Abstract Cancer patients can experience nausea as they approach the place where they have received chemotherapy treatment. This nausea is likely the result of Pavlovian conditioning, where the previously neutral environment acquires conditioned properties, in this case conditioned nausea, because its association with feeling ill. To investigate this phenomenon under controlled conditions, we studied the acquisition of conditioned nausea using a distinct environment paired with an emetic drug in healthy young adults. We measured two indices of conditioning: i) conditioned place aversion, and ii) conditioned drug-like (nausea) responses. Healthy volunteers (N=32) first rated their preference for two testing rooms, and then underwent four conditioning sessions in which they received either syrup of ipecac (5 ml) or placebo. A Paired Group (PG; N=17) always received ipecac in their initially preferred room and placebo in the other, while an Unpaired Group (UG; N=15) received ipecac and placebo in both rooms. Conditioned responses were assessed with i) time spent in each room, ii) room liking and preference, and iii) feelings of nausea in each room. There was no evidence of conditioned place aversion as measured by either time spent or ratings of room liking. However, the PG did report a small increase in nausea in the ipecac-paired room. Although the conditioned responses in this study were not robust, this procedure is a first step towards studying conditioned aversive drug responses in humans, which will enable development of future studies to prevent or treat anticipatory nausea.

Abstract The perception of agency occurs when individuals feel their decisions exert control over their environment. While agency can increase memory for items, most real-life situations are more complex. The decisions we make not only affect the item we act upon, but all the other items in direct proximity of our decisions. Here, we examined how an individual’s agency to influence a situation affects their ability to learn associations between items that occur prior to and after making a decision. In our paradigm, participants were told they were playing a game show where they had to help a trial unique ‘contestant’ choose between three doors. On ‘agency’ trials, participants were allowed to pick any door they wanted. On ‘forced-choice’ trials, participants were instructed to select a door that was highlighted. They then saw the outcome, a ‘prize’ that was behind the selected door. Across two studies, participants show enhanced memory for contestants they saw in agency vs forced-choice trials. Memory benefits also extended to contestant - door and door - prize associations in both studies. Study 2 found this effect in the contestant - prize association. Notably, we found that agency also shaped the representation of memories such that they were stored as integrated sequences rather than individual relational pairs. Together, these data suggest agency over a situation leads to enhanced memory for all items in that situation. This enhanced binding for items may be occurring by the formation of causal links when an individual has agency over their learning environment.

Abstract The medial temporal lobe (MTL) is traditionally considered to be a system that is specialized for long-term memory. Recent work has challenged this notion by demonstrating that this region can contribute to many domains of cognition beyond long-term memory, including perception and attention. One potential reason why the MTL (and hippocampus specifically) contributes broadly to cognition is that it contains relational representations — representations of multidimensional features of experience and their unique relationship to one another — that are useful in many different cognitive domains. Here, we explore the hypothesis that the hippocampus/MTL plays a critical role in attention and perception via relational representations. We compared human participants with MTL damage to healthy age- and education-matched individuals on attention tasks that varied in relational processing demands. On each trial, participants viewed two images (rooms with paintings). On ‘ similar room ’ trials, they judged whether the rooms had the same spatial layout from a different perspective. On ‘ similar art ’ trials, they judged whether the paintings could have been painted by the same artist. On ‘ identical ’ trials, participants simply had to detect identical paintings or rooms. Patients were significantly and selectively impaired on the similar room task. This work provides further evidence that the hippocampus/MTL plays a ubiquitous role in cognition by virtue of its relational and spatial representations, and highlights its important contributions to rapid perceptual processes that benefit from attention.

Abstract Attention to the relations between visual features modulates hippocampal representations. Moreover, hippocampal damage impairs discrimination of spatial relations. We explore a mechanism by which this might occur: modulation by the acetylcholine system. Acetylcholine enhances afferent input to the hippocampus and suppresses recurrent connections within it. This biases hippocampal processing toward environmental input, and should improve externally-oriented, hippocampally mediated attention and perception. We examined cholinergic modulation on an attention task that recruits the hippocampus. On each trial, participants viewed two images (rooms with paintings). On “similar room” trials, they judged whether the rooms had the same spatial layout from a different perspective. On “similar art” trials, they judged whether the paintings could have been painted by the same artist. On “identical” trials, participants simply had to detect identical paintings or rooms. We hypothesized that cholinergic modulation would improve performance on the similar room task, given past findings that hippocampal representations predicted, and hippocampal damage impaired, behavior on this task. To test this, nicotine cigarette smokers took part in two sessions: one before which they abstained from nicotine for 12 hours, and one before which they ingested nicotine in the past hour. Individual differences in expired breath carbon monoxide levels — a measure of how recently or how much someone smoked — predicted performance improvements on the similar room task. This finding provides novel support for computational models that propose that acetylcholine enhances externally oriented attentional states in the hippocampus.

Incubation of craving is a phenomenon describing the intensification of craving for a reward over extended periods of abstinence from reinforcement. Animal models employ instrumental markers of craving to reward cues to examine incubation, while homologous human paradigms often rely on subjective self-reports. Here, we characterize a novel human paradigm that showed strong positive relationships between self-reports and instrumental markers of craving. Further, both measures expressed non-linear relationships with time since last consumption, which parallels homologous animal paradigms of incubation of craving.