通过重置关键脑电路来提高新体验

一项在老鼠身上进行的空间学习研究表明，接触新的经历会抑制大脑海马和前额叶皮层中已建立的表征，从而让老鼠学习新的导航策略。该研究发表于自然，被国家卫生研究院支持。

"The ability to flexibly learn in new situations makes it possible to adapt to an ever-changing world," noted Joshua A. Gordon, M.D., Ph.D., a senior author on the study and director of the National Institute of Mental Health, part of NIH. "Understanding the neural basis of this flexible learning in animals gives us insight into how this type of learning may become disrupted in humans."

Gordon博士与Joseph A. Gogos，M.D.，Ph.D.和Alexander Z. Harris，M.D.，Ph.D.，博士大学，纽约市的Josander Z.D.。

每当我们遇到新信息时，必须将信息合并为稳定的，持久的内存，以便我们稍后再次回忆。该存储器整合过程中的一个关键机制是长期延期，这是基于最近的活动模式的神经连接持续加强。虽然这种强化神经连接可能是持久的，但它不能是永久性的，或者我们无法更新存储器表示以适应新信息。换句话说，我们记得的能力新经验并向他们学习取决于持久和灵活的信息编码。

要了解使这种可塑性成为可能的特定神经机制，由哥伦比亚的艾伦J. Park，Ph.D.P的研究团队进行了审查的空间学习老鼠。

空间学习取决于键电路腹侧海马（位于大脑中间的结构）和内侧前额叶皮质（位于额头后面）。这些脑结构之间的连接在空间学习过程中加强。但是，如果连接保持最大强度，则稍后损害对新任务和规则的适应性。研究人员假设，暴露于新经验可能是一种环境触发，抑制了海马前额相连接，从而实现了灵活的空间学习。

在第一个任务中，研究人员训练老鼠以某种方式在迷宫中导航以获得奖励。然后，一些老鼠被允许探索一个他们以前没有见过的空间，而另一些老鼠则被允许探索一个熟悉的空间。然后老鼠进行第二项空间任务，要求它们转换到新的导航策略以获得奖励。

正如预期的那样，所有小鼠起初都赞成其原始导航策略。但是探索了一个新的空间的老鼠逐渐克服了这一偏见，并成功了解了通过40次试验培训课程的一半的新导航战略。当研究人员再次在第一项任务中测试了小鼠的子集时，他们发现新奇暴露的小鼠能够切换回原始策略，表明他们根据任务要求更新并选择他们的策略。

另外的调查结果表明，新颖性延伸到新空间之外的效果：在第二任务之前遇到新老鼠也增强了新奖励战略的学习。

整个训练中大脑活动的变化揭示了推动这种新颖性增强学习的神经元机制。在啮齿动物中，在海马中有一个明确的烧制模式，称为θ波浪，被认为在学习和记忆中发挥着核心作用。当公园和同性恋者检查了腹侧海马的录音时，他们发现在探索新颖的竞技场和随后的小时时，θ波浪变得更强大;随着小鼠在接下来的两天内熟悉竞技场，θ波浪减少了。研究人员发现，新颖性曝光还扰乱了原始导航策略的编码，重组腹侧海马中单个神经元的烧制模式，使它们与θ波同步。

内侧前额叶皮层神经元theta波同步性降低，海马活动与前额叶活动相关性减弱。这些和其他的发现表明，新奇的暴露会减弱海马腹侧和内侧之间的突触连接前额叶皮层，重置电路以允许随后加强与学习相关的连接。

通过触发此重置，似乎新颖性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，在新颖的曝光之后，腹侧海马神经元从一个策略转换编码，这些策略将在第一个任务上预测奖励到预测第二任务的奖励的策略。然后将任务特定的信息转发到内侧前额落神经元，该神经元相应地更新编码。

在化学水平上，神经递质多巴胺作为这种可塑性的关键介体。几个实验表明，在腹侧海马中激活多巴胺D1受体导致新的类似效果，包括抑制海马前额相连接和增强的学习。阻断D1受体阻止了这些新颖性诱导的效果。

在一起，这些发现揭示了一些在灵活信息编码中发挥作用的大脑机制。

“我们的研究指出了新颖的一种触发促进小鼠空间学习的电路重置的一种方式，”公园说。“下一步是建立在这些调查结果上，并探索新颖性是否在人类记忆和学习中起着类似的作用。”

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