AN INTEGRATIVE THEORY OF LOCUS COERULEUS-NOREPINEPHRINE FUNCTION: Adaptive Gain and Optimal Performance

Annual Review of Neuroscience - Tập 28 Số 1 - Trang 403-450 - 2005
Gary Aston‐Jones1, Jonathan D. Cohen2
1Laboratory of Neuromodulation and Behavior, Department of Psychiatry, University of Pennsylvania, Philadelphia, Pennsylvania 19104;
2Department of Psychology, Center for the Study of Brain, Mind and Behavior, Princeton University, Princeton, New Jersey 08540, and Department of Psychiatry Western Psychiatric Institute and Clinic University of Pittsburgh, Pittsburgh, Pennsylvania 15260;

Tóm tắt

Historically, the locus coeruleus-norepinephrine (LC-NE) system has been implicated in arousal, but recent findings suggest that this system plays a more complex and specific role in the control of behavior than investigators previously thought. We review neurophysiological and modeling studies in monkey that support a new theory of LC-NE function. LC neurons exhibit two modes of activity, phasic and tonic. Phasic LC activation is driven by the outcome of task-related decision processes and is proposed to facilitate ensuing behaviors and to help optimize task performance (exploitation). When utility in the task wanes, LC neurons exhibit a tonic activity mode, associated with disengagement from the current task and a search for alternative behaviors (exploration). Monkey LC receives prominent, direct inputs from the anterior cingulate (ACC) and orbitofrontal cortices (OFC), both of which are thought to monitor task-related utility. We propose that these frontal areas produce the above patterns of LC activity to optimize utility on both short and long timescales.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

10.1016/0306-4522(88)90192-3

10.1126/science.6101509

10.1016/0006-8993(77)90083-X

10.1073/pnas.062716299

10.1126/science.1118734

10.1017/CBO9780511623257

Anderson JR. 1990. The adaptive character of thought. Hillsdale, NJ: Lawrence Erlbaum

10.1016/0006-8993(84)90170-7

10.1126/science.181.4100.682

10.1111/j.1476-5381.1984.tb16465.x

10.1016/0006-8993(84)90351-2

10.1001/archpsyc.1996.01830050084013

10.3758/BF03326513

10.1016/B978-012547638-6/50012-2

10.1523/JNEUROSCI.11-03-00760.1991

10.1523/JNEUROSCI.01-08-00876.1981

10.1523/JNEUROSCI.01-08-00887.1981

10.1016/S0079-6123(08)63830-3

Aston-Jones G, 1984, Norepinephrine: Frontiers of Clinical Neuroscience, 92

10.1016/0306-4522(85)90077-6

Aston-Jones G, 2005, Norepinephrine: Neurobiology and Therapeutics for the 21st Century

10.1016/S0006-3223(99)00140-7

10.1016/S0306-4522(97)00060-2

10.1523/JNEUROSCI.14-07-04467.1994

Aston-Jones G, 1998, Catecholamines: Bridging Basic Science with Clinical Medicine, 755

10.1016/S0079-6123(08)61877-4

Aston-Jones G, 2002, Soc. Neurosci. Abstr., 28, 86

10.1016/S0028-3932(97)00072-9

10.1098/rspb.1981.0022

10.2307/2983610

10.1016/0306-4522(94)00449-F

10.1111/j.1469-8986.1982.tb02540.x

10.1037//0033-2909.91.2.276

10.1016/0306-4522(78)90115-X

10.1016/S0165-0173(03)00143-7

10.1016/S0006-3495(90)82463-2

10.3758/BF03194378

10.1037/0033-295X.108.3.624

10.1016/j.tics.2004.10.003

10.1038/46035

10.1111/j.1460-9568.2004.03526.x

10.1016/S0896-6273(01)00303-8

10.1016/S0896-6273(00)80374-8

10.1023/B:JCNS.0000023867.25863.a4

10.1016/0306-4522(93)90543-O

Burnett DM, 1990, J. Pharmacol. Exp. Ther., 255, 1265

10.1037//0096-3445.121.2.177

10.1615/CritRevNeurobiol.v16.i12.130

10.1016/0166-4328(83)90138-9

10.1002/cne.903460306

10.1002/cne.903630408

10.1002/cne.903630409

10.1126/science.280.5364.747

10.1016/0006-8993(83)91128-9

10.1016/0306-4522(93)90568-Z

10.1523/JNEUROSCI.09-10-03584.1989

10.1523/JNEUROSCI.0949-04.2004

10.1523/JNEUROSCI.2446-04.2004

Cohen JD, 2004, Cognitive Neuroscience of Attention, 71

10.1037//0033-295X.97.3.332

10.2307/1423029

Cole BJ, 1992, Neuropsychopharmacology, 7, 129

10.2165/00002512-199405020-00005

10.1523/JNEUROSCI.18-18-07426.1998

10.1093/cercor/11.1.73

10.1152/jn.1996.75.4.1673

10.1111/j.1748-1716.1964.tb04003.x

10.1523/JNEUROSCI.21-13-04908.2001

10.1016/0013-4694(79)90293-1

10.1002/1098-2396(20000915)37:4<273::AID-SYN4>3.0.CO;2-#

10.1523/JNEUROSCI.1573-04.2004

10.1093/brain/118.1.279

10.1016/0006-8993(87)90251-4

Duncan CC. 2003. Brain potentials in normal and disordered attention: findings in search of a theory. Presidential address presented at theAnnu. Meet. Soc. Psychophysiol. Res., Chicago, IL

10.1080/02643298608253360

10.1016/S0166-2236(00)01633-7

10.1113/jphysiol.1983.sp014990

10.1126/science.1089134

10.1016/0006-8993(86)90424-5

10.1016/0197-4580(95)00053-H

10.1016/0013-4694(91)90062-9

10.1073/pnas.77.5.3033

10.1152/physrev.1983.63.3.844

10.1016/0006-8993(75)90699-X

10.1146/annurev.ne.10.030187.000435

10.1002/cne.903210309

10.1037//0097-7403.27.4.354

10.1111/j.1467-9280.1993.tb00586.x

Gilzenrat MS, Cohen JD, Rajkowski J, Aston-Jones G. 2003. Pupil dynamics predict changes in task engagement mediated by locus coeruleus. Soc. Neurosci. Abstr.No. 515.19

Gilzenrat MS, Brown ET, Aston-Jones G, Cohen JD. 2004. Locus coeruleus, adaptive gain, and the optimization of decision tasks. Soc. Neurosci. Abstr.No. 899.6

10.1038/35006062

10.1016/S1364-6613(00)01567-9

10.1016/S0896-6273(02)00971-6

10.1016/0361-9230(88)90152-9

10.1037/0096-3445.121.4.480

10.1126/science.274.5286.427

10.1523/JNEUROSCI.01-06-00641.1981

10.1016/0006-8993(86)90566-4

10.1016/S0079-6123(08)63818-2

10.1523/JNEUROSCI.11-08-02314.1991

10.1126/science.133.3470.2067-a

Herrnstein RJ, 1997, The Matching Law

10.1097/00001756-199507100-00001

10.1126/science.1094539

10.1016/S0079-6123(00)26015-9

10.1111/j.1469-8986.2004.00152.x

10.1097/00001756-200312190-00037

10.1038/nn1238

10.1016/j.conb.2004.06.007

10.1523/JNEUROSCI.16-16-05196.1996

10.1126/science.1087847

Ivanova S, 1997, Soc. Neurosci. Abstr., 23, 1587

10.1016/0304-3940(83)90171-4

10.1016/S0006-8993(97)00703-8

10.1016/S0306-4522(97)00372-2

10.3758/CABN.2.4.300

10.1016/S0079-6123(08)63832-7

10.1126/science.163.3862.32

10.1613/jair.301

10.1037//0003-066X.39.4.341

10.1017/S0048577200990231

10.1016/0031-9384(78)90296-2

10.1006/nimg.2000.0593

Kubiak P, 1992, Soc. Neurosci. Abstr., 18, 538

Laming DRJ, 1968, Information Theory of Choice-Reaction Times

10.1016/0001-6918(79)90026-X

10.1016/0006-8993(85)91431-3

10.1257/jep.3.4.181

10.1016/0165-3806(94)90198-8

10.1093/cercor/bhg097

10.1126/science.1100907

10.1007/s002130051073

10.1002/ana.410100402

10.1146/annurev.neuro.24.1.167

10.1162/jocn.1997.9.6.788

10.1523/JNEUROSCI.16-05-01936.1996

10.1038/nature03015

10.1146/annurev.ne.02.030179.000553

10.1002/cne.903230304

10.1016/0361-9230(82)90144-7

10.1152/jn.1972.35.1.122

Mozer MC, 2002, Advances in Neural Information Processing Systems, 51

10.1146/annurev.neuro.23.1.185

10.1037/0033-2909.131.4.510

10.1016/S0896-6273(02)00603-7

10.1016/0091-3057(78)90036-9

10.1016/S0196-9781(81)80125-8

10.1093/cercor/10.3.206

10.1016/0304-3940(87)90414-9

10.1007/BF01188418

10.1097/00001756-199806220-00001

Paxinos G, 2000, The Rhesus Monkey Brain in Stereotaxic Coordinates

10.1016/S0987-7053(00)00227-6

10.1523/JNEUROSCI.09-01-00081.1989

10.1016/0006-8993(83)90579-6

10.1016/0091-3057(88)90108-6

10.1037/h0022853

Raizada RD, 2003, Soc. Neurosci. Abstr., 401, 4

Rajkowski J, 1993, Soc. Neurosc. Abstr., 19, 974

Rajkowski J, 1998, Catecholamines: Bridging Basic Science with Clinical Medicine, 740

Rajkowski J, 2000, Soc. Neurosci. Abstr., 26, 838

10.1152/jn.00673.2003

10.1016/0006-8993(86)90370-7

10.1037//0033-295X.85.2.59

10.1152/jn.01049.2002

10.1037/0033-295X.111.2.333

10.1037//0096-1523.18.3.849

10.1016/S0960-9822(01)00363-3

10.1111/j.1469-8986.1987.tb00291.x

Robbins TW, 1995, Psychopharmacology: The Fourth Generation of Progress, 363

10.1037/h0077207

10.1038/25993

10.1016/0165-0173(93)90013-P

10.1126/science.1093223

10.1016/0006-8993(82)90950-7

10.1016/S0278-2626(03)00277-X

10.1152/jn.1996.75.5.1970

10.1111/j.1460-9568.1989.tb00774.x

10.1152/jn.1990.64.4.1055

10.1016/S0166-2236(00)02002-6

10.1016/S0163-1047(89)91039-X

10.1016/0926-6410(95)90007-1

10.1073/pnas.92.13.6032

10.1016/S0959-4388(03)00039-4

10.1146/annurev.neuro.22.1.241

10.1093/cercor/10.3.272

10.1016/0006-8993(76)90141-4

10.1016/0306-4522(90)90079-J

10.1016/0166-4328(90)90119-Y

10.1523/JNEUROSCI.10-02-00531.1990

10.1126/science.2392679

10.1073/pnas.93.2.628

10.1152/jn.2001.86.4.1916

10.1017/CBO9780511526817

10.1093/brain/124.9.1720

10.1126/science.8235588

10.1007/BF02289729

Sugrue LP, 2004, Soc. Neurosci. Abstr., 30, 671

10.1037//0033-295X.88.2.135

10.1016/S0006-8993(10)80041-1

10.1007/BF00235545

10.1097/00001756-199703240-00033

10.1152/jn.1995.74.2.519

10.1152/jn.1996.75.5.2029

10.1038/19525

10.1006/nimg.2001.0935

10.1016/0006-8993(80)90500-4

10.1126/science.283.5401.549

10.1037//0033-295X.108.3.550

10.1046/j.1471-4159.2003.02238.x

10.1016/S0079-6123(08)63834-0

Wald A, 1947, Sequential Analysis

10.1046/j.1460-9568.2003.02922.x

10.1016/0014-4886(80)90141-7

10.1016/S0006-8993(98)00117-6

Waterhouse BD, 1984, J. Pharmacol. Exp. Ther., 228, 257

10.1016/0014-4886(80)90159-4

10.1016/0306-4522(85)90166-6

10.1016/0306-4522(84)90265-3

10.1146/annurev.ps.40.020189.001203

10.1037/0033-295X.111.4.939

10.1093/cercor/bhh153

10.1523/JNEUROSCI.4537-03.2004

Zhu Y, 2004, Soc. Neurosci. Abstr., 30, 211.3

Thông tin
Thông tin xuất bản

Annual Review of Neuroscience

Tập 28 Số 1

403-450

Thông tin tác giả