协调的大脑激活支持空间学习和决策

美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)称，专门的大脑激活可以“重放”老鼠在太空中行走时可能采取的路线，从而帮助他们跟踪已经采取的路线并在下一步可以选择的路线中进行选择，资助的研究发表在Neuron杂志上。

Shantanu Jadhav博士说：“这些发现揭示了大脑内部的“重播”过程，使动物可以从过去的经验中学习，以形成通往目标的路径的记忆，并随后回忆起这些路径以规划未来的决策。，马萨诸塞州沃尔瑟姆市的布兰代斯大学助理教授，该研究的高级作者。“这些结果有助于我们更好地理解神经元水平的协同激活如何促进学习和决策中涉及的复杂过程。”

海马位于大脑中部，对学习和记忆至关重要，并包含专门的“位置”细胞，可传递有关空间位置和方向的信息。这些位置细胞显示出导航过程中的特定活动模式，这些模式随后可以向前或向后“重播”，几乎就像大脑正沿着大鼠所走的路线快进或快退一样。

在先前的研究中，Jadhav及其同事发现了这些重播事件，其特征是称为锐波波纹的神经活动爆发，导致海马体和前额叶皮层(前额皮层中涉及的大脑区域)协调活动。做决定。

但是，随着时间的推移，这些正向和反向重放事件如何影响实际的学习和决策尚不清楚。为了找出答案，Jadhav和他的第一作者贾斯汀·D·申(Justin D. Shin)和唐文博(Wenbo Tang)连续记录了大鼠的大脑活动，因为它们在一天的过程中学会了如何操纵一个特殊的W形迷宫。这使研究人员能够观察到大鼠学习过程中神经表征的变化。

研究人员对大鼠进行了八次训练，以按照两条规则(一条简单规则和一条复杂规则)遵循路径，每当它们到达正确的目的地时都会给予奖励。简单的规则要求记住迷宫路径的开始和结束位置。复杂的规则取决于工作记忆，要求老鼠记住前一条路径才能选择下一个目的地。

科学家将分析的重点放在老鼠在完成一条路径与选择另一条路径之间暂停时的过渡时刻。正如研究人员所期望的，海马中的重播事件显示倒转的过去路径重新激活，就像在倒带时一样，并显示了未来可能的路径重新变现，就像快进一样。

向前和向后重放模式非常强大，研究人员可以使用这些记录来预测大鼠在W形迷宫中的停顿位置。在大鼠学习简单规则后，连续记录整个任务的大脑活动，揭示了激活模式的变化。在学习的不同阶段，研究人员可以使用反向重放和正向重放模式分别预测动物刚刚走的路和下一步将要走的路。这些变化表明，反向重放对于从先前的路径进行学习非常重要，尤其是在学习的早期阶段，而向前重放对于计划下一条路线非常重要，尤其是在学习的后期阶段。

随着时间的推移，与学习复杂的工作记忆规则相关的激活模式更加一致：反向重放事件重新激活了所有可能的过去选择，而正向重放事件又重新激活了整个学习过程中所有可能的将来选择。

然而，当研究人员观察海马和前额叶皮层的重播事件之间的协调时，他们发现两个大脑区域的协调性重激活与大鼠的实际选择相关，也就是说，重激活对于路径重播更强。老鼠走了比不走的路要多。

总之，这些发现表明，整个海马和前额叶皮层的协调重放在空间学习和记忆指导的决策中起着重要的作用。具体而言，结果表明，反向重播可能支持反思和评估过去导致目标的路径的能力，而向前重播似乎支持进行前瞻性思考并计划将导致目标的选择的能力。未来。

“已经在包括人类在内的许多物种中观察到“重放”参与了记忆过程，这项研究建立了重放是跨多个大脑区域内部对话的关键神经基础，以支持我们的学习，计划，选择能力。 ，并进行推断。”贾达夫总结道。

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