麻省理工调拨一笔新的资助验证大脑学习新假设

【字体: 时间:2021年07月29日 来源:Frontiers in Neural Circuits

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  长期以来,蓝斑被认为是一个通用的警报系统,但根据麻省理工学院研究人员的一项新综述,蓝斑实际上可能是一个复杂的学习和行为的调节器。他们将用一笔新的拨款来验证这一假设。

  

 

   

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图像:蓝斑位于大脑深处,但在整个器官中投射回路。


大脑的蓝斑(LC)区域很小,而且似乎是专门化的,它的刺激神经调节因子去甲肾上腺素的超大输出已经被定型化了。在一篇新论文中,从美国国立卫生研究院新格兰特,一个麻省理工学院神经科学实验室提出,LC不仅仅是一个报警按钮,但一个更微妙的和多方面的影响学习,行为和心理健康比功劳。

与输入来自100多个其他大脑区域和复杂的控制,当它发出去甲肾上腺素(NE)、LC的微小的惊人的人口多样化的细胞可能代表一个重要的监管机构学习的奖励和惩罚,然后应用经验优化行为,Mriganka苏尔说,皮考尔学习与记忆研究所和麻省理工学院大脑与认知科学系的牛顿神经科学教授。

苏尔写道:“以前被认为是一个同质核,对其许多不同的目标区域施加全球、统一的影响,现在被认为是一个异质性的ne释放细胞群体,潜在地显示出支配其功能的空间和时间模块化。”博士后Vincent Breton-Provencher和研究生Gabrielle Drummond上个月在《神经回路前沿》上发表了一篇综述文章。

这篇文章展示了大量来自苏尔和许多其他人的新证据,表明信用证可能感觉输入和内部集成来自大脑认知状态准确发挥NE-mediated影响影响行动——通过节流不运动皮层和奖励或惩罚的处理结果的反馈,通过节流NE前额叶皮层。

为了调查这一假设,该团队已经开始利用4月份获得的一笔210万美元的NIH 5年拨款进行研究。在这项研究中,他们让老鼠参与学习任务,让它们从不同音调和音量的音调中得到提示。在训练过程中,老鼠将了解到,当音调高时,按杠杆将产生奖励,当音调低时,正确的反应是不要推,以免它经历不愉快的吸气。通过改变音调的大小,实验者将改变老鼠是否能正确听到提示的确定性。

苏尔说,该假说(由初步数据证实)预测东北邦将在多个关键方面发挥作用。当老鼠听到提示音时,如果音调较低,LC就会通过一组神经元向运动皮层发送较少的NE,这反映出老鼠相信杠杆不应该被推动,因为没有奖励即将到来。与此同时,音量越低,动物做出的决定就越不确定。相反,高音量的高音调会发送更多的NE,反映出动物确信推动杠杆会产生奖励。

在老鼠行动后,反馈越令人惊讶,它就会产生越多的NE,并通过一个不同的组向前额皮质发送更多的NE,从而促进更好的学习。例如,如果老鼠听到一个微弱而高的音调,然后小心翼翼地按下杠杆,由此产生的奖励会刺激NE的强烈输出,以指示前额皮质,因为它的期望不是很高。每当老鼠猜错了,感觉有一股气流,就会刺激前额叶皮层释放最强烈的NE。在这样的动态变化之后,Sur的团队在随后的试验中观察到持续的性能变化。

苏尔说:“通过这种方式,去甲肾上腺素可以被认为是一种唤醒信号,但重要的是,在持续功能的背景下,它也是一种学习信号。”“这既是一种执行信号,也是一种学习信号,对于这两种信号,我们都可以描述实际的定量关系。”

该团队不仅将测量LC-NE神经元的活动,还将使用光遗传学(神经元可以被光控制)来控制它们,这样他们就可以沉默或放大LC-NE输出,以显示每种行为如何影响行动和学习。

苏尔说,了解LC工作原理的真正本质可能有助于改善某些疾病的治疗。例如,创伤后应激障碍的一种潜在治疗方法包括降低对东北莨菪碱的接受能力,但这也会促进嗜睡。他说,更有原则和精确的治疗可以提高疗效,减少副作用。

苏尔说:“如果我们理解了目标和背后的理论,我们希望能影响焦虑,但不会让你昏昏欲睡。”“这是治疗疾病的基础科学的希望——让事情变得越来越具体,定义系统所涉及的回路和功能的特异性。”

而且LC是阿尔茨海默病的早期发病区域,他说。以正确的方式解决这种损失可以帮助维持各种形式的学习和认知。

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