原始文獻(xiàn)：banerjee, a., parente, g., teutsch, j.et al.value-guided remapping of sensory cortex by lateral orbitofrontal cortex.nature585,245–250 (2020).
動物具有根據(jù)環(huán)境變化適應(yīng)性調(diào)節(jié)自身行為的能力。適應(yīng)性行為的一個重點是價值引導(dǎo)的決策（value-guided decision making），即動物可根據(jù)過去得到的獎賞反饋情況靈活地改變自身的行為模式。行為靈活性的降低是自閉癥、精神分裂癥等ji病的癥狀之一。在哺乳動物中，前額葉皮層（prefrontal cortex）在靈活的決策行為中起著重要的作用，特別是其中的眼眶額葉皮層（orbitofrontal cortex，ofc）。動物通過感覺皮層處理接受到的各種外界刺激，對于動物做出恰當(dāng)?shù)臎Q策是的。ofc與感覺皮層和皮層下處理獎賞信息的腦分區(qū)有著豐富的連接，但ofc在靈活決策中具體發(fā)揮了什么作用，以及ofc對感覺皮層的影響仍是未知的。這篇文章中，研究人員用一個反轉(zhuǎn)學(xué)習(xí)任務(wù)（reversal learning task）訓(xùn)練小鼠，發(fā)現(xiàn)外側(cè)ofc神經(jīng)元能夠指導(dǎo)初級軀體感覺皮層（somatosensory cortex，s1）中部分神經(jīng)元的重新映射（remapping），與小鼠的靈活決策行為密切相關(guān)。
研究人員通過一系列實驗和分析，表明了外側(cè)ofc對s1的指導(dǎo)在小鼠的靈活決策中發(fā)揮著重要作用。初次習(xí)得任務(wù)時，s1的部分神經(jīng)元表現(xiàn)出了對帶來獎勵的刺激的選擇性，規(guī)則改變后，外側(cè)ofc神經(jīng)元對s1的投射傳達(dá)了指導(dǎo)信號，驅(qū)動了s1神經(jīng)元對刺激的重新映射，使得小鼠可以靈活的改變其決策行為。
在反轉(zhuǎn)學(xué)習(xí)任務(wù)中，小鼠的頭部被固定，面前有一個伸舌頭就可以碰到的出水口，它們通過胡須感受靠近的砂紙，不同粗糙程度的砂紙分別代表著舔/不舔的信號，只有在正確的信號下舔出水口，小鼠才能得到液體獎勵。當(dāng)小鼠學(xué)會這一任務(wù)后，研究人員將不同砂紙代表的信號反轉(zhuǎn)，直至小鼠學(xué)會新的任務(wù)為止。
摘自原文fig1，左圖為行為學(xué)實驗的設(shè)置，右圖顯示小鼠隨著訓(xùn)練任務(wù)進(jìn)行而展現(xiàn)的學(xué)習(xí)情況，可以看出正確率（綠）隨著訓(xùn)練的進(jìn)行不斷提高，規(guī)則反轉(zhuǎn)后正確率瞬間降低，隨著繼續(xù)學(xué)習(xí)又提高到高水平。錯誤率（紅，未考慮遺漏掉正確信號的情況）則相反。
研究人員發(fā)現(xiàn)，用化學(xué)遺傳學(xué)方法抑制s1（s1處理來自胡須的觸覺信息）的神經(jīng)元后，小鼠將不能習(xí)得z初的任務(wù)。而抑制外側(cè)ofc的神經(jīng)元，則會阻礙小鼠習(xí)得反轉(zhuǎn)后的新規(guī)則（rule switch）。不過抑制外側(cè)ofc并不影響小鼠學(xué)會z初的任務(wù)，也不影響小鼠將別的刺激（第三種砂紙）與獎勵聯(lián)系起來。
摘自原文fig1，用病毒注射法向小鼠ofc或s1注射含有抑制型通道hm4di的病毒，通過每天注射cno抑制特定腦區(qū)的神經(jīng)元活動。左圖顯示，抑制s1后小鼠無法習(xí)得z初的任務(wù)。中圖顯示，規(guī)則反轉(zhuǎn)后抑制外側(cè)ofc，小鼠無法習(xí)得反轉(zhuǎn)后的新規(guī)則。右圖顯示，抑制外側(cè)ofc并不影響小鼠z初的學(xué)習(xí)，以及對新刺激的學(xué)習(xí)。
研究人員接下來用在體雙光子鈣成像觀察記錄了表達(dá)有g(shù)camp6f的小鼠皮層2/3層神經(jīng)元的鈣信號。下圖左側(cè)顯示了外側(cè)ofc單個神經(jīng)元的活動情況，左上為成功得到獎勵的情況，左下為正確判斷沒有獎勵的情況?？梢钥闯鲈撋窠?jīng)元的活動主要集中在獎勵給予階段（r，reward），小鼠在學(xué)會任務(wù)后（le），神經(jīng)元的活動有一定上升。而規(guī)則反轉(zhuǎn)后，當(dāng)小鼠獲得意料外的獎勵時（rn，原規(guī)則下無法得到獎勵，但小鼠在新規(guī)則下獲得了獎勵），神經(jīng)元活動顯著上升，而當(dāng)小鼠學(xué)會新規(guī)則后（re）神經(jīng)元活動降低。外側(cè)ofc神經(jīng)元的整體活動也與此一致，即展現(xiàn)出了規(guī)則反轉(zhuǎn)后神經(jīng)元活動的顯著上升。
摘自原文fig2，左圖顯示外側(cè)ofc單個神經(jīng)元的活動，右圖顯示記錄到的外側(cè)ofc神經(jīng)元整體活動情況。對s1神經(jīng)元的觀測則展現(xiàn)了不同的特點。想對于外側(cè)ofc的神經(jīng)元，s1神經(jīng)元的活動更多位于刺激階段（s，stimulus），且面對有獎賞刺激和無獎賞刺激均有反應(yīng)。從s1神經(jīng)元的整體活動來看，無論是初始學(xué)習(xí)還是規(guī)則反轉(zhuǎn)后的學(xué)習(xí)，在小鼠學(xué)會任務(wù)后（le和re），s1神經(jīng)元在面對有獎賞刺激時的活動都顯著更高（在學(xué)會任務(wù)之前則是無差異的）。
摘自原文fig2，左圖顯示s1單個神經(jīng)元的活動，右圖顯示記錄到的s1神經(jīng)元整體活動情況。上述結(jié)果提示，外側(cè)ofc的神經(jīng)元對獎勵結(jié)果有著較強(qiáng)的響應(yīng)，而s1的神經(jīng)元則更多的響應(yīng)感受到的刺激，并且會隨著小鼠的學(xué)習(xí)，對導(dǎo)向獎勵的刺激表現(xiàn)出更強(qiáng)的響應(yīng)。研究人員接下來利用記錄到的整個訓(xùn)練周期中神經(jīng)元的活動情況，比較每個神經(jīng)元在規(guī)則反轉(zhuǎn)前后面對不同刺激（正確判斷情況下的有獎勵刺激-hit和無獎勵刺激-cr）的響應(yīng)程度，計算了每個神經(jīng)元的不同情況下的選擇系數(shù)（selectivity index，細(xì)節(jié)見methods，大致就是神經(jīng)元活動在面對有無獎勵的刺激下的差異程度）。通過比較不同學(xué)習(xí)階段小鼠神經(jīng)元的選擇系數(shù)，可以判斷神經(jīng)元究竟是對獎勵結(jié)果還是刺激本身具有選擇性。研究人員發(fā)現(xiàn)外側(cè)ofc的神經(jīng)元始終表現(xiàn)出較高的結(jié)果選擇性（即始終有高的選擇系數(shù)，神經(jīng)元響應(yīng)有獎勵的刺激）；s1的神經(jīng)元有很大一部分一開始表現(xiàn)出刺激選擇性（即規(guī)則反轉(zhuǎn)后，神經(jīng)元的選擇系數(shù)也反轉(zhuǎn)，響應(yīng)原規(guī)則下帶來獎勵的刺激），當(dāng)小鼠學(xué)會反轉(zhuǎn)的規(guī)則后，s1神經(jīng)元又變得偏向于結(jié)果選擇。
摘自原文fig3，每張圖的每個點表示一個神經(jīng)元，分布在右上角的點表示其活動對獎勵有選擇性，右下角的點則表示神經(jīng)元對帶來獎勵的刺激有選擇性。s1的神經(jīng)元在規(guī)則反轉(zhuǎn)后展現(xiàn)出對（原規(guī)則下帶來獎勵的）刺激的選擇性（左下），而當(dāng)小鼠習(xí)得反轉(zhuǎn)后的規(guī)則后（右下），神經(jīng)元更多偏向于結(jié)果（獎勵）的選擇。
小鼠決策行為的靈活性就體現(xiàn)在對反轉(zhuǎn)規(guī)則的重新學(xué)習(xí)上，重新學(xué)習(xí)過程也帶來了s1神經(jīng)元活性的重新映射（即選擇性改變）。通過向小鼠的s1注射表達(dá)熒光蛋白的逆行aav病毒，研究人員驗證了外側(cè)ofc到s1的神經(jīng)投射。用化學(xué)遺傳學(xué)方法抑制外側(cè)ofc的神經(jīng)元后，s1的神經(jīng)元的選擇性不再改變。下圖為小鼠不同神經(jīng)元在獎勵給予階段活動情況的選擇系數(shù)分布圖。作為對照的s1（中）神經(jīng)元的選擇系數(shù)有明顯的重新排布特征，即選擇系數(shù)由正到負(fù)（表示規(guī)則反轉(zhuǎn)后，神經(jīng)元依然對原規(guī)則下的獎勵刺激起響應(yīng)），經(jīng)過重新學(xué)習(xí)后選擇系數(shù)又變回正（神經(jīng)元對新規(guī)則下的獎勵刺激其響應(yīng)），而抑制ofc后的s1神經(jīng)元（下）則沒有此特點。
自原文fig4，小鼠神經(jīng)元在獎勵給予階段活動情況的選擇系數(shù)分布圖。綜合來看，研究人員通過上述一系列實驗和分析，表明了外側(cè)ofc對s1的指導(dǎo)在小鼠的靈活決策中發(fā)揮著重要作用。初次習(xí)得任務(wù)時，s1的部分神經(jīng)元表現(xiàn)出了對帶來獎勵的刺激的選擇性，規(guī)則改變后，外側(cè)ofc神經(jīng)元對s1的投射傳達(dá)了指導(dǎo)信號，驅(qū)動了s1神經(jīng)元對刺激的重新映射（remapping），使得小鼠可以靈活的改變其決策行為。
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