Operant conditioning and slow potential changes from monkey cortex

The most marked finding in the present study was the demonstration of the existence of two independent SPs related to the conditioning task, and it was suggested that the frontal-dominant potential was analogous to CNV recorded in humans and reflected the association of the two stimuli, whereas the central-Dominant SP was an indication of motor inhibition and readiness to respond.

Abstract

The present study attempted to obtain information concerning the distribution of SP changes over monkey cortex in order to delineate the source and functional significance of contingent negative variation (CNV). Both shock-avoidance and food-reward paradigms were employed in an attempt to determine the relationship between slow potentials (SPs) and mode of reinforcement. Transcortical platinized-platinum electrodes were stereotaxically implanted in 5 rhesus monkeys. Subjects were trained to respond in order to either receive food reinforcement or avoid shock. A warning stimulus (click) was followed 1 sec later by the imperative stimulus (1500 c/sec tone of 1.5 sec duration); subjects were required to respond during the tone period by pressing a lever. Approximately 100 trials were given a day, 5 days a week, for a 2 month period. Brain electrical activity was suitably amplified and recorded on magnetic tape for subsequent computer analysis. Negative SP changes were recordable from many portions of frontal cortex. The most marked finding in the present study was the demonstration of the existence of two independent SPs related to the conditioning task. A frontal-dominant potential developed gradually with training, while the central-dominant SP was of significant magnitude from the onset of training. Each potential was of equal magnitude bilaterally and persisted for the duration of the 2 month testing period. Type of reinforcement was a significant variable in determining the distribution of cortical SPs. Shock reinforcement caused an increase in precentral regions that was not manifested in frontal areas. It was suggested that the frontal-dominant potential was analogous to CNV recorded in humans and reflected the association of the two stimuli, whereas the central-dominant SP was an indication of motor inhibition and readiness to respond. The possible relationship between these potentials was discussed in terms of triggering mechanisms for the initiation of timed movements. L'étude actuelle tente d'obtenir des informations sur la distribution des variations de potentiels lents sur le cortex du singe afin de délimiter l'origine et la signification fonctionnelles des VCN. Des paradigmes comportant l'évitement d'un choc électrique et la gratification en nourriture ont été utilisés afin de déterminer la relation entre les potentiels lents et la modalité de renforcement. Des électrodes transcorticales en platineplatinisé ont été implantées par voie stéréotaxique chez 5 singes rhésus. Les sujets ont été entraînés à répondre afin soit de recevoir un renforcement en nourriture, soit d'éviter le choc. Un stimulus d'avertissement (clic) est suivi une seconde plus tard du stimulus impératif (ton à 15000 c/sec d'une seconde et demie de durée); il est demandé aux sujets de répondre au cours de ce bruit en pressant un levier. Il a été fait environ cent épreuves par jour, 5 jours par semaine, pendant une période de 2 mois. L'activité électrique cérébrale a été amplifée de façon convenable et enregistrée sur bande magnétique pour analyse ultérieure sur calculateur. Des variations négatives de potentiels lents peuvent être enregistrées sur plusieurs parties du cortex frontal. Le résultat le plus saillant de l'étude actuelle est la mise en évidence de deux potentiels lents indépendants, liés à la tâche de conditionnement. Un potentiel frontal-dominant se développe graduellement avec l'appretissage, tandis que le potentiel lent central-dominant montre une amplitude significative dès le début de l'apprentissage. Chaque potentiel est d'amplitude égale des deux côtés et persiste pendant les 2 mois de la période expérimentale. Le type de renforcement est une variable significative dans le déterminisme de la distribution des potentiels lents corticaux. Le renforcement par choc électrique provoque une augmentation au niveau des régions précentrales qui ne se manifeste pas sur les aires frontales. L'auteur suggère que le potentiel frontal-dominant est analogue à la VCN enregistrée chez l'homme et reflète l'association des deux stimuli, tandis que le potentiel lent central-dominant est une indication d'inhibition motrice et de préparation à répondre. La relation possible entre ces potentiels est discutée en termes de mécanismes de déclenchement de l'initiation de mouvements programmés.