Information processing in dorsal striatum subregions during instrumental learning

Previous research has suggested that the functions of the dorsomedial (DMS) and dorsolateral (DLS) striatum are dissociable, the former mediating goal-directed action-outcome (A O) associations and the latter habitual stimulus-response (S R) associations. Some of this evidence was obtained using different schedules of reinforcement in operant tasks, in combination with reinforcer devaluation. The present experiments used different versions of the win-stay task and single-solution T-maze tasks to assess the role of dorsal striatum subregions in instrumental learning. In contrast to previous studies, DMS but not DLS lesions impaired win-stay learning in both a conventional and in an automated radial maze, in which rats were allowed to obtain food multiple times from the same arms. This suggests that win-stay performance was due primarily to A O associations. Consistent with this conclusion, devaluation of the reinforcer impaired the performance of control rats but not that of rats with either DMS or DLS lesions. This suggests that the rats also acquired S-R associations which were revealed when A-O associations were eliminated by the lesions. It was hypothesized that hippocampus learning to avoid revisiting baited arms suppresses DLS-based S R associations, making win-stay performance dependent on DMS-based A O associations. When the reinforcer was delivered on an interval schedule in the win-stay task both DMS and DLS lesions impaired performance, and reinforcer devaluation had no effect, suggesting that the interval schedule promoted S-R learning.Single-solution T-maze tasks were studied in an attempt to understand the roles of the striatal subregions in the components of win-stay learning. The results suggested that the DMS is required for the ability to acquire instrumental reinforcement contingencies with a proximal cue, a spatial location or a body turn. The availability of extramaze cues (EMCs) interfered with learning the cue task but not the turn or place tasks. DLS lesions also impaired cue learning (upon removal of EMCs), retarded but did not eliminate learning in the turn task, and enhanced learning in the place task when EMCs were available. Overall, these findings indicate that numerous different kinds of learning occur simultaneously and interact with each other in maze learning situations. Neurotoxically selective lesions of the striatal patch compartment had no significant effects on overall learning rates in the cue, turn or place tasks, but there were significant correlations between the residual patch area and several aspects of performance in the group of lesioned rats. The findings suggest that the patch compartment may mediate functions that can influence maze performance although its involvement may not be central to these forms of instrumental learning.Des recherches antérieures ont révélé que les fonctions de la partie dorsomédiane (DMS) et dorsolatérale (DLS) du corps strié sont dissociables, la première acquiert des associations entre une action et un objectif (A O) et la dernière acquiert des associations entre un stimulus et une action/réponse (S R). Certaines de ces preuves ont été obtenues en utilisant différents programmes de renforcement, en combinaison avec la dévaluation de la récompense. La présente série d'expériences a examiné le rôle des sous-régions du corps strié dorsal dans l'apprentissage instrumental, en utilisant différentes versions de la tâche win-stay et celles employant le labyrinthe en T. Contrairement aux résultats antérieurs, des lésions du DMS mais pas du DLS ont détérioré l'apprentissage de la tâche win-stay dans plusieurs versions du labyrinthe radial, conventionnel et automatisé, dans lesquels les rats pouvaient obtenir une récompense en visitant les mêmes branches du labyrinthe plusieurs fois. Les résultats ont démontré que des associations A O sont impliquées dans l'apprentissage win-stay. La dévaluation de la récompense a appuyé cette conclusion, où la performance des rats normaux a été affectée mais pas celle des rats avec des lésions du DMS ou DLS. Ceci a aussi démontré que les rats ont acquis des associations S R qui ont été révélées lorsque les associations A O ont été éliminées par les lésions. Une hypothèse a été formulée suggérant que l'apprentissage acquis par l'hippocampe pour éviter de visiter les branches du labyrinthe où la récompense peut être trouvée, empêche la formation des associations S R, ce qui rend la performance dépendante sur l'acquisition des associations A O dans le DMS. Lorsqu'un programme de renforcement à intervalles a été employé, l'apprentissage win-stay a été affecté par des lésions du DMS et du DLS. De plus, la dévaluation de la récompense n'a eu aucun effet, suggérant que le programme à intervalles favorise l'apprentissage S R.Les expériences employant le labyrinthe en T ont été utilisées afin de mieux comprendre le rôle des sous-régions du corps strié dorsal dans les composantes de l'apprentissage win-stay. Les résultats ont suggéré que le DMS est requis pour l'apprentissage basé sur des indices proximaux (IP), egocentriques (IE) et allocentrique (IA). La présence de points de repère spatiaux (PRS) a interféré avec l'apprentissage d'IP mais pas celui d'IE ou IA. Les lésions du DLS ont affecté l'apprentissage d'IP (une fois les PRS étaient éliminés), ils ont ralenti mais n'ont pas empêché l'apprentissage d'IE, alors qu'ils ont facilité l'apprentissage d'IA lorsque les PRS étaient disponibles. Ces résultats démontrent que plusieurs formes d'apprentissage peuvent se produire simultanément et interagissent ensemble. Des lésions neurotoxiques spécifiques au compartiment des striosomes du corps strié dorsal n'ont pas affecté l'apprentissage d'IP, IE et IA. Cependant, les résultats ont indiqué une corrélation entre la région résiduelle des striosomes et plusieurs formes d'apprentissage chez les rats avec des lésions. Ceci suggère que la fonction des striosomes peut être reliée à la performance mais n'est pas centrale à l'apprentissage instrumental