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Neuron：研究揭示海馬在觀察性空間學習中的一種可能新機制

本文由brainnews腦科學世界團隊原創編譯 ， 轉載請聯系授權 。
觀察學習及通過觀察他人行為進行學習背后的神經環路機制尚不明確 。 海馬位置細胞對位置學習十分重要 ， 而且清醒狀態下位置細胞活動模式會參與位置決策 。
在近期發表在NERUON上的研究“Observationallearningpromoteshippocampalremoteawakereplaytowardfuturerewardlocations”中 ， 來自貝勒醫學院的研究員們發現 ， 當觀察者大鼠(OB)在迷宮旁邊的觀察箱中通過觀看演示者大鼠(Demo)的運動軌跡來學習如何跑迷宮時 ， 觀察者在自己跑迷宮時形成的位置細胞發放模式會在觀察箱中遠程重演 。
這種清醒狀態下的遠程重演無論是正向還是反向都傾向于標記迷宮中的獎勵位置 ， 而且反映了觀察者未來在迷宮中的正確軌跡 。 相比之下 ， 在沒有演示者存在的控制組中 ， 遠程重演顯著減少 ， 對獎勵點的偏好和對未來軌跡的預測也消失了 。
此研究認為 ， 在觀察學習中 ， 社交觀測指導了清醒狀態下遠程重演的內容 ， 從而驅動位置決策 。
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研究員們首先設計了一個觀察學習范式 。 OB首先待在與迷宮分離的觀察箱中 ， 同時一只已經被訓練學會隨機選擇T迷宮的左右臂并前往位于臂盡頭的獎勵點舔水的Demo在迷宮中跑 。 觀察箱左右側也設有獎勵點 ， 當Demo隨機選擇一條路徑并得到獎勵后 ， 如果OB在10s內向與Demo同側的獎勵點探嗅 ， 則會獲得舔水獎勵 。
隨后 ， OB被放入T迷宮中間臂 ， 假如它做出了與Demo剛才相同的選擇并前往相同的獎勵點 ， 則會獲得獎勵 。 當OB連續兩天選擇正確率＞70%時視為表現達標 。
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在訓練前 ， 所有OB會先在觀察箱中觀察Demo跑迷宮 ， 但這個階段它們本身不會真正進入迷宮探索 。 和預期相同 ， OB在訓練前對箱中兩側的獎勵點為隨機探嗅 ， 而經過訓練后 ， 它們學會了探嗅和Demo的選擇相同的一側 ， 甚至當Demo剛轉向該側還沒到達獎勵點時 ， 它們就可以稍微提前的做出正確選擇 。
為了驗證這種觀測學習是否需要Demo的存在 ， 研究員們將Demo替換為可移動的物體或直接去掉（控制條件） ， 則OB的表現顯著變差 ， 說明OB在觀察箱的表現依賴于示范者的存在 。
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OB在T迷宮中的表現也同樣符合預期 。 通過訓練 ， OB在迷宮中的軌跡從早期的隨機選擇變為訓練后期的與Demo的選擇相匹配（盡管Demo是隨機選的） ， 正確率顯著升高（至86.7%） 。
將Demo存在的條件與控制條件（物體或Demo消失）下OB的表現進行比較 ， 發現OB的正確率降至隨機選擇水平 ， 說明OB在迷宮中的良好表現同樣需要Demo的存在 。
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隨后研究員們想知道OB的表現是否與海馬CA1腦區相關 。 他們在實驗組OB的背側CA1注射神經毒性的NMDA來損傷該腦區 ， 在控制組上注射溶媒 ， 并比較兩組在注射前后的行為表現 。
結果顯示 ， 實驗組注射后在觀察箱中的探嗅頻率和首次探嗅的正確率都顯著下降 ， 在T迷宮中選擇正確軌跡的比例也顯著低于控制組 ， 說明背側CA1的損傷會顯著損害OB在觀察箱和迷宮中的表現 。
研究員們還額外發現 ， 去掉Demo的聲音和留下的氣味不會影響OB的表現 ， 而去掉OB的視覺信息會顯著降低正確率 ， 但仍高于隨機情況 ， 說明視覺信息對此學習非常重要 ， 但當視覺被剝奪時 ， 其他感官也會進行補償 。

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