發現海馬和眶額皮層在決策編碼中的重要作用

人的一生總是伴隨著大大小小的選擇，小到晚飯應該吃什麼，大到選擇陪伴自己一生的伴侶。在這一系列的決策中，我們總希望自己做出的選擇能夠在未來得到最大化的收益。

在我們的大腦中，海馬和眶額皮層（orbitofrontal cortex, OFC）在決策和其他認知過程中起到重要作用。解剖發現，海馬和 OFC 之間是存在結構連接的，OFC 會接收來自海馬的輸入。然而，在決策過程中，海馬和 OFC 之間功能上的關係並不清楚。

近日，來自美國的科學家 Wikenheiser 等人通過記錄小鼠在執行決策任務時 OFC 中的神經元活動，發現 OFC 神經元編碼了決策任務的預期結果，而如果抑制了海馬的重要輸出區域：腹側下托區（ventral subiculum），將強烈的干擾OFC的編碼能力。

在實驗的過程中，小鼠首先接受了決策任務訓練。小鼠會嗅到 3 種氣味中的一種，如果嗅到氣味 A 或 B，則左側或右側的盒子中會有食物獎勵（強迫選擇），如果嗅到氣味 C，則兩側的盒子中都會有食物獎勵（自由選擇）。

食物獎勵為香草味牛奶或者巧克力，獎勵數量為 1 滴或者 3 滴。在不同的實驗序列中，食物的口味和數量是不同的。

訓練結束後，研究者們在實驗組小鼠的雙側海馬腹側下托區注射 AAV 病毒，使該區域的神經元表達出 eNpHR（下圖 B 和 C 中的綠色神經元）。

同時在實驗組和控制組小鼠的 OFC 中插入電極（下圖 E 中的紅色方框區域），記錄 OFC 的神經元活動。

對於小鼠來說，正確的決策就是獲得最多的食物獎勵，所以小鼠在決策中需要預測獎勵數量、食物口味或者獎勵位置。

通過對比實驗組和控制組小鼠在決策任務中的行為表現，研究者發現，海馬腹側下托區的活動減弱影響了自由選擇決策任務的準確度，即實驗組小鼠更多的選擇了更少的食物獎勵，但並未影響強迫選擇決策任務的準確度。

通過把整個決策任務分成 7 個子過程，並分析 OFC 中的神經元在決策任務中的放電頻率，研究者發現，控制組小鼠的 OFC 神經元中參與結果預測（anticipate）這一子過程的比例顯著地高於實驗組。

進一步分析發現，OFC 中的神經元會選擇性地對決策任務中的獎勵數量、食物口味或者獎勵位置進行編碼（下圖中就是三個典型的任務特徵編碼神經元的活動）。

到底編碼了哪些任務特徵的 OFC 神經元受到海馬腹側下托區的影響最大呢？

通過分析發現，編碼獎勵位置信息的 OFC 神經元比例在實驗組和控制組之間的差異最大。也就是說，海馬為 OFC 提供了與空間位置相關的信息輸入，這與海馬在空間記憶中的重要作用有很大的關係。

綜上所述，海馬腹側下托區的活動減弱妨礙了 OFC 神經元的信息整合能力，進而干擾 OFC 對決策任務的編碼能力，導致小鼠在決策任務中表現欠佳。

參考文獻：

Wikenheiser et al., Suppression of Ventral Hippocampal Output Impairs Integrated Orbitofrontal Encoding of Task Structure, Neuron (2017).

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