交規(guī)第一課就是要知道紅燈停，綠燈行，這種紅綠燈的聯(lián)想記憶是深入骨髓的。假如你只身來到了一個(gè)平行宇宙，這個(gè)宇宙用的是另一套交通燈系統(tǒng)，比如紫燈停，藍(lán)燈行，或者橙燈停，白燈行呢？沒人告訴你這個(gè)規(guī)則，你只能通過不斷試錯(cuò)來了解，有一天，你試圖將地球上的紅綠燈規(guī)則照搬到了紫藍(lán)燈或者橙白燈系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)還真是這么回事！至此，新的聯(lián)想記憶就完成了。

小鼠可不是老司機(jī)，作為一個(gè)重度近視+紅綠色盲癥患者，它要學(xué)習(xí)這一套“交通燈系統(tǒng)”可不容易。最近來自加州大學(xué)爾灣分校的一群科學(xué)家終于通過氣味-獎(jiǎng)勵(lì)訓(xùn)練教會(huì)了小鼠這套“交通規(guī)則”：他們規(guī)定小鼠聞到氣味A后舔吸管有糖水獎(jiǎng)勵(lì)，聞到氣味B后舔吸管會(huì)有奎寧水懲罰。于是小鼠很快就學(xué)會(huì)了氣味-獎(jiǎng)賞的聯(lián)系，掌握了”A氣味行“，”B氣味停“的“地球規(guī)則”。隨后小鼠被放置到”平行宇宙“，此時(shí)新的C氣味和D氣味出現(xiàn)，它開始學(xué)習(xí)新的規(guī)則了（即“C氣味行，D氣味?！保?，在這一組試驗(yàn)結(jié)束后，新氣味又變成了E和F，G和H……，每一組新氣味都有一個(gè)“行”和一個(gè)“?！?，被統(tǒng)稱為氣味1（行）和氣味2（停），也就是說，小鼠要學(xué)會(huì)的不僅僅是從某一種特定氣味聯(lián)想到對(duì)應(yīng)的獎(jiǎng)勵(lì)/懲罰，還要具備“遷移思維”：從地球交通規(guī)則中領(lǐng)悟到平行宇宙中同樣的氣味-獎(jiǎng)勵(lì)規(guī)律。

-Lee et al., Nature-

這種聯(lián)想記憶的形成和存取是由哪些腦區(qū)、環(huán)路控制的呢？之前的研究發(fā)現(xiàn)內(nèi)嗅皮層（entorhinal cortex）與聯(lián)想記憶密切相關(guān)，既然如此，這個(gè)任務(wù)是否同樣能追本溯源到內(nèi)嗅皮層中？為此，研究人員用光遺傳手段在聯(lián)想學(xué)習(xí)階段分別抑制外側(cè)內(nèi)嗅皮層（lateral entorhinal cortex，LEC）的扇形細(xì)胞（fan cells）和內(nèi)側(cè)內(nèi)嗅皮層（medial entorhinal cortex，MEC）的錐形細(xì)胞（pyramidal cells），發(fā)現(xiàn)抑制LEC扇形細(xì)胞會(huì)讓新氣味（氣味1、2）的學(xué)習(xí)大打折扣，而對(duì)已有的舊氣味（氣味A、B）沒有影響，相比之下，MEC的錐形細(xì)胞似乎對(duì)這兩種行為都沒有影響，這個(gè)實(shí)驗(yàn)說明，外側(cè)內(nèi)嗅皮層的扇形細(xì)胞才是控制氣味-獎(jiǎng)賞學(xué)習(xí)的主力。

為了研究扇形細(xì)胞在學(xué)習(xí)過程中的活躍情況，研究者運(yùn)用“opt-tag”的方法記錄了213個(gè)LEC的扇形細(xì)胞，他們發(fā)現(xiàn)LEC扇形細(xì)胞在學(xué)習(xí)過程中非?；钴S：隨著學(xué)習(xí)的進(jìn)行，這些細(xì)胞有的特異性對(duì)氣味A和氣味1有反應(yīng)，有的則對(duì)氣味B反應(yīng)，這些反應(yīng)也隨著時(shí)間的變化而變化。通過主成分分析（PCA）來研究扇形細(xì)胞對(duì)不同氣味反應(yīng)隨時(shí)間的軌跡，可以看到初期扇形細(xì)胞對(duì)氣味A和氣味B的反應(yīng)差別并不大（體現(xiàn)在高維空間中的軌跡之間的距離很?。?，但隨著學(xué)習(xí)的深入，細(xì)胞對(duì)氣味A和氣味B的反應(yīng)開始區(qū)分彼此了。有意思的是，如果觀察細(xì)胞對(duì)氣味A和氣味1的軌跡，可以看到這兩者在學(xué)習(xí)后期越來越接近（甚至重疊）——似乎小鼠學(xué)會(huì)了把氣味A和氣味1歸為了有獎(jiǎng)勵(lì)的同一組，并且堅(jiān)決與氣味B和氣味2劃清“楚河漢界”。

-Lee et al., Nature-

扇形細(xì)胞是受了什么上級(jí)指示才學(xué)會(huì)這個(gè)規(guī)則的呢？任務(wù)中氣味-獎(jiǎng)勵(lì)的聯(lián)系讓人聯(lián)想到強(qiáng)大的多巴胺系統(tǒng)。研究人員發(fā)現(xiàn)LEC受到不少來自腹側(cè)被蓋區(qū)（ventral tegmental area，VTA）和黑質(zhì)致密部（substantia nigra pars compacta，SNc）腦區(qū)多巴胺能神經(jīng)元的投射，如果通過光遺傳技術(shù)抑制掉這些多巴胺投射，就可以破壞小鼠對(duì)新氣味的聯(lián)想學(xué)習(xí)能力。如果通過光纖光度儀來捕捉多巴胺能神經(jīng)元投射的軸突鈣信號(hào)，研究人員發(fā)現(xiàn)，在小鼠只能聞到舊氣味A、B時(shí)，他們檢測(cè)不到任何鈣信號(hào)反應(yīng)，而在小鼠接觸到新氣味時(shí)，多巴胺神經(jīng)元的鈣信號(hào)開始發(fā)放了：這一階段包含了A、B、1、2四種氣味，小鼠對(duì)氣味A和1產(chǎn)生了選擇性的鈣信號(hào)活性，剛開始雖然它對(duì)氣味2也有反應(yīng)，但后面發(fā)現(xiàn)氣味2只能舔到“寂寞的苦”，久而久之也就和對(duì)氣味B一樣，態(tài)度冷淡下來了。不僅如此，在扇形細(xì)胞放電的高維軌跡圖中，如果細(xì)胞對(duì)氣味A和氣味1的反應(yīng)在高維空間中的重疊、相似程度越高，則小鼠做任務(wù)的正確率越高，相反，如果氣味A和氣味B的分開程度越小，則小鼠的正確率越低。如果用光遺傳技術(shù)抑制掉多巴胺投射，細(xì)胞對(duì)氣味A和氣味1的反應(yīng)就不再在空間上重疊，小鼠做任務(wù)的正確率也隨之降低了。這些結(jié)果說明LEC區(qū)域的多巴胺信號(hào)控制著新的聯(lián)想學(xué)習(xí)產(chǎn)生。

-Lee et al., Nature-

可見，要想聯(lián)想記憶好，外側(cè)內(nèi)嗅皮層的多巴胺必不可少呀！

本文來自微信公眾號(hào)“神經(jīng)現(xiàn)實(shí)”（ID：neureality），作者：Veronica，36氪經(jīng)授權(quán)發(fā)布。

關(guān)鍵詞： 扇形 皮層 細(xì)胞