科研進展

《科學》:深圳先進院等發現動態評估信息重要性的大腦機制

時間:2018-10-25  來源:腦認知與腦疾病研究所 文本大小:【 |  | 】  【打印

  日前,中國科學院深圳先進技術研究院腦認知與腦疾病研究所研究員朱英杰與美國斯坦福大學生物系教授陳曉科合作發現大腦存在一個動態評估外界信息重要性的機制——丘腦室旁核(PVT),該腦區的信息處理會讓大腦在不同環境和生理狀態下獲得對事件重要性的評估從而做出合適選擇。1026日,相關成果Dynamic salience processing in paraventricular thalamus gates associative learning(丘腦室旁核的動態評估重要性機制控制聯合性學習)以長文形式在國際頂級學術期刊《科學》(ScienceDOI:10.1126/science.aat0481,IF = 41.1)在線發表。朱英杰是論文第一作者,陳曉科是論文通訊作者。 

  科研人員首先訓練小鼠進行嗅覺巴浦洛夫條件性學習,將不同的氣味刺激跟獎賞(水)或者懲罰(吹氣或電擊)偶聯起來,發現位于大腦中部的丘腦室旁核(PVT)神經元能夠被重要的事件所激活,無論是獎賞和懲罰性刺激都能激活PVT 

  外界刺激的顯著性(重要性)不僅取決于刺激本身的物理特征,也跟動物的內在生理狀態和所處的外部環境有關。科研人員通過光纖成像記錄技術和單細胞電生理記錄技術從不同角度反復驗證發現,PVT神經元的活動能夠根據動物內在生理狀態和外部環境,動態地反映了動物對重要性的判斷。 

  對信息重要性的評估有助于將注意力集中于重要事件,從而提高對該事件的學習能力。他們利用光遺傳學神經調控發現,PVT控制著小鼠學習的速率和效果。在嗅覺巴浦洛夫條件性學習中,小鼠能夠學會氣味跟水獎勵的偶聯,表現為預期性的舔水。在人為利用光遺傳技術抑制PVT活動之后,這種偶聯性學習的速率和效果都大大受損。這說明,PVT的活動對于學習能力是非常重要的。 

  判斷信息的重要性是一個高級的大腦功能,它能夠幫助人們更好地適應多變的環境,也控制著人們的注意力和學習能力。相關發現為人們未來研究如何提高大腦的認知和學習能力奠定了重要基礎,對普通人群和腦疾病患者的認知與治療均具有突破性意義。此外,該大腦機制的研究發現也可能會為未來類腦智能與人工智能技術的結合提供新的研究思路。 

  該項研究得到國家自然科學基金委員會項目、深圳市科技計劃等項目資助。 

  論文鏈接

1:大腦中部的丘腦室旁核(PVT

2PVT 編碼了刺激的顯著性。 A:嗅覺巴甫洛夫條件性學習實驗范式; B 小鼠行為; C:光纖記錄顯示無論獎賞還是懲罰都能激活PVT D:電生理記錄顯示單個PVT神經元能夠被獎賞和懲罰所激活,從而編碼了刺激的顯著性。

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