发现海马和眶额皮层在决策编码中的重要作用
时间: 2017-08-26 17:51     作者: 王晔

人的一生总是伴随着大大小小的选择,小到晚饭应该吃什么,大到选择陪伴自己一生的伴侣。在这一系列的决策中,我们总希望自己做出的选择能够在未来得到最大化的收益。在我们的大脑中,海马和眶额皮层(orbitofrontal cortex, OFC)在决策和其他认知过程中起到重要作用。解剖发现,海马和OFC之间是存在结构连接的,OFC会接收来自海马的输入。然而,在决策过程中,海马和OFC之间功能上的关系并不清楚。

近日,来自美国的科学家Wikenheiser等人通过记录小鼠在执行决策任务时OFC中的神经元活动,发现OFC神经元编码了决策任务的预期结果,而如果抑制了海马的重要输出区域:腹侧下托区(ventral subiculum),将强烈的干扰OFC的编码能力。

在实验的过程中,小鼠首先接受了决策任务训练。小鼠会嗅到3种气味中的一种,如果嗅到气味A或B,则左侧或右侧的盒子中会有食物奖励(强迫选择),如果嗅到气味C,则两侧的盒子中都会有食物奖励(自由选择)。食物奖励为香草味牛奶或者巧克力,奖励数量为1滴或者3滴。在不同的实验序列中,食物的口味和数量是不同的。训练结束后,研究者们在实验组小鼠的双侧海马腹侧下托区注射AAV病毒,使该区域的神经元表达出eNpHR(下图B和C中的绿色神经元)。同时在实验组和控制组小鼠的OFC中插入电极(下图E中的红色方框区域),记录OFC的神经元活动。

 

 

对于小鼠来说,正确的决策就是获得最多的食物奖励,所以小鼠在决策中需要预测奖励数量、食物口味或者奖励位置。通过对比实验组和控制组小鼠在决策任务中的行为表现,研究者发现,海马腹侧下托区的活动减弱影响了自由选择决策任务的准确度,即实验组小鼠更多的选择了更少的食物奖励,但并未影响强迫选择决策任务的准确度。

 

 

通过把整个决策任务分成7个子过程,并分析OFC中的神经元在决策任务中的放电频率,研究者发现,控制组小鼠的OFC神经元中参与结果预测(anticipate)这一子过程的比例显著地高于实验组。

 

 

进一步分析发现,OFC中的神经元会选择性地对决策任务中的奖励数量、食物口味或者奖励位置进行编码(下图中就是三个典型的任务特征编码神经元的活动)。

 

 

到底编码了哪些任务特征的OFC神经元受到海马腹侧下托区的影响最大呢?通过分析发现,编码奖励位置信息的OFC神经元比例在实验组和控制组之间的差异最大。也就是说,海马为OFC提供了与空间位置相关的信息输入,这与海马在空间记忆中的重要作用有很大的关系。

 

 

综上所述,海马腹侧下托区的活动减弱妨碍了OFC神经元的信息整合能力,进而干扰OFC对决策任务的编码能力,导致小鼠在决策任务中表现欠佳。

 

参考文献:
Wikenheiser et al., Suppression of Ventral Hippocampal Output Impairs Integrated Orbitofrontal Encoding of Task Structure, Neuron (2017).

 

 

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