer la recompensa” o “endowment effect”. En la enfermedad de Alzheimer (EA) existe una pérdida progresiva de la memoria episódica por compromiso del hipocampo, aunque pueden aprender algunas habilidades luego de un entrenamiento, no serían capaces de generalizar. En este proyecto de tesis se estudió el efecto “poseer la recompensa” sobre el rendimiento, en una prueba de aprendizaje de conceptos basada en feedback, en sujetos con EA y personas sanas. La prueba consiste en predecir el tiempo (sol o lluvia) asociado determinísticamente a 8 patrones visuales distintos, utilizando el feedback proporcionado después de cada ensayo. Se realizan 320 ensayos de aprendizaje organizados en 8 bloques de 40 ensayos. En cada ensayo se presenta un patrón formado por la combinación de 2 de un total de 4 figuras, por lo tanto para contestar la prueba era posible aprender a asociar las figuras en el espacio (concepto o regla espacial) o entre sí (concepto no espacial), o bien memorizar cada uno de los 8 patrones. Se evaluó el conocimiento consciente del concepto utilizado, y de la asociación de cada uno de los 8 patrones. En los jóvenes se usó una prueba con las 2 reglas (espacial y no espacial), en los > 60 años solo la regla espacial. Primero se estudió un grupo de sujetos jóvenes de alto rendimiento cognitivo (n=60). Estos fueron aleatoriamente divididos en una prueba con recompensa creciente (podían ganarla si rendían lo esperado) o decreciente (poseían la recompensa desde el inicio y podían perderla si no rendían lo esperado). Un 96% de los jóvenes aprendió la prueba, existiendo significativa variación individual en la velocidad de aprendizaje. Un aprendizaje más rápido se asoció al sexo masculino, un mayor conocimiento consciente (concepto y patrones), principalmente del concepto espacial y a una recompensa decreciente. Concluimos que en los jóvenes: i.-la “formación de un concepto” se asocia a un aprendizaje rápido; ii.- la recompensa decreciente aumenta significativamente el rendimiento, lo que sugiere la influencia del “endowment effect” reflejado solo en las mujeres jóvenes, posiblemente debido a una mayor aversión a la pérdida en el género femenino. iii.- las mujeres para rendir mejor requirieren de mayor uso de la memoria explícita. Estos resultados son consistentes con que las mujeres serían más dependientes de “marcadores” en tareas espaciales, existiendo mayor activación del córtex frontal en las mujeres y del córtex parietal en los hombres (vías visuales anterior y posterior respectivamente). Una segunda fase de este trabajo incluyo una muestra de personas >60 años: 38 controles sin deterioro cognitivo y 35 personas con deterioro cognitivo (DC): 8 con DC leve y 27 con EA leve a moderado. En este grupo se utilizó una versión simplificada de la tarea consistente en una sola regla de asociación espacial. El 29% del grupo con DC aprendió la tarea comparado con un 82% del grupo control. Tanto en los controles como en el grupo con DC, una mayor velocidad de aprendizaje se correlaciona con una mayor escolaridad y un mayor conocimiento del concepto espacial. No hubo efectos significativos del tipo de recompensa sobre el aprendizaje. En el grupo con EA, los sujetos que aprendieron (4/27) presentaron disociación entre el rendimiento en la prueba y el conocimiento explícito de los patrones (bajo reconocimiento), pero una correlación significativa entre el rendimiento y la “consciencia de un concepto espacial”, lo cual sugiere que la capacidad de “conceptualizar y generalizar” estaría preservada en los pacientes con EA leve que poseen una alta reserva cognitiva.

Human beings have the capacity of rapid adaptations to new circumstances using generalization, defined as the use of the same responses to situations that share the same concept. During generalization there is activation of the ventral tegmental area, ventral striatum, ventromedial prefrontal cortex and hippocampi, known as the “mesolimbic-hippocampal loop”. This circuit may be associated to the increase in performance in memory test in the presence of an augmented reward magnitude. Furthermore, there are subjective forms to increase the reward value, one of these occurs when someone owns the reward or “endowment effect”. In Alzheimer disease (AD) there is a progressive memory loss due to hippocampal neuronal death, even though subjects can acquire new abilities after significant training, there is uncertainty of their ability to generalize. In this thesis project I studied the effects reward ownership on the performance in a conceptual task with feedback in a healthy subjects group and compare it with those of AD patients. In the task, the subjects had to predict the weather (sun or rain) deterministically associated to each of 8 visual patterns, using the feedback given at the end of each trial. Every trial consisted in the presentation of a pattern formed by the combination of 2 of 4 geometrical figures, thus for to improve the performance it was possible to memorize every pattern or to associate the figures in the space (spatial concept) or within each other (non spatial concept). The task consisted of 320 trials divided in 8 blocks of 40 trials. Using a debriefing protocol, I tested the explicit knowledge of:- the concept used and -the association of the 8 patterns with the result. The students were exposed to a task with two association rules, while subjects >60 years only practiced the spatial rule. I first characterized the task performance of a young group (age=19±1, n=60) with high cognitive abilities. This group was divided in one group with increasing reward and another group with decreasing reward. Overall, 97% of the subjects in this group learned the task. However, learning speed exhibits significant variability between subjects. Faster learning was obtained in males, and was associated to an awareness of the concepts (mainly the spatial concept), and patterns; and decreasing reward type. A decreasing reward significantly augments the performance in agreement with the “endowment effect”, that was significant only in young women probably because they are more risk averse than men. The results indicate that women with better explicit memory of the task achieve a better performance. This evidence is consistent with a gender difference in the activation of the cortical networks during visuospatial tasks suggesting that women are more dependent on the frontal cortex and men are more dependent on the parietal cortex (ventral and dorsal visual streams). We further recruited 73 subjects older than 60 years: 38 were controls without cognitive impairment (CI), and 35 were patients with CI: 8 with mild CI, and 27 with mild to moderate AD. In the CI group, 29% of the subjects learned the task compared to the 82 % of the control subjects. This group did not exhibit significant effects of the reward on learning. Interestingly, fast learning is observed in the subjects with more education, and in those with higher awareness of the spatial rule, even in subjects with mild AD. These results suggest that the “conceptualization” networks are preserved in the mild EA patients that have elevated cognitive reserve.