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神经科学家认为大脑区域是学习的关键场所

大脑的蓝斑 (LC) 区域虽小且看似专门,但因其刺激性神经调节剂去甲肾上腺素的超大输出而被定型。在一篇新论文和美国国立卫生研究院的新资助下,麻省理工学院神经科学实验室正在证明 LC 不仅仅是一个警报按钮,而且对学习、行为和心理健康的影响比它更微妙和多方面。已被认可。

凭借来自 100 多个其他大脑区域的输入以及对其发出去甲肾上腺素 (NE) 的地点和时间的复杂控制,LC 中数量惊人的多样化细胞可能代表了从奖励和惩罚中学习的重要调节器,然后将这种经验应用于麻省理工学院皮考尔学习与记忆研究所和脑与认知科学系神经科学牛顿教授 Mirganka Sur 说。

“以前被认为是对其许多不同目标区域施加全球、统一影响的同质核,现在被认为是一个异质的 NE 释放细胞群,可能表现出控制其功能的空间和时间模块性,”苏尔写道,博士后 Vincent Breton-Provencher 和研究生 Gabrielle Drummond 在上个月发表在神经电路前沿的一篇评论文章中。

这篇文章提供了来自 Sur 小组和许多其他人的大量新证据,表明 LC 可以整合来自整个大脑的感觉输入和内部认知状态,以精确地发挥其 NE 介导的影响来影响动作——通过将 NE 节流到运动皮层——以及对由此产生的奖励或惩罚反馈的处理——通过将 NE 节流到前额叶皮层。

为了调查该假设,该团队已开始使用 4 月份授予的 210 万美元、为期 5 年的 NIH 赠款。在这项研究中,他们让老鼠参与学习任务,在这些任务中,它们会受到不同音高和音量的音调的启发。在训练过程中,老鼠会了解到当音调高时,按下杠杆会产生奖励,而当音调低时,正确的反应是不要推动,以免它经历令人不快的吹气。通过改变音量,实验者将改变小鼠能感觉到他们正确听到提示的确定性。

Sur 说,该假设(由初步数据证实)预测,NE 将在多个关键方面发挥重要作用。当鼠标听到提示音时,如果音调低,LC 将通过一组神经元向运动皮层发送较少的 NE ,这反映了动物的信念,即不应该推动杠杆,因为不会获得奖励。同时,音量越小,动物做出决定的确定性就越低。相反,高音量的高音会发送更多的 NE,反映动物确定推动杠杆会产生奖励。

老鼠行动后,反馈越出人意料,它产生的 NE 就越多,并通过一个不同的群体发送到前额叶皮层,刺激更多的学习。因此,例如,如果老鼠听到微弱的高音并小心翼翼地按下杠杆,结果奖励的惊喜会刺激强大的 NE 输出来指示前额叶皮层,因为它的期望不是很高。每当老鼠猜错并感觉到空气喷涌时,就会刺激到前额叶皮层的最强 NE 释放。在这种动态之后,Sur 的团队在随后的试验中观察到了一致的性能变化。

“这是一种可以将去甲肾上腺素视为唤醒信号的方式,但重要的是,在持续功能的背景下,它也是一种学习信号,”苏尔说。“它既是执行信号又是学习信号,我们可以描述两者的实际数量关系。”

该团队不仅将测量 LC-NE 神经元的活动,他们还将使用光遗传学(其中神经元可以用光控制)接管它们,以便他们可以沉默或放大 LC-NE 输出以展示如何做每个都会影响行动和学习。

Sur 说,了解 LC 工作原理的真实性质可能有助于改善某些疾病的治疗方法。例如,PTSD 的一种潜在治疗方法包括抑制对 NE 的接受,但这也会促进嗜睡。他说,更有原则和更精确的治疗可以提高疗效并减少这些副作用。

“如果我们了解其背后的目标和理论,希望能影响焦虑,但不会让你昏昏欲睡,”苏尔说。“这是治疗疾病的基础科学的希望——让事情变得越来越具体,定义系统所涉及的电路和功能的特异性。”

此外,LC 是受阿尔茨海默病影响的早期区域,他说。以正确的方式解决这种损失可以帮助维持学习和认知的形式。

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