在概率逆转学习过程中海马体-皮质回路中的跨频率协调

《Communications Biology》：Cross-frequency coordination in a hippocampo–cortical circuit during probabilistic reversal learning

　　

摘要

在不确定性环境下学习需要能够察觉环境条件的潜在变化，并灵活调整选择策略。为研究概率选择行为过程中海马体与皮质电路的动态变化，我们让大鼠在具有无预警奖励反转的两臂老虎机任务中进行训练，同时记录背侧海马体（CA1d）、外侧内嗅皮层（LEC）以及前额叶皮层（PFC）的局部场电位。随着训练次数的增加，大鼠的表现逐渐提升，从对结果的被动探索转向主动利用，这一变化可通过一种无模型指标来量化。混合效应模型分析显示，θ波段和快速γ波段的皮质同步性是表现不佳的标志。θ波和γ波的振荡存在协同关系，CA1d的θ波与PFC的快速γ波相互耦合，同时还会调节LEC中的慢速和快速γ波爆发，在接近目标时这些爆发会显著增强。神经元放电表现出路径特异性的相位锁定现象，海马体与皮质之间的放电时间依赖于θ波，而CA1d与LEC之间则存在明显的反向慢速γ波相位锁定。在接近目标时，分布式放电模式会发生变化，PFC中某些单一单元的放电会在目标附近持续增强，而海马体和内嗅皮层的神经元放电则在触碰目标瞬间出现短暂抑制。这些研究结果揭示了反映任务表现的LEC-PFC连接性指标，并将其与海马体θ波机制区分开来，后者负责调控皮质γ波爆发以及目标处理过程中的神经元放电时间，从而为在不确定性环境下的适应性决策提供了基于电路层面的理论框架。