Энторинальная кора управляет обучением

Sep 10, 2023

Nature, том 611, страницы 554–562 (2022 г.) Процитировать эту статью

18 тысяч доступов

5 цитат

159 Альтметрика

Подробности о метриках

Авторская поправка к этой статье была опубликована 15 ноября 2022 г.

Эта статья обновлена

Считается, что изменения в активности мозга, связанные с обучением, лежат в основе адаптивного поведения1,2. Например, изучение места вознаграждения грызунами требует развития чрезмерного представительства этого места в гиппокампе3,4,5,6. Как происходит это изменение, связанное с обучением, остается неизвестным. Здесь мы зарегистрировали активность популяции CA1 гиппокампа, когда мыши обучались расположению вознаграждения на линейной беговой дорожке. Физиологические и фармакологические данные свидетельствуют о том, что адаптивное чрезмерное представительство требует поведенческой синаптической пластичности (BTSP)7. Известно, что BTSP управляется дендритными сигналами напряжения, которые, как мы предположили, инициируются входными сигналами от слоя 3 энторинальной коры (EC3). Соответственно, избыточное представительство CA1 было в значительной степени устранено за счет оптогенетического ингибирования активности EC3. Записи нейронов EC3 выявили паттерн активности, который мог бы дать поучительный сигнал, направляющий BTSP на создание избыточного представления. В соответствии с этой функцией наши наблюдения показывают, что воздействие второй среды, обладающей выраженным сигналом, предсказывающим вознаграждение, привело к тому, что как активность EC3, так и плотность поля места CA1 были более повышены в момент сигнала, чем в момент вознаграждения. Эти данные показывают, что связанные с обучением изменения в гиппокампе вызываются синаптической пластичностью, управляемой инструктирующим сигналом от EC3, который, по-видимому, специально адаптирован к поведенчески значимым особенностям окружающей среды.

Было обнаружено, что поведенческий опыт животных формирует популяционную активность в гиппокампе, и эта зависимая от опыта активность нейронов необходима для изучения мест вознаграждения3,4,5,6. Обычно считается, что такие нейрональные изменения, связанные с обучением, опосредуются синаптической пластичностью, обычно Хеббианского типа8,9,10. Чтобы напрямую изучить физиологические процессы, посредством которых опыт изменяет активность популяции гиппокампа, мы использовали двухфотонную Ca2+-визуализацию для регистрации активности GCaMP6f-экспрессирующих дорсальных пирамидных нейронов CA111 у мышей с фиксированной головой, выполняющих задачу пространственного обучения (рис. 1a). Задача состояла из двух этапов. Сначала мышей приучали к беговой дорожке с линейными дорожками с использованием пустой ленты длиной 180 см, при этом расположение награды (10% раствор сахарозы) менялось от круга к кругу (рис. 1b–k). В день 0 (последний день этой фазы привыкания) скорость облизывания и скорость бега животных были одинаковыми по всей окружающей среде (рис. 1b–f), а клетки места CA1 равномерно располагали пространство (рис. 1g, h). На втором этапе награда доставлялась в одно фиксированное место, и трек содержал несколько сенсорных сигналов, равномерно распределенных в пространстве (день 1: первое воздействие на фиксированное место вознаграждения; рис. 1b–l). В ходе этого сеанса животные постепенно ограничивали облизывание той части окружающей среды, которая находится вокруг награды (рис. 1б–г), и одновременно замедляли скорость бега при приближении к месту доставки награды (рис. 1д, е). Параллельно с этими поведенческими изменениями мы наблюдали увеличение общего количества клеток места CA1, при этом плотность клеток места возле места вознаграждения увеличилась более чем в два раза3,4,6 (рис. 1g-i). Также были улучшены пространственная информативность (рис. 1j) и надежность отдельных полей мест (рис. 1k) между кругами. Наконец, корреляция вектора популяции клеток места была значительно ниже по сравнению между днями и внутри дней (рис. 1k). В совокупности эти результаты показывают, что изучение местоположения награды в первый день связано с изменением представления CA1, которое включает сильно повышенную плотность клеток места рядом с наградой, наличие которой значительно коррелирует с низкими скоростями бега, измеренными вокруг награды. вознагражденное место (рис. 1л). Это так называемое чрезмерное представление вознаграждения похоже на адаптацию активности CA1, которая, как ранее было обнаружено, необходима для успешного изучения местоположения вознаграждения5.