工作記憶（WM）是一種重要的認(rèn)知功能，可以暫時(shí)記住最近的信息，以告知未來(lái)的行動(dòng)。這一過(guò)程依賴(lài)于前額葉皮層（PFC）的關(guān)鍵亞區(qū)和其他連接的腦區(qū)之間的協(xié)調(diào)。然而，很少有研究利用自由移動(dòng)的動(dòng)物，特別是小鼠的電生理記錄檢測(cè)在整個(gè)WM階段中這些亞區(qū)之間的功能特化程度。

基于此，2024年4月28日俄勒岡健康與科學(xué)大學(xué)神經(jīng)科學(xué)系A(chǔ)their I. Abbas研究團(tuán)隊(duì)在bioRxiv雜志發(fā)表了“Divergent Subregional Information Processing in Mouse Prefrontal Cortex During Working Memory”揭示了工作記憶過(guò)程中小鼠前額葉皮層分區(qū)信息加工的差異。

為此，作者記錄了在小鼠輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)（MOs）、背內(nèi)側(cè)PFC（dmPFC）和腹內(nèi)側(cè)（vmPFC）中的單個(gè)神經(jīng)元。發(fā)現(xiàn)在WM階段中與任務(wù)相關(guān)的活動(dòng)的不同模式。MOs在任務(wù)相轉(zhuǎn)變最活躍，背內(nèi)側(cè)PFC包含一個(gè)更穩(wěn)定的群體代碼，最后，vmPFC在選擇階段對(duì)獎(jiǎng)勵(lì)相關(guān)信息的反應(yīng)最強(qiáng)烈。作者的研究結(jié)果揭示在單一行為試驗(yàn)的所有階段，dmPFC群體穩(wěn)定地編碼回顧性樣本位置，而MOs優(yōu)先考慮轉(zhuǎn)換，vmPFC對(duì)選擇和結(jié)果變量最敏感。

圖一 行為和電極植入

為了檢驗(yàn)空間WM和PFC亞區(qū)域活動(dòng)之間的關(guān)系，小鼠將水限制在其初始體重的90%，并接受自由移動(dòng)、延遲非匹配位置（DNMTP）WM任務(wù)訓(xùn)練。這個(gè)任務(wù)的設(shè)計(jì)是為了讓小鼠在延遲期結(jié)束之前無(wú)法知道它們需要訪問(wèn)的確切選擇端口。每天至少收集每只小鼠三次同時(shí)進(jìn)行的行為和電生理數(shù)據(jù)。

圖二 在WM的樣本/編碼階段，MOs更活躍

作者追蹤了在DNMTP任務(wù)的所有關(guān)鍵階段的分區(qū)神經(jīng)放電活動(dòng)。FR的熱圖是通過(guò)首先對(duì)單獨(dú)的偽種群中所有神經(jīng)元的100 ms箱中的峰值計(jì)數(shù)進(jìn)行z評(píng)分來(lái)創(chuàng)建的，然后在樣本鼻戳周?chē)鷱淖罡叩阶畹偷姆逯祕(mì)評(píng)分活動(dòng)進(jìn)行排序。對(duì)每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的平均z評(píng)分偽種群FR進(jìn)行定量分析顯示，在樣本戳前200- 300毫秒窗口內(nèi)，與其他兩個(gè)植入位置相比，MOs的放電率顯著提高。dmPFC和vmPFC在任何時(shí)間點(diǎn)均無(wú)顯著差異。使用排列測(cè)試方法，發(fā)現(xiàn)MOs中也包含了最多的神經(jīng)元，其次是dmPFC，最后是vmPFC。這些結(jié)果表明，這些不同的子區(qū)域不僅在樣本階段的開(kāi)始，而且在編碼樣本端口位置，其功能梯度在MOs中最強(qiáng)，在vmPFC中最弱。

圖三 MOs最能區(qū)分任務(wù)階段

雖然回顧性樣本端口身份的選擇性編碼是成功執(zhí)行DNMTP所必需的，但它并不是小鼠必須不斷監(jiān)測(cè)的唯一任務(wù)參數(shù)，以做出正確的非匹配選擇并最大化獎(jiǎng)勵(lì)。動(dòng)物還必須知道任務(wù)的其他幾個(gè)方面，包括跟蹤任務(wù)的哪個(gè)階段，以便在特定的時(shí)間點(diǎn)制定正確的運(yùn)動(dòng)策略，即將到來(lái)的選擇端口位置和最終做出選擇的位置，以及選擇的結(jié)果是什么(正確或錯(cuò)誤)，以便鼠可以在必要時(shí)更新其策略。在單個(gè)試驗(yàn)的時(shí)間過(guò)程中，任何或所有這些因素都可能在任何給定的時(shí)間點(diǎn)相互作用。與dmPFC和vmPFC相比，小鼠過(guò)渡到poke周?chē)娜蝿?wù)階段在MOs中占據(jù)了更多的神經(jīng)變異。dmPFC進(jìn)一步將這個(gè)變量編碼到比vmPFC更大的程度。作者應(yīng)用了多類(lèi)編碼方案而不是二進(jìn)制編碼方案，因?yàn)槟Ｐ同F(xiàn)在有三種可能的選擇(樣本、延遲或選擇)來(lái)區(qū)分。該方法能夠在所有子區(qū)域以100%的準(zhǔn)確率解碼poke。 

總結(jié)

作者發(fā)現(xiàn)相鄰小鼠mPFC子區(qū)域的神經(jīng)群如何隨時(shí)間處理WM任務(wù)相關(guān)變量的信息。第一個(gè)關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)是，相對(duì)于其他子區(qū)域，每個(gè)子區(qū)域在任務(wù)期間表現(xiàn)出特征和不同的活動(dòng)。第二個(gè)關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)是，許多與WM任務(wù)相關(guān)的活動(dòng)似乎與存儲(chǔ)WM信息無(wú)關(guān)。

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