ABSTRACT The dopamine (DA) system, particularly D1-like DA receptors (D1DR), declines across the adult life. The functional consequences of reduced D1DR has been hypothesized to vary across life periods, but the precise timing of these periods is unknown. To examine distinct phases in age-related D1DR reductions, we studied 180 healthy adults (90 females, 20-80 years), who underwent D1DR PET assessment using [ 11 C]SCH23390. A bi-phasic pattern of age-related D1DR differences was revealed, with an inflection point at approximately 40 years of age. Notably, D1DR levels before and after the inflection showed opposing relations to neurocognitive functions, in concordance with distinct consequences of D1DR differences during development and in old age. Furthermore, D1DR reductions in later life were linked to age-related cerebrovascular consequences. These results support a distinction between D1DR reductions in early adulthood from those later in life, and suggest less dramatic and more malleable DA losses in aging than previously suggested.

Abstract Vigor reflects how motivated one is to respond to a stimulus. We previously showed that humans are more vigorous when more reward is available on average, and that this relationship is modulated by the dopamine precursor levodopa. Dopamine signalling and probabilistic reward learning degrade with age, so the relationship between vigor and reward should change with age. We test this and assess whether the relationship between vigor and reward correlates with D1 dopamine receptor availability measured using Positron Emission Tomography. We measured response times of 30 older and 30 younger subjects during an oddball discrimination task where rewards varied systematically between trial. Reward rate had a similar impact on the vigor of both groups. We observed a weak positive association across subjects between ventral striatal dopamine receptor availability and effect of average reward rate on response time, which was in the opposite direction to our prediction. Overall, the effect of reward on response vigor is similar between younger and older humans and is weakly sensitive to dopamine D1 receptor availability.

Abstract Dopaminergic neurotransmission plays a pivotal role in appetitively motivated behavior in mammals, including humans. Notably, action and valence are not independent in motivated tasks, and it is particularly difficult for humans to learn the inhibition of an action to obtain a reward. We have previously observed that the carriers of the DRD2/ANKK1 TaqIA A1 allele, that has been associated with reduced striatal dopamine D2 receptor expression, showed a diminished learning performance when required to learn response inhibition to obtain rewards, a finding that was replicated in two independent cohorts. In the present study, we first report a replication of this finding in a third independent cohort of 99 participants. Interestingly, after combining all three cohorts (total N = 281), exploratory analyses regarding the COMT Val108/158Met polymorphism suggest that homozygotes for the Met allele, which has been linked to higher prefrontal dopaminergic tone, show a lower learning bias. Our results corroborate the importance of genetic variability of the dopaminergic system in individual learning differences of action-valence interaction and, furthermore, suggest that motivational learning biases are differentially modulated by genetic determinants of striatal and prefrontal dopamine function.

An abstract is not available for this content so a preview has been provided. As you have access to this content, a full PDF is available via the 'Save PDF' action button.

Pavlovian biases influence the interaction between action and valence by coupling reward seeking to action invigoration and punishment avoidance to action suppression. In this study we used an orthogonalised go/no-go task to investigate learning in 247 individuals across the human lifespan (7-80 years) to demonstrate that all participants, independently of age, demonstrated an influence of Pavlovian control. Computational modeling revealed peak performance in young adults was attributable to greater sensitivity to both rewards and punishment. However in children and adolescents an increased bias towards action but not reward sensitivity was observed. In contrast, reduced learning in midlife and older adults was accompanied with decreased reward sensitivity and especially punishment sensitivity. These findings reveal distinct learning capabilities across the human lifespan that cannot be probed using conventional go/reward no-go/punishment style paradigms that have important implications in life-long education.

Abstract Pavlovian associations drive approach towards reward-predictive cues, and avoidance of punishment-predictive cues. These associations “misbehave” when they conflict with correct instrumental behavior. This raises the question of how Pavlovian and instrumental influences on behavior are arbitrated. We test a computational theory according to which Pavlovian influence will be stronger when inferred controllability of outcomes is low. Using a model-based analysis of a Go/NoGo task with human subjects, we show that theta-band oscillatory power in frontal cortex tracks inferred controllability, and that these inferences predict Pavlovian action biases. Functional MRI data revealed an inferior frontal gyrus correlate of action probability and a ventromedial prefrontal correlate of outcome valence, both of which were modulated by inferred controllability.

Abstract Decision-making underpins many important facets of our lives. Here, we assessed if a general ability factor underpins decision-making abilities. Using factor analysis of 32 decision-making measures in 830 adolescents and young adults, we identified a common factor we refer to as ‘decision acuity’ that was distinct from IQ and reflected advantageous decision-making abilities. Decision acuity decreased with low general social functioning and aberrant thinking. Crucially, decision acuity and IQ had dissociable neural signatures in terms of resting-state functional connectivity involving specific neural networks. Finally, decision acuity was reliable and its relationship with functional connectivity was stable when measured in the same individuals 18 months later. We conclude that our behavioural and brain data demonstrate a new cognitive construct encapsulating ability to perform decision-making across distinct domains, and that the expression of this construct may be important for understanding psychopathology.

Psychosis is characterized by distorted perceptions and deficient low-level learning, including reward learning and fear conditioning. This has been interpreted as reflecting imprecise priors in a predictive coding system. However, this idea is not compatible with formation of overly strong beliefs and delusions in psychosis-associated states. A reconciliation of these paradoxical observations is that these individuals actively develop and use higher-order beliefs in order to interpret a chaotic environment. In the present behavioural and fMRI study, we compared delusion-prone individuals (n=20), a trait related to psychotic disorders, with controls (n=23; n=20 in fMRI-part) to study the effect of beliefs on fear learning. We show that instructed fear learning, involving explicit change of beliefs and an associated activation of lateral orbitofrontal cortex, is expressed to a higher degree in delusion-prone subjects. Our results suggest that strong high-level top-down learning co-exists with previously reported weak low-level bottom-up learning in psychosis-associated states.