医学进展
2021年05月号

海马-前额叶回路的重置促进了学习

作者:生命新知

空间学习诱导活动依赖性回路可塑性(或功能连接的变化),从而加强海马-前额叶回路(ventral hippocampus - medial prefrontal cortex,vHPC-mPFC)的连接和性能改良。然而,预先存在的强vHPC-mPFC连接削弱了对新任务的适应,而破坏原有的θ频率连接性则提高了性能。突触抑制促进了新规则的学习,而长时程增强(long-term potentiation, LTP)的诱导阻碍了随后的学习。此外,LTP表达的突触不能进一步增强,但低频θ刺激会减弱现有LTP,并允许随后的LTP诱导。

美国国立卫生研究院的Joshua A. Gordon等人提出一种假设,即削弱已建立的回路连接可能会增强学习能力,允许随后的学习相关可塑性。为了验证这一假设,Gordon等人研究了在适应性学习过程中,引起突触抑制的新鲜事物是如何影响vHPC-mPFC的。

研究人员发现,新鲜事物重置了连接腹侧海马(ventral hippocampus, vHPC)和mPFC的神经回路,从而促进了克服既定策略的能力。将小鼠暴露于新鲜事物中,通过将vHPC活性重新组织为局部θ振荡(4~12 Hz)并削弱现有的vHPC-mPFC连接性,会破坏以前的编码策略。随着小鼠随后适应新任务,vHPC神经元产生了与任务相关的新活动,vHPC-mPFC连接性得到增强,并且mPFC神经元被更新来编码新规则。

然而,当没有新鲜事物时,小鼠坚持其既定策略。阻断多巴胺D1受体(dopamine D1 receptors, D1Rs)或抑制在vHPC中表达D1Rs的新鲜事物标签的细胞可阻止这些新的行为和生理效应。此外,D1Rs的激活模仿了新鲜事物的影响。这些结果表明,新鲜事物通过D1Rs介导的vHPC-mPFC回路复位来促进自适应学习,从而实现后续的学习相关回路可塑性。

研究人员表示,快速适应新情况的能力对于生存至关重要,而这种灵活性在许多神经精神疾病中均受到损害。了解新鲜事物是否以及如何激发大脑回路来促进认知灵活性具有重要的转化意义。由于许多神经精神疾病与vHPC-mPFC回路可塑性有关,因此该研究为这些疾病的治疗干预提供了新见解。

参考文献:Park AJ, Harris AZ, Martyniuk KM, et al. Reset of hippocampal–prefrontal circuitry facilitates learning[J]. Nature,2021,591:615-619.

Copyright 1994-2015 Cinkate.com.cn All Rights Reserved 沪ICP备10014127号-5