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腦科學(xué)頂刊導(dǎo)讀020期| 探秘學(xué)習(xí)記憶：動(dòng)態(tài)環(huán)境學(xué)習(xí)過程中的功能性腦網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)

2020.10.24

1，獎(jiǎng)勵(lì)預(yù)測(cè)誤差與陳述性記憶

期刊：Trends in Cognitive Science

作者：Freya

基于獎(jiǎng)勵(lì)預(yù)測(cè)誤差（reward prediction error，RPE）的學(xué)習(xí)最初是在非陳述性記憶的背景下提出的。我們假設(shè)RPE也支持陳述性記憶。事實(shí)上，近年來已有一些獨(dú)立的實(shí)證研究報(bào)道了RPE對(duì)陳述性記憶的影響。

本文提供了對(duì)這些研究的簡(jiǎn)要概述，確定了新出現(xiàn)的模式，并討論了開放性問題，如有符號(hào)與無符號(hào)RPE在陳述式學(xué)習(xí)中的作用。

https://www.cell.com/trends/cognitive-sciences/fulltext/S1364-6613(20)30066-8

2，嬰兒睡眠依賴的記憶鞏固保護(hù)新的情景記憶不受現(xiàn)有語義記憶的影響

期刊：Nature Communications

作者：Niki

N400的語義記憶效應(yīng)和FTMR的情景記憶效應(yīng)

人的陳述性記憶主要有兩種：情景記憶和概念性的語義記憶。目前我們對(duì)陳述性記憶形成的最初階段了解的還非常少，尤其是在人的發(fā)育早期（嬰兒階段），情景記憶和語義記憶之間存在怎樣的關(guān)系尚不明確。

和成人的記憶類似，嬰兒期情景記憶的形成和鞏固也依賴于睡眠。嬰兒的大腦響應(yīng)表明，盡管其他情況下也有語義記憶存在，但經(jīng)過睡眠的鞏固后，新存儲(chǔ)的記憶并沒有經(jīng)過語義上的處理。ERP響應(yīng)的一個(gè)中潛伏期的額顳成分被發(fā)現(xiàn)能夠反映嬰兒對(duì)特定情景的記憶，這種嬰兒情景記憶的神經(jīng)標(biāo)志物（FTMR）和語義記憶的神經(jīng)標(biāo)志物（頂葉的N400響應(yīng)）明顯不同。

作者認(rèn)為在嬰兒期，暫時(shí)禁用的語義處理能夠保護(hù)精確的情景記憶免受語義記憶的干擾。而這種選擇性地限制語義的訪問能夠觸發(fā)語義的細(xì)化，從而甚至能夠改善語義記憶。

https://doi.org/10.1038/s41467-020-14850-8

3，學(xué)習(xí)過程中聯(lián)合皮層信號(hào)流的時(shí)空細(xì)化

期刊：Nature Communications

作者：Niki

與紋理識(shí)別學(xué)習(xí)相關(guān)的時(shí)空維度

大腦皮層聯(lián)合區(qū)編碼新奇刺激和輸出的關(guān)系，但是它們?cè)谌蝿?wù)學(xué)習(xí)過程中的參與原則仍不清楚。在動(dòng)物習(xí)得某項(xiàng)任務(wù)之前，大腦皮層是如何建立起這種強(qiáng)化的刺激辨別能力的？

該研究通過在小鼠學(xué)習(xí)使用觸須完成紋理分辨任務(wù)時(shí)，對(duì)新皮層進(jìn)行廣域的鈣成像來考察學(xué)習(xí)過程中的皮層時(shí)空動(dòng)力學(xué)。該研究揭示了學(xué)習(xí)過程中皮層layer2/3活動(dòng)時(shí)空細(xì)化的兩個(gè)階段：在初學(xué)階段，聯(lián)合皮層在試驗(yàn)早期（聲音起始線索和觸須接觸紋理之間）普遍處于抑制狀態(tài)；隨著學(xué)習(xí)的進(jìn)行和任務(wù)熟練度的提高，一個(gè)時(shí)空激活序列逐漸形成，在紋理接觸之前立即從聽覺區(qū)擴(kuò)散到聯(lián)合皮層的前外側(cè)區(qū)（RL），并繼續(xù)進(jìn)入桶狀皮層（barre cortex），最終有效地辨別紋理。

輔助的相關(guān)分析佐證了聯(lián)合皮層內(nèi)與學(xué)習(xí)相關(guān)的分化和細(xì)化。該研究的結(jié)果表明初學(xué)期間聯(lián)合皮層的普遍抑制先與學(xué)成后任務(wù)特異性信息流的增強(qiáng)。

https://doi.org/10.1038/s41467-020-15534-z

4，動(dòng)態(tài)環(huán)境學(xué)習(xí)過程中的功能性腦網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)

期刊：Nature Communications

作者：Niki

研究方法示意圖：a.感興趣區(qū)，b.相關(guān)分析示意，c.邊強(qiáng)度隨時(shí)間變化，d.NMF方法示意圖

動(dòng)態(tài)多變的環(huán)境中，充滿了不確定性和意外的變化。置身其中的人們需要在了解到重要的新信息時(shí)，比如常去的餐廳雇傭了新廚師，及時(shí)地調(diào)整對(duì)環(huán)境的看法。這種適應(yīng)性地看法更新，以及對(duì)意外變化的處理通常被認(rèn)為和背內(nèi)側(cè)額葉皮層，前腦島，外側(cè)前額葉皮層和外側(cè)頂葉皮層有關(guān)。

作者認(rèn)為動(dòng)態(tài)環(huán)境下，大腦的網(wǎng)絡(luò)連接會(huì)頻繁地重新配置，尤其是額葉和頂葉之間的連接。通過fMRI 影像技術(shù)和基于非負(fù)矩陣分解（NMF）的無監(jiān)督學(xué)習(xí)方法，該研究分解出了動(dòng)態(tài)環(huán)境學(xué)習(xí)過程中的網(wǎng)絡(luò)連接的子網(wǎng)絡(luò)，并發(fā)現(xiàn)了驅(qū)動(dòng)“更新”的變量（新奇性和不確定性）與特定連接模式的時(shí)域動(dòng)態(tài)變化有關(guān)；這種功能連接的動(dòng)態(tài)變化也和學(xué)習(xí)中的個(gè)體差異有關(guān)，反映了個(gè)體對(duì)環(huán)境變化的敏感性差異。

這些特定連接模式主要體現(xiàn)為額頂網(wǎng)絡(luò)與其他功能網(wǎng)絡(luò)之間更強(qiáng)的連接和功能整合。這項(xiàng)研究建立了學(xué)習(xí)中的動(dòng)態(tài)更新和全腦功能連接之間的新的聯(lián)系。

https://doi.org/10.1038/s41467-020-15442-2

5，小腦可塑性和聯(lián)想記憶受神經(jīng)元周圍基質(zhì)網(wǎng)控制

期刊：PNAS

作者：Loren

習(xí)得EBC期間PNN減少

意義：了解學(xué)習(xí)和記憶的潛在機(jī)制，對(duì)于解決在衰老或繼發(fā)性神經(jīng)疾病中發(fā)生的認(rèn)知功能下降至關(guān)重要。因?yàn)樾∧X控制的運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)形式特征良好，因此它提供了一個(gè)理想系統(tǒng)來進(jìn)行研究。

目前尚不清楚小腦記憶過程是否依賴于神經(jīng)元周圍基質(zhì)網(wǎng)絡(luò)(PNNs)的變化。本文證明，眼閃爍條件(EBC)作為小腦運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)的一種形式，受到小鼠小腦深部核內(nèi)的PNNs的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，PNNs的變化對(duì)EBC記憶的形成和存儲(chǔ)是必不可少的。這些結(jié)果共同揭示了控制運(yùn)動(dòng)聯(lián)想記憶的一個(gè)重要機(jī)制。

摘要：神經(jīng)元周圍基質(zhì)網(wǎng)絡(luò)(PNNs)是細(xì)胞外基質(zhì)分子的集合，圍繞著多種類型神經(jīng)元的胞體和樹突，調(diào)節(jié)神經(jīng)的可塑性。PNNs在深部小腦核團(tuán)(DCN)神經(jīng)元周圍明顯表達(dá)，但其在成人小腦可塑性和行為學(xué)中的作用尚不清楚。

本文發(fā)現(xiàn)，小鼠DCN中的PNNs在EBC過程中減少，EBC是一種依賴于DCN可塑性的聯(lián)想運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)形式。當(dāng)記憶完全獲得時(shí)，PNNs被恢復(fù)。酶消化DCN中的PNNs可以促進(jìn)EBC學(xué)習(xí)，但完整的PNNs對(duì)記憶保持是必需的。

在結(jié)構(gòu)水平上，PNNs的去除在體內(nèi)誘導(dǎo)了明顯的突觸重排，從而增加了清醒行為小鼠DCN基線活性的抑制。這些結(jié)果表明，PNNs是調(diào)節(jié)小腦回路和功能的關(guān)鍵分子。

https://www.pnas.org/content/117/12/6855

作者信息

校審：Freya（brainnews編輯部）

題圖：Singularity Hub

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