【Science】除了醒觉，，丘脑怎样控制联合学习
昨天的文章中，，我们通过陆军军医大学胡志安研究组的事情明确了丘脑室旁核（PVT）怎样将我们从睡梦中叫醒[1]。。。。醒来之后，，我们便要最先学习，，最先事情，，今天的主角仍然是这个脑区。。。。
说到学习，，其中一种形式即是联合学习，，是指情形事务与生物自身反应之间形成联系的历程。。。。其基本假设是，，两个事务A和B在一起的履历使生物在它们的内部特征之间建设联合，，这种联合会由于种种因素在强度上爆发转变。。。。举个例子，，若是我们每月5日领取薪水，，那么当我们看到日历上的5日时，，心情也会越发愉快一些。。。。
关于联合学习的神经学机制，，早期研究普遍聚焦于大脑皮层及海马[2]。。。。近期，，科研事情者们逐渐发明了丘脑在运动准备、事情影象、规则等联合学习历程中施展主要作用。。。。可是关于丘脑中调控联合学习的详细脑区及其调控机制，，我们尚未可知。。。。
丘脑
2018年9月25日，，《Science》杂志刊登了另一篇有关丘脑PVT的文章，，斯坦福大学陈晓科研究组发明PVT会被新颖刺激、强化性刺激、预期奖励的消逝等联合学习历程激活，，而抑制PVT神经活性会影响小鼠食欲、厌恶刺激的联合学习历程[3]，，极大提高了人们对该领域的认知。。。。
第一作者朱英杰教授
通讯作者陈晓科教授
1.PVT编码夸奖、厌恶性联合学习
首先，，作者使用钙成像要领，，在小鼠PVT中注射AAV-GCaMP6m，，并埋植光纤。。。。他们禁水处置惩罚小鼠后，，使其嗅特殊气息或给予水滴，，发明早先两种刺激均可激活PVT脑区。。。。但随着实验次数的增添，，PVT对水滴的反应坚持稳固，，但对气息的反应逐渐消逝（图1A）。。。。
在小鼠熟悉此种气息后，，作者将这种气息与夸奖性、中性、厌恶性刺激相关联，，每次训练均起始于1秒条件性刺激（熟悉的气息），，一段延迟后，，给予小鼠非条件性刺激（差别喜恶性刺激）（图1B）。。。。他们发明夸奖性刺激与厌恶性刺激均可激活PVT，，而中性刺激不会，，其中大都PVT神经元同时被夸奖性刺激与厌恶性刺激激活（图1C-E）。。。。并且，，随着刺激的夸奖性、厌恶性水平提高，，小鼠PVT被激活的水平也更高（图1F-G）。。。。
图1 PVT编码夸奖性联合学习
若是预期效果与现实产出不符，，会导致展望误差。。。。展望误差由许多脑区编码，，为联合学习提供履历教训[4]，，作者就PVT是否加入展望误差历程睁开研究。。。。他们将条件性刺激（CS）与夸奖性或厌恶性非条件刺激（US）相连系，，发明小鼠PVT对CS的反应逐渐增强，，而对US的反应维持稳固（图2A，，B）。。。。关于训练完成后的小鼠，，PVT对高度切合预期效果的反应与非预期效果的反应相似（图2C-F），，批注PVT并不加入展望误差历程。。。。
图2联合学习历程中PVT神经活性动力学
2.PVT调控夸奖、厌恶性联合学习
为研究PVT活性在联合学习中的须要性，，作者在小鼠PVT中注射AAV-ArchT，，并埋植光纤。。。。他们在CS时期或US时期后光抑制PVT神经元，，发明小鼠均会降低舔水频率，，批注小鼠未形成联合学习（图3A-D）。。。。而在训练好的，，即已形成联合学习的小鼠中，，CS时期光抑制PVT并不影响其舔水行为（图3E）。。。。别的，，在go/no-go范式中，，在CS时期光抑制PVT会镌汰小鼠在go信号下的舔水行为，，而增添其在no-go信号下的舔水行为（图3F-H）。。。。这些批注联合学习的形成需要PVT神经活性。。。。
图3 光抑制PVT脑区影响小鼠联合学习
3.PVT编码情形依赖性联合学习
为研究内稳态对小鼠联合学习带来的影响，，作者给予禁水处置惩罚后的小鼠足量饮水，，使其补水富足（图4A）。。。。他们发明，，补水后小鼠PVT被CS或US激活的水平显著降低（图4B,C）。。。。
图4 内稳态对PVT编码联合学习的影响
接着，，为进一步研究情形对小鼠联合学习带来的影响，，他们增添了厌恶性刺激的强度，，将第六天的吹气替换为尾部电击（图5A）。。。。第六天厌恶性刺激的增强削弱了小鼠对夸奖性刺激的联合学习，，增强了小鼠对厌恶性刺激的联合学习，，体现在PVT的被激活的水平以及发放水平（图5B-G）。。。。别的，，小鼠联合学习的速率也大幅延迟（图5H）。。。。
综上，，内稳态与外情形均可通过影响PVT激活水平影响小鼠联合学习。。。。
图5 外情形对PVT编码联合学习的影响
4.夸奖缺失对PVT编码联合学习的影响
最后，，类似于增强厌恶性刺激水平，，作者建设夸奖缺失行为学范式。。。。他们发明当期待的夸奖并未正常提供时，，小鼠PVT在US时期缺乏被迅速激活的第一相，，但一段时间内会被一连激活。。。。并且，，小鼠中止饮水后，，PVT会被激活一小段时间，，批注小鼠对夸奖的期待（图6A-C）。。。。
作者假设，，PVT对夸奖缺失的反应是一种联合学习历程，，进而爆发消退行为。。。。为验证此假设，，作者在PVT中注射AAV-Arch，，并埋植光纤。。。。他们发明夸奖缺失简直可以镌汰小鼠舔水行为，，即消退行为；；；但在US或CS时期，，光抑制PVT脑区会大幅延缓上述消退行为（图6D,E）。。。。
图6 夸奖缺失对PVT编码联合学习的影响
总结
联合学习，，是指情形事务与生物自身反应之间形成联系的历程，，为生物体趋利避害提供基础。。。。然而，，对丘脑加入的联合学习神经机制，，我们知之甚少。。。。本篇文章连系光纤钙成像、光遗传、行为学等要领，，发明PVT加入联合学习历程，，是内、外情形影响联合学习的枢纽，，极大提高了我们在学习、认知领域的认知，，意义重大！
参考文献
1.Ren, S., et al., The paraventricular thalamus is a critical thalamic area for wakefulness. Science, 2018. 362(6413): p. 429-434.
2.Fecteau, J.H. and D.P. Munoz, Salience, relevance, and firing: a priority map for target selection. Trends Cogn Sci, 2006. 10(8): p. 382-90.
3.Zhu, Y., et al., Dynamic salience processing in paraventricular thalamus gates associative learning. Science, 2018. 362(6413): p. 423-429.
4.Cohen, J.Y., et al., Neuron-type-specific signals for reward and punishment in the ventral tegmental area. Nature, 2012. 482(7383): p. 85-8.
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