Reward-based observational learning: Importance of social information and Anterior Cingulate Cortex for attention

Abstract

Observasjonslæring er en naturlig egenskap som er bevart fra gnagere til primater, men det nøyaktige underliggende nevronale grunnlaget er fortsatt ukjent. Nevroutviklingsforstyrrelser som autisme blitt assosiert med et fravær av observasjonslæring, derfor er det en klar interesse i å karakterisere disse patologiske endringene. Formålet med dette prosjektet er å belyse rollen til sosial informasjonsbehandling og anterior cingulate cortex i oppmerksomhet og hvordan det potensielt kan påvirke observasjonslæring. For å undersøke dette ble det brukt et ikke-intuitivt atferdsparadigme. Det første eksperimentet ble designet for å teste om rotter kunne lære en oppgave ved å observere en annen rotte utføre den samme oppgaven. Det ble fastslått at observatørrotter, i motsetning til naive dyr, var betydelig raskere til å lære oppgaven. For å teste betydningen av sosial informasjon for korrekt tilegnelse av oppgaven, introduserte vi en naiv rotte i stedet for en trent utøver, som effektivt fjernet oppgaverelevant informasjon, men fremdeles ga en sosial ledetråd. Resultatene avslørte at observatørene ikke kunne lære oppgaven for denne tilstanden, noe som antydet en kritisk rolle for oppgavespesifikk ytelse fra utøverdyr under observasjonslæring. Siden oppmerksomhet sannsynligvis kan påvirke ens evne til observasjonslæring, testet vi for forskjeller i observatørens oppmerksomhet på tvers av ulike eksperimenter. For å kategorisere dette utviklet vi et objektivt analyseverktøy som inkorporerte en kombinasjon av en skreddersydd atferdsgruppering og en kjent programvare for sporing av gnagere. De foreløpige dataene indikerer at observatørene var like oppmerksomme i alle eksperimenter, men de lærte oppgaven bare i nærvær av oppgaverelevant informasjon mottatt fra utøveren. Til slutt, for å kontrollere rollen til anterior cingulate cortex i oppmerksomhet og observasjonslæring, ble optogenetikk brukt for å dempe aktiviteten til denne regionen hos observatører. Foreløpige resultater viste at inhibisjon av anterior cingulate cortex forstyrret observasjonslæring, siden observatører ikke kunne lære oppgaven gjennom observasjon mens dette området var inhibert. I tillegg rapporterer vi at inhibisjon av anterior cingulate cortex ikke påvirker sosial oppmerksomhet hos rotter. Basert på disse observasjonene konkluderer vi med at anterior cingulate cortex er viktig for prosessering av en eller annen form for sosial informasjon som fremmer observasjonslæring, men forstyrrer ikke dyrets oppmerksomhet overfor sosiale signaler.

Observational learning is a natural behavior that is conserved from rodents to primates, yet the precise underlying neuronal substrate remains unclear. Neurodevelopmental disorders like autism have been associated with deficits in observational learning. Therefore, there is a clear translational interest to characterize these pathological changes. The purpose of this project is to shed light on the role of social information processing and the anterior cingulate cortex in attention and how it could potentially affect observational learning. To investigate this, a non-intuitive behavior paradigm was used. The first experiment was designed to test if rats (observers) could learn to choose a rewarded light ball by observing a performer rat executing the same task. It was established that, in contrast to naive animals, observer rats were significantly faster at learning the task. To test the importance of social information for correct acquisition of the task, we introduced a naive rat in place of a trained performer, effectively removing task-relevant information but still providing a social cue. The results revealed that the observers could not learn the task for this condition, suggesting a critical role of task-specific performance on the part of performer animals during observational learning. Since attention could plausibly contribute to the efficacy of observational learning, we checked for differences in the attentiveness of the observers across conditions. To categorize this, we developed an unbiased analytical tool that incorporated a custom-made behavioral grouping and rodent head-tracking software. The preliminary data indicate that the observers were equally attentive in all experiments, yet they only learned the task in the presence of task-relevant information received from the performer. Finally, to check the role of the anterior cingulate cortex in attention and observational learning, optogenetics was employed to suppress the activity of that region in observers. Preliminary results showed that anterior cingulate cortex inhibition disrupts observational learning since observers could not learn the task through observation. In addition, we report that inhibition of the anterior cingulate cortex does not affect the social attention of rats. Based on these observations, we conclude that the anterior cingulate cortex could be important for processing some form of social information that promotes observational learning but does not disrupt the attentiveness of the animal towards social cues.