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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).
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)得最初的任務(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)會最初的任務(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)得最初的任務(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并不影響小鼠最初的學(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GCaMP6f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。可以看出該神經(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。
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）。
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。
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。
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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