后顶叶皮层参与决策新作用被发现
来源:健康报 作者:王潇雨 浏览:251次 发布时间:2019年05月10日

当面对未知感觉刺激时,动物需作出恰当抉择以应对新状况,而后顶叶皮层在这一过程中发挥关键作用。这是中国科学院神经科学研究所、脑科学与智能技术卓越创新中心、神经科学国家重点实验室徐宁龙研究组的新发现。他们利用创新性的行为学实验设计,结合双光子成像技术、光遗传和化学遗传操纵方法,印证了后顶叶皮层及相关神经环路在抉择过程中发挥作用的假说。相关研究论文近日在线发表在《自然·神经科学》期刊上。

后顶叶皮层是大脑中一个处理多种感觉、运动信息的联合脑区,能够接收来自视觉、听觉和躯体感觉系统的信息传入,已知的或可能参与的高级功能包括:分类与抉择、空间导航、运动规划、注意等。当后顶叶皮层受损,会出现感觉-运动不协调的症状,以及空间感知和记忆受损等认知障碍。过去20多年的研究表明,后顶叶皮层神经元放电与人类或动物的抉择行为高度相关。而近期多个研究却发现,抑制后顶叶皮层神经元放电并不影响动物在抉择行为中的表现。如何解释这种不一致?

徐宁龙研究组分析前人的实验后发现,这些研究使用的感觉刺激(视觉或听觉)都是在行为任务训练中被反复呈现过的。他们猜想,当某一未知事物经过反复学习并被归类到熟悉的认知范畴后,再次面对该事物时,动物体可能不再需要作出抉择判断,仅提取已经建立的关联就可以迅速作出反应。但是,动物和人类智能的强大适应性表现在:面对变化莫测环境中的未知事物时,仍能够作出恰当的抉择判断。“比如说,当你在野外面对一只未知的动物时,你需要根据以往的知识,结合眼前的感觉信息,判断该动物是否具有攻击性。但当你面对的是一只熟悉的动物时,则不需要这种能力就可以根据记忆作出判断。”

研究人员据此提出新假说:与初级的感觉运动整合神经环路不同,后顶叶皮层神经环路的作用在于使动物在面对未知感觉刺激时,能够根据已有的知识结合当前的感觉信息,作出恰当的抉择判断。

他们根据这一假说设计了不同于以往的实验:首先仅用少数感觉刺激(两个声音刺激,低频和高频)对小鼠进行行为训练。当小鼠学会将这两个声音与对应的选择关联之后,才加入介于这两个频率之间的声音作为新刺激来测试小鼠的分类抉择能力。结果表明,即使从未听过这些新的声音,实验小鼠也能够通过之前学会的高频、低频分类规则对新声音刺激作出恰当的判断。而当团队利用光遗传等神经操控技术抑制后顶叶皮层活动后,则发现实验小鼠对新刺激的选择判断会显著受损。这一发现支持“后顶叶皮层在对新刺激进行抉择的过程中发挥了重要作用”的假说。

当新刺激经过几天训练之后,再对后顶叶皮层进行抑制时,实验小鼠的选择判断不再受影响。这表明感觉刺激经过学习,已经形成类别与行动之间的关联后,不再需要后顶叶皮层参与。此外,团队还利用在体双光子成像技术对后顶叶皮层神经元群体活动进行跟踪记录,结果同样支持该假说。