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近日,，由Janelia研究園區(qū)和劍橋大學(xué)等合作在Nature Neuroscience發(fā)表了題為“Recurrent architecture for adaptive regulation of learning in the insect brain”的研究論文,，重構(gòu)了果蠅磨菇體多巴胺神經(jīng)元的控制體系，并用計算建模來預(yù)測反饋控制的作用,，提示了先前記憶對于后來學(xué)習(xí)的影響,。 圖源：New York Magazine 想要在不斷變化的環(huán)境中生存，動物不僅要知道什么是危險的,，什么是有利于生存的，還要及時地更新這些認知,。很多研究都試圖探索動物是如何認為某一信息是aversive還是appetitive,。 獎賞或懲罰偶聯(lián)學(xué)習(xí)記憶是可以不斷更新的,，根據(jù)強化學(xué)習(xí)理論，學(xué)習(xí)由多巴胺能神經(jīng)元主導(dǎo)的預(yù)測誤差驅(qū)動,。但這個系統(tǒng)是如何通過反饋調(diào)節(jié),，不斷適應(yīng)新的獎賞厭惡記憶，仍是一個難題,。 蘑菇體是果蠅學(xué)習(xí)記憶的中心,，其中富含以多巴胺神經(jīng)元為代表的調(diào)節(jié)性神經(jīng)元。蘑菇體傳入神經(jīng)元包含外界刺激信息,，傳出神經(jīng)元則包含學(xué)習(xí)結(jié)果信息,。本文利用大規(guī)模電鏡環(huán)路制圖技術(shù)(large-scale electron microscopy circuit mapping),，系統(tǒng)重構(gòu)了果蠅幼蟲中所有通過突觸前調(diào)節(jié)控制蘑菇體的神經(jīng)元,。作者發(fā)現(xiàn)這些神經(jīng)元大多接受蘑菇體的反饋調(diào)節(jié)，包括一步反饋和兩步反饋,。 接著,，作者通過光遺傳激活和中性氣味配對，找到了編碼aversive信息的調(diào)節(jié)性神經(jīng)元,，通過重建找到了它們的感覺傳入通路,。此外作者還利用神經(jīng)遞質(zhì)表征，從功能上驗證了以往確定的連接結(jié)構(gòu),。當(dāng)用光激活膽堿能反饋神經(jīng)元時,，可以形成和激活aversive調(diào)節(jié)性神經(jīng)元時類似的氣味厭惡記憶，而激活谷氨酸能和谷氨酸能反饋神經(jīng)元則相反,。 最后,，作者發(fā)現(xiàn)多巴胺調(diào)節(jié)性神經(jīng)元可以比較其接收的aversive和appetitive的收斂反饋信號，帶來了計算預(yù)測的可能性,。因此作者利用重構(gòu)的連接組,，相關(guān)神經(jīng)遞質(zhì)數(shù)據(jù)和神經(jīng)元功能數(shù)據(jù)建立了一個蘑菇體調(diào)節(jié)性神經(jīng)元的模型，模擬了其在不同學(xué)習(xí)任務(wù)中的表現(xiàn),。無論何種反饋調(diào)節(jié)在模型中被刪去時,，簡單偶聯(lián)的學(xué)習(xí)和需要更新記憶的學(xué)習(xí)能力都受損。 該研究構(gòu)建了具有突觸分辨率的蘑菇體傳入神經(jīng)元連接組,，通過建模展示了控制調(diào)節(jié)性神經(jīng)元的反饋電路改變了其中多巴胺神經(jīng)元的活性和動物的模擬學(xué)習(xí)結(jié)果,，為理解先前的學(xué)習(xí)如何調(diào)節(jié)后面的學(xué)習(xí)提供了基礎(chǔ),，在環(huán)路水平上開拓了改善未來學(xué)習(xí)的方法。 文章信息： 作者信息 編譯作者： 小魚干（brainnews創(chuàng)作團隊） 校審： Simon（brainnews編輯部） 前 文 閱 讀 1，Nature Neurosci：百年經(jīng)典現(xiàn)象再添新證據(jù)——衰老和癡呆或與這個細胞有關(guān),！ 3，Nature Neurosci綜述：記憶重現(xiàn)的神經(jīng)生物學(xué)基礎(chǔ)【思維導(dǎo)圖解析】  歡迎加入超過 15000人的 全球最大的華人腦科學(xué)社群矩陣 |
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