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张贴于2021年3月5日下午5点
一项对小鼠空间学习的研究表明，接触新体验会抑制大脑海马体和前额叶皮层中已建立的表征，使小鼠能够学习新的导航策略。这项发表在《自然》杂志上的研究得到了美国国立卫生研究院的支持。
“在新情况下灵活学习的能力使其能够适应不断变化的世界。”指出约书亚·a·戈登，医学博士，博士他是该研究的资深作者，也是该研究的主任国家心理健康研究所这是美国国立卫生研究院(NIH)的一部分。“了解动物这种灵活学习的神经基础，让我们深入了解这种学习方式在人类身上是如何被打乱的。”
戈登博士与约瑟夫·a·戈戈斯，医学博士，博士,亚历山大·z·哈里斯，医学博士，博士这两所大学均位于纽约哥伦比亚大学。
每当我们遇到新信息时，这些信息必须被巩固成一个稳定持久的记忆，以便我们以后回忆起来。这种记忆巩固过程的一个关键机制是长期增强，即基于近期活动模式的神经连接的持续加强。尽管这种神经连接的加强可能是持久的，但它不可能是永久的，否则我们就无法更新记忆表示来容纳新信息。换句话说，我们记忆新经历并从中学习的能力依赖于持久而灵活的信息编码。
为了了解使这种可塑性成为可能的具体神经机制，由艾伦·j·帕克博士他研究了老鼠的空间学习能力。
空间学习依赖于腹侧海马体(位于大脑中部的结构)和内侧前额叶皮层(位于前额后面)之间的一个关键回路。在空间学习的过程中，这些大脑结构之间的连通性会加强。然而，如果连通性保持在最大强度，它会损害以后对新任务和规则的适应。研究人员假设，接触一种新的体验可能会作为一种环境触发因素，抑制已经建立的海马-前额叶连接，从而实现灵活的空间学习。
在第一个任务中，研究人员训练老鼠以特定的方式穿越迷宫以获得奖励。然后，一些老鼠被允许探索一个它们从未见过的空间，而另一些老鼠则探索一个熟悉的空间。然后，老鼠参与了第二个空间任务，这需要它们切换到新的导航策略来获得奖励。
正如预期的那样，所有的老鼠一开始都倾向于原来的导航策略。但那些探索过新空间的老鼠逐渐克服了这种偏见，并在40次试验训练的一半左右成功地学会了新的导航策略。当研究人员再次对第一个任务中的一部分小鼠进行测试时，他们发现，接触新奇事物的小鼠能够切换回最初的策略，这表明它们根据任务要求更新并选择了自己的策略。
另外的研究结果表明，新鲜感的影响超出了新的空间:在第二个任务之前遇到新的老鼠也加强了对新奖励策略的学习。
在整个训练过程中，大脑活动的变化揭示了驱动这种新奇增强学习的神经元机制。在啮齿动物中，海马体中有一种明确的放电模式，称为θ波，它被认为在学习和记忆中起着核心作用。当Park和合著者检查海马体腹侧的记录时，他们发现在探索新舞台和随后的一个小时中，θ波变得更强;在接下来的两天里，随着老鼠对竞技场的熟悉，θ波逐渐减少。研究人员发现，接触新奇事物也会破坏原始导航策略的编码，重新组织海马体腹侧个体神经元的放电模式，使它们与θ波同步。
与此同时，内侧前额叶皮层神经元的θ波同步性下降，海马活动与前额叶活动之间的相关性减弱。这些和其他研究结果表明，接触新奇事物会抑制海马体腹侧和前额叶皮层内侧之间的突触连接，重置电路，以允许随后加强与学习相关的连接。
通过触发这种重置，新鲜感似乎可以促进策略更新，以响应任务的特定奖励结构。机器学习分析表明，在接触新奇事物后，海马腹侧神经元将编码策略从预测第一个任务的奖励策略转换为预测第二个任务的奖励策略。然后，任务特定的信息被传递给内侧前额叶神经元，它们相应地更新编码。
在化学层面上，神经递质多巴胺是这种可塑性的关键媒介。一些实验表明，激活海马体腹侧的多巴胺d1受体会产生类似新奇的效果，包括减弱海马体-前额叶的连通性和增强学习能力。阻断d1受体可以阻止这些新奇的效应。
总之，这些发现揭示了在灵活的信息编码中起作用的一些大脑机制。
“我们的研究指出，新颖性是触发电路重置的一种方式，有助于小鼠的空间学习。”说公园。“下一步是在这些发现的基础上，探索新鲜感是否在人类记忆和学习中起着类似的作用。”
资助:MH096274，MH018870-29，MH117454，MH109735
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本文无意提供医学诊断、建议、治疗或认可
朴安杰，哈里斯，郑志忠，马蒂纽，张志明，张志勇。，Abbas, A. I., Lowes, D. C., Kellendonk, C., Gogos, J. A., & Gordon, J. A. (2021). Reset of hippocampal-prefrontal circuitry facilitates learning. Nature. doi: 10.1038/s41586-021-03272-1
