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6月3日，《自然-通訊》（Nature Communications）期刊在線發(fā)表了題為《眶額葉皮層通過調(diào)節(jié)初級(jí)視皮層的反應(yīng)增益促進(jìn)視覺偶聯(lián)學(xué)習(xí)》的研究論文，該研究由中國(guó)科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心（神經(jīng)科學(xué)研究所）、上海腦科學(xué)與類腦研究中心、神經(jīng)科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室姚海珊研究組完成，博士研究生劉德陳為第一作者。

早期對(duì)眶額葉皮層(Orbitofrontal cortex ,OFC)功能的認(rèn)識(shí)來源于腦損傷的病人。一個(gè)著名的例子是19世紀(jì)的鐵路工人菲尼亞斯·蓋奇，在一次事故中他的頭部被一根鐵棍穿過，損傷了包括OFC在內(nèi)的前額葉皮層，他雖然活了下來，但是性格卻變得固執(zhí)、任性、反復(fù)無常。在靈長(zhǎng)類和嚙齒類的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，OFC在靈活行為和學(xué)習(xí)行為中發(fā)揮關(guān)鍵作用。在刺激-獎(jiǎng)勵(lì)偶聯(lián)的行為中，OFC神經(jīng)元編碼獎(jiǎng)勵(lì)預(yù)期或刺激的預(yù)期價(jià)值。OFC編碼的獎(jiǎng)勵(lì)預(yù)期信號(hào)能傳遞到其它與學(xué)習(xí)和獎(jiǎng)勵(lì)行為有關(guān)的腦區(qū)，包括基底外側(cè)杏仁核、腹側(cè)被蓋區(qū)和紋狀體。最近嚙齒類的皮層連接圖譜研究發(fā)現(xiàn)，OFC神經(jīng)元向感覺皮層（包括初級(jí)視皮層V1）有反饋投射。但是，該反饋投射具有什么功能還知之甚少。

研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，光遺傳激活OFC投向V1的纖維能夠降低V1神經(jīng)元對(duì)視覺刺激的反應(yīng)幅度，但不影響方位選擇性。隨后的腦片電生理和在體光纖記錄實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，OFC反饋投射通過激活V1的SST抑制性神經(jīng)元降低V1反應(yīng)幅度。研究人員推測(cè)，OFC對(duì)V1的反饋投射可能起到過濾任務(wù)無關(guān)刺激的作用。為了研究該投射在視覺行為中的作用，研究人員訓(xùn)練小鼠進(jìn)行Go/No-Go視覺任務(wù)。在Go刺激出現(xiàn)后，小鼠可以獲得水作為獎(jiǎng)勵(lì)；在No-Go刺激出現(xiàn)后，沒有獎(jiǎng)勵(lì)也沒有懲罰。在行為訓(xùn)練的過程中，小鼠逐漸學(xué)會(huì)在No-Go刺激出現(xiàn)后不舔水。在小鼠的V1進(jìn)行電生理記錄發(fā)現(xiàn)，V1神經(jīng)元對(duì)No-Go刺激的反應(yīng)受到獎(jiǎng)勵(lì)預(yù)期的調(diào)節(jié)，在預(yù)期正確情況下的放電率低于預(yù)期錯(cuò)誤的情況下，該調(diào)節(jié)作用由OFC向V1的反饋投射介導(dǎo)。通過光遺傳標(biāo)記技術(shù)，發(fā)現(xiàn)投向V1的OFC神經(jīng)元通過降低放電率的方式編碼獎(jiǎng)勵(lì)預(yù)期信號(hào)，與V1神經(jīng)元相反。進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)表明，在No-Go刺激出現(xiàn)時(shí)抑制OFC向V1投射的活動(dòng)能夠減慢小鼠的視覺學(xué)習(xí)速率，而光遺傳激活V1的SST抑制性神經(jīng)元能夠提高小鼠的學(xué)習(xí)速率。因此，該項(xiàng)工作表明，OFC向V1的投射能夠調(diào)節(jié)V1神經(jīng)元對(duì)獎(jiǎng)勵(lì)無關(guān)刺激的反應(yīng)，通過改變刺激的顯著性來易化視覺偶聯(lián)學(xué)習(xí)。

該研究在研究員姚海珊的指導(dǎo)下，主要由博士研究生劉德陳完成，研究員孫衍剛和楊天明參與合作并給予指導(dǎo)意見，孫衍剛組的鄧娟、楊天明組的張哲偉、姚海珊組的張治宇也做出了重要貢獻(xiàn)。本工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、中科院和上海市政府的資助。

圖注：A. 在刺激-獎(jiǎng)勵(lì)偶聯(lián)行為中，OFC神經(jīng)元的獎(jiǎng)勵(lì)預(yù)期信號(hào)通過反饋投射到V1，使得V1神經(jīng)元對(duì)視覺刺激的反應(yīng)受到獎(jiǎng)勵(lì)預(yù)期的調(diào)節(jié)。B. 抑制OFC向V1投射的活動(dòng)，減慢視覺偶聯(lián)學(xué)習(xí)。C. OFC的獎(jiǎng)勵(lì)預(yù)期信號(hào)對(duì)V1視覺反應(yīng)的調(diào)節(jié)，改變了視覺刺激的顯著度；V1視覺反應(yīng)的變化，有助于OFC獎(jiǎng)勵(lì)預(yù)期信號(hào)的更新，從而促進(jìn)學(xué)習(xí)