Dokument: Interactions between mechanisms for memory and decision-making
| Titel: | Interactions between mechanisms for memory and decision-making | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=55146 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20210112-133445-5 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Englisch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Lüttgau, Lennart [Autor] | |||||||
| Dateien: |
| |||||||
| Beitragende: | Jocham, Gerhard [Gutachter] Prof. Dr. Kalenscher, Tobias [Gutachter] | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 100 Philosophie und Psychologie » 150 Psychologie | |||||||
| Beschreibungen: | Das Entscheidungsverhalten und das assoziative Gedächtnis sind allgegenwärtige kognitive Prozesse, die eine hohe Alltagsrelevanz für Menschen und andere Tiere aufweisen. Daher verwundert es nicht, dass beide Prozesse über lange Forschungstraditionen als separate Disziplinen in der Psychologie und in den (kognitiven) Neurowissenschaften verfügen. Allerdings entstand durch diese getrennte Betrachtung der Eindruck, beide Prozesse liefen vollkommen unabhängig beziehungsweise getrennt voneinander ab und die Forschung fokussierte sich auf eine isolierte Betrachtung beider Phänomene. Erst kürzlich entwickelte sich die Idee, dass sich Gedächtnis- und Entscheidungsprozesse gegenseitig beeinflussen und sogar systematisch verzerren könnten. Neoklassische ökonomische Modelle des Entscheidungsverhaltens nehmen an, dass Gedächtnis-repräsentationen von Präferenzen und der Wertigkeit von Entscheidungsoptionen einseitig das Entscheidungsverhalten bestimmen. Allerdings beinhalten viele Entscheidungssituationen komplett neue Stimuli, Ereignisse oder situationale Gegebenheiten, für die die Entscheiderin keinerlei Vorerfahrungen besitzt. Darüber hinaus stellen sich nicht nach allen Entscheidungen direkt belohnende oder bestrafende Konsequenzen ein und häufig entwickeln sich die Folgen von Entscheidungen erst sehr viel später als die konkrete Entscheidungssituation. Unter diesen Bedingungen ist es äußert schwierig, ausschließlich fehlerbasiert oder durch Belohnungs-lernmechanismen zu lernen. Es erscheint daher unplausibel, dass alle Entscheidungen auf die durchschnittliche, lerngeschichtlich erworbene Wertigkeit von Entscheidungsoptionen zurück-zuführen sind. Wahrscheinlicher ist, dass andere Mechanismen, wie etwa assoziative Gedächtnisprozesse, genutzt werden, um Wertrepräsentationen in neue Entscheidungskontexte zu generalisieren beziehungsweise zu übertragen. Weiterhin ignorieren neoklassische ökonomische Modelle des Entscheidungsverhaltens die Möglichkeit, dass das Entscheidungsverhalten selbst einen verändernden Einfluss auf Wertigkeits- und Präferenz-Repräsentationen im Gedächtnis haben könnte. In der vorliegenden Arbeit wurde daher untersucht, ob es zu zweiseitigen Interaktionen zwischen dem Entscheidungsverhalten und assoziativen Gedächtnisprozessen kommt.
Um diese Interaktionen zu untersuchen wurden gesunde Normalprobandinnen mit Konditionierungsparadigmen höherer Ordnung und klassischen Konditionierungsexperimenten getestet. Zusätzlich kamen gedächtnisbasierte Entscheidungsaufgaben zum Einsatz, mit denen Präferenz und Präferenzänderungen auf der Verhaltensebene gemessen werden sollten. Wir nutzten computationale Modellierung um mögliche Lernmechanismen die das beobachtete Entscheidungsverhalten beschreiben können zu quantifizieren und um verschiedene Modelle zu vergleichen. Zur Messung von Gedächtnisrepräsentationen und der Veränderung der assoziativen Stärke zwischen Stimuli, nutzten wir drei repräsentationale Neurobildgebungstechniken auf funktionellen Magnetresonanztomografie (fMRT)-Daten: fMRT-Adaptation, Ähnlichkeitsanalysen multivariater neuronaler Muster und klassifikationsbasierte multivariate Musteranalyse. Im Entscheidungsverhalten der Probandinnen nach einem Konditionierungsprozess höherer Ordnung fanden sich Belege für eine Übertragung von Wertrepräsentationen. Zu diesem Entscheidungsmuster kam es obwohl Probandinnen über kein explizites Wissen über die (höher-geordnete) assoziative Struktur des Lernexperiment verfügten, was darauf hindeutet, dass Menschen Wertigkeiten von Entscheidungsoptionen implizit über Lernmechanismen höherer Ordnung erlernen können. Auf neuronaler Ebene gab es Belege dafür, dass die verwendeten gustatorischen unkonditionierten Stimuli (und damit einhergehend vermutlich der durch diese Stimuli transportierte motivationale Zustand oder die Wertigkeit) im linken lateralen orbito-frontalen Kortex durch die vorher damit gepaarten konditionierten Stimuli erster Ordnung reaktiviert wurde. Zusätzlich fanden sich Anzeichen dafür, dass eine direkte assoziative Verbindung zwischen dem durch den unkonditionierten Stimuli transportierten motivationalen Zustand oder dessen Wertigkeit und dem konditionierten Stimulus zweiter Ordnung in der Amygdala erzeugt wurde. In einer weiteren Reihe von Experimenten mit einem neu entwickelten Lern- und Entscheidungsparadigma fanden sich konsistente Belege für entscheidungsinduzierte Präferenzänderungen: Zuvor ausgewählte Entscheidungsoptionen wurden häufiger gewählt, für nicht ausgewählte Optionen zeigten sich verringerte Präferenzen – im Vergleich zu ansonsten gleichwertigen Optionen. Diese Entscheidungseffekte wirken scheinbar in entgegengesetzte Richtungen und konnten entscheidungsinduzierte Präferenzänderungen bei Optionen, die gleich häufig ausgewählt und nicht ausgewählt wurden, aufheben. In einem zusätzlichen Experiment konnte zudem ausgeschlossen werden, dass die beobachteten entscheidungsinduzierten Präferenzänderungen ausschließlich auf akquirierte Stimulus-Reaktions-Tendenzen zurückführbar sind. Diese entscheidungsinduzierten Präferenzänderungen traten auf, ohne dass Probandinnen jemals die Konsequenzen ihrer Entscheidungen präsentiert wurden. Auf neuronaler Ebene gab es Belege dafür, dass die assoziative Stärke der Stimulus-Belohnungs-Verbindung zuvor gewählter Optionen gestärkt, wohingegen die assoziative Stärke der Stimulus-Belohnungs-Verbindung zuvor nicht gewählter Optionen abgeschwächt wurde. Diese Veränderungseffekte zeigten sich im linken Hippocampus und im rechten lateralen orbito-frontalen Kortex. Darüber hinaus waren stärkere entscheidungsbezogene Erhöhungen der assoziativen Stärke der Stimulus-Belohnungs-Verbindung assoziiert mit erhöhter Präferenz für zuvor ausgewählte Optionen. Insgesamt deuten die Experimente der vorliegenden Arbeit daraufhin, dass es zu zweiseitigen Interaktionen zwischen dem Entscheidungsverhalten und assoziativen Gedächtnis-prozessen kommt. Es konnte gezeigt werden, dass erlernte assoziative Strukturen höherer Ordnung für die Übertragung von Wertrepräsentationen auf Stimuli, die selbst nie direkt mit einer Belohnung oder Bestrafung gepaart wurden, genutzt werden können. Außerdem zeigte sich, dass entscheidungsinduzierte Präferenzänderungen durch die Veränderung von assoziativen Gedächtnisinhalten entstehen könnten. Entgegen der einseitigen Perspektive neoklassischer ökonomischer Modelle des Entscheidungsverhaltens, deuten beide Hauptergebnisse dieser Arbeit darauf hin, dass Werterepräsentationen im Gedächtnis und das Entscheidungsverhalten sich gegenseitig beeinflussen.Decision-making and associative memory represent ubiquitous cognitive processes that are highly relevant in humans’ and other animals’ everyday lives. Consequently, both processes have long standing traditions of investigation – yet within two separate fields of research in psychology and (cognitive) neuroscience. For decades of research, both processes have been viewed as distinct entities and were therefore studied mostly in isolation. Only recently it has been suggested that both memory and decision-making processes might influence and bias each other. Neo-classical economic models of decision-making have proposed that memory representations of preferences and choice option values unidirectionally guide or influence choice behavior. However, many decision scenarios involve entirely new stimuli, events or situational setups for which previous experience is lacking. Additionally, decisions are often not immediately followed by reinforcing stimuli or need to be taken in situations where the consequences arise at sometimes drastically long timescales. Both these circumstances render learning based on error-driven, reinforcement learning-based strategies challenging. Thus, it has been proposed that not all decisions are exclusively based on the averaged value resulting from a past learning history. Rather it seems that other mechanisms, like associative memory processes, are necessary for generalization and transfer of value to novel choice contexts. Moreover, neo-classical economic models neglect the possibility that choice behavior itself might have a modificatory influence on value and preference representations stored in the memory systems. In the present work, we therefore aimed at investigating bidirectional interactions between decision-making and associative memory processes. To study these interactions, we investigated healthy human subjects and combined second-order conditioning and Pavlovian conditioning experiments with memory-based decision-making paradigms to assess preference (changes) on the behavioral level. We used computational modelling to quantify and compare model fits of candidate learning mechanisms that describe the observed choice behavior. To measure memory representations and changes of associative strength between stimuli, we employed three representational neuroimaging analysis techniques on functional magnetic resonance imaging (fMRI): fMRI repetition suppression, multivariate neural pattern similarity analyses and classification-based multivariate pattern analyses. We found hallmarks of value transfer in the choice patterns following second-order conditioning. Importantly, this choice bias was present even though participants were unaware of the underlying (higher-order) associative learning structure of the experiment, indicating that humans implicitly acquire subjective value through higher-order learning mechanisms. The observed behavioral effect was paralleled by neuroimaging findings suggesting that neural patterns representing the administered gustatory unconditioned stimuli (and presumably the motivational state or value conveyed by these outcomes) are reinstated in the left lateral orbitofrontal cortex by previously paired first-order conditioned stimuli. Additionally, there was evidence for the formation of a direct associative link between the reinstated motivational state or value conveyed by outcomes to second-order conditioned stimuli in the amygdala. Moreover, in a series of experiments employing a newly developed learning and decision-making paradigm, we found converging evidence for choice-induced preference changes: While previously chosen options were selected more frequently, unchosen options showed diminished preferences – compared to otherwise equivalent options. The choice effects were cancelled out when an option was chosen and unchosen equally often during choice-induced revaluation. Additional experimental results indicated that the observed choice-induced preference changes were unlikely to be exclusively driven by acquired stimulus-response tendencies. Importantly, preference changes occurred even without participants ever experiencing the consequences of their choice. There was neuroimaging evidence for choice-induced strengthening of stimulus-outcome associations of previously chosen options, whereas we observed weakening of stimulus-outcome associations of previously unchosen options in the left hippocampus and right lateral orbitofrontal cortex. Additionally, stronger hippocampal representations of stimulus-outcome associations were associated with higher preference for previously chosen options. Taken together, the results of all experiments conducted in this work strongly suggest bidirectional interactions between decision-making and associative memory. Here we show that exploiting acquired higher-order associative structures stored in memory might support transfer of value to stimuli that had themselves never been directly coupled with reinforcement. Additionally, we found that choice-induced preference changes might arise from choice-related transformations of associative memories. Contrary to the unidirectional view of neo-classical economic models of decision-making, both our key findings suggest that value representations in memory and decision-making influence each other bidirectionally. | |||||||
| Lizenz: |  Urheberrechtsschutz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Psychologie | |||||||
| Dokument erstellt am: | 12.01.2021 | |||||||
| Dateien geändert am: | 12.01.2021 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 24.11.2020 | |||||||
| Datum der Promotion: | 18.12.2020 |
