Abstract Recent data suggest that interactions between systems involved in higher order knowledge and associative learning drive responses during appetitive and aversive learning. However, it is unknown how these systems impact subjective responses, such as pain. We tested how instructions and reversal learning influence pain and pain-evoked brain activation. Healthy volunteers (n = 40) were either instructed about contingencies between cues and aversive outcomes or learned through experience in a paradigm where contingencies reversed three times. We measured predictive cue effects on pain and heat-evoked brain responses using functional magnetic resonance imaging. Predictive cues dynamically modulated pain perception as contingencies changed, regardless of whether participants received contingency instructions. Heat-evoked responses in the insula, anterior cingulate, and putamen updated as contingencies changed, whereas the periaqueductal gray and thalamus responded to initial contingencies throughout the task. Quantitative modeling revealed that expected value was shaped purely by instructions in the Instructed Group, whereas expected value updated dynamically in the Uninstructed Group as a function of error-based learning. These differences were accompanied by dissociations in the neural correlates of value-based learning in the rostral anterior cingulate, medial prefrontal cortex, and orbitofrontal cortex. These results show how predictions impact subjective pain. Moreover, imaging data delineate three types of networks involved in pain generation and value-based learning: those that respond to initial contingencies, those that update dynamically during feedback-driven learning as contingencies change, and those that are sensitive to instruction. Together, these findings provide multiple points of entry for therapies designs to impact pain.

Abstract The microgravity environment results in transient changes in sensorimotor behavior upon astronauts’ return to Earth; the effects on behavior inflight are less understood. We examined whether adaptation to sensory conflict is disrupted in microgravity, suggesting competition for adaptive resources. We evaluated sensorimotor adaptation pre-, in-, and post-flight, as well as functional brain changes at pre- and post-flight, in astronauts participating in International Space Station missions. Astronauts (n = 13) performed this task pre- and four times post-flight within an MRI scanner and performed the task three times in microgravity during a 6-mo mission. We collected behavioral data from Earth-bound controls (n = 13) along the same timeline. Astronauts displayed no change in adaptation from pre- to inflight or following their return to Earth. They showed greater aftereffects of adaptation inflight; controls did not. Astronauts also displayed increased brain activity from pre- to post-flight. These increases did not return to baseline levels until 90 d post-flight. This pattern of brain activity may reflect compensation, allowing astronauts to maintain pre-flight performance levels. These findings indicate that microgravity does not alter short-term visuomotor adaptation; however, it does affect de-adaptation, and post-flight sensorimotor neural activation can take up to 90 d to return to pre-flight levels.