Cell：利用一种新发现的大脑回路，哺乳动物关注新环境中的最显著特征

在一项新的研究中，来自加州大学旧金山分校的研究人员发现当探索一个新环境时，小鼠利用大脑中一种独特的长距离连接，促使它们注意环境中最显著的特征。这种源于前额叶皮层并延伸到海马体的联系提供了大脑高级认知区域如何优化发生在遥远的大脑区域的操作的证据。相关研究结果发表在2022年4月28日的Cell期刊上，论文标题为“Top-down control of hippocampal signal-to-noise by prefrontal long-range inhibition”。

论文通讯作者、加州大学旧金山分校的Vikaas Sohal博士说，“这个回路是了解大脑如何让前额叶皮层对大脑的其他部分进行自上而下的调节的一个途径。这是一种以前从未见过的连接两个大脑区域的长距离、抑制性途径。”

前额叶皮层（PFC），有时被认为是“大脑的CEO”，控制注意力、计划和决策等执行功能。海马体存储记忆并处理空间信息，帮助我们浏览环境。

论文第一作者、加州大学旧金山分校的Ruchi Malik博士说，这种新发现的回路有助于将注意力集中在环境中重要的东西上，而忽略其他感官刺激。Malik说，“就好像PFC吸收了所有这些感官信息，并说‘嘿，海马体，我们在这个特定的环境中，所以现在要注意这个特定的信息’。”

她以停车场为例，说明PFC对海马体施加了这种自上而下的控制。Malik说，“为了记住你停车的地方，PFC会告诉海马体有选择地注意地标，然后在你返回时回忆并寻找这些地标。”

通过抑制神经元对注意力进行微调

这个回路最独特的地方是它完成集中注意力任务的复杂方式：它通过关闭原本会抑制海马体中微回路的信号，提高和集中这些特定微回路的活动。结果就是PFC发出一个非常明确的信号，告诉海马体应该注意什么，并且随着周围环境的变化，以一种极其巧妙的方式对该信息进行微调。

这些作者通过将小鼠放入一个具有有一些小物体的小型竞技场10分钟来证明这一点。在探这个竞技场时，小鼠将检查这些小物体一到两分钟，然后继续前进。通过观察小鼠大脑的活动，他们观察到这两个大脑区域之间的信号是同步的。当小鼠再次经过这些小物体时，他们可以观察到，它们海马体内的信号得到了完善和加强。

图片来自Cell, 2022, doi:10.1016/j.cell.2022.04.001。

Malik说，“发生了这样的对话；海马体正在绘制物体在空间的位置，而PFC正在指示海马体每个位置的相关性。”

这些作者还发现，这些数据显示哪些神经元在某个特定的时间点上放电，并确定小鼠在那一刻的位置，证实当小鼠接近或探索PFC认为重要的物体时，大脑活动会发生变化。这表明在海马体绘制环境图谱的同时，它也在进行微调，以便在PFC检测到小鼠正在接近一个重要目标（如一个新物体）时产生某些神经活动模式。

大脑回路的功能障碍可能与痴呆症、多动症（ADHD）有关

这些作者希望更好地了解这一回路在执行功能中可能发挥的作用，以及当它不能有效地完成任务时的后果。Malik认为，这一回路的功能障碍可能是与注意力或记忆有关的认知问题的基础，如痴呆症、多动症或精神障碍。

他们针对这个回路迈出的下一步是通过观察这个回路在更复杂的活动中是如何发挥作用的，例如使用存储在工作记忆中的信息来决定遵循哪条路径来寻找奖励，从而了解这个回路如何影响行为。

Malik认为，从大脑中更高层次的认知部分到更古老、更普遍的寻路中心的这种联系很可能会产生广泛的影响。她说，“为了在一个复杂的环境中工作，去寻找食物或奖励，然后回来，你需要能够注意特定的刺激，并以精确的方式在空间中安排它们。这个会路的过滤功能是绝对必要的。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

1. Ruchi Malik et al. Top-down control of hippocampal signal-to-noise by prefrontal long-range inhibition. Cell, 2022, doi:10.1016/j.cell.2022.04.001.

2. Finding your car in a parking lot relies on this newly discovered brain circuit
https://medicalxpress.com/news/2022-05-car-lot-newly-brain-circuit.html