新发现：触觉促进奖励学习的证据

哥伦比亚大学的神经科学家发现一个简单的大脑区域，本来以处理基本感觉信息闻名，如今看来，它也可以指导复杂精神活动，例如记忆和学习。

　　

位于躯体感觉皮层的细胞在奖励学习中起关键作用。奖励学习是一种复杂的学习方式，它让大脑将一个动作与一个愉快的结果联系起来，例如成年人将办公室与薪水挂钩，学生将A+成绩单与考试前准备的学习过程挂钩。

今天发表在Cell Report的这项小鼠研究提供了一个证明学习和记忆并非局限于那几个特定脑区的证据，它可能渗透了整个大脑。

“我们的大脑善于在看似不同的信息片段之间建立联系，但这些联系的储存位置仍然是一个悬而未决的问题，”哥伦比亚大学大脑行为研究所项目负责人Randy Bruno博士说。“时至今日，我们不仅见证了单细胞水平上的联系形成，我们还证明了学习发生在一个似乎没有相关能力的大脑区域。”

大多数细胞只有一个细胞体，而神经元的形状则更复杂：它们从细胞主体向外伸出分支，这些树枝状的分支被称为树突，一个细胞可以延伸到数千个细胞，连接并发送电脉冲到邻近的神经元树突。

树突的组织和布局在体感大脑皮层尤为有趣，它们像多层蛋糕一样，总共有6个与众不同的层，每层看起来都有点不同。

“体感皮层中的神经元位于第五层或第六层，但它们的树突却可以很好地延伸到最顶层，”神经科学副教授Bruno说。“复杂的树突网络填充了体感皮层的顶层，就像密林的树冠一样。”

研究人员训练小鼠执行一些简单的感官任务，同时监测树突活动。小鼠用胡须在黑暗的房间里感知一根小杆子，一旦找到杆子，小动物就会移动一个释放水的杠杆获得奖励。

“任务涉及动物的触觉，所以当胡须碰到杆子时，体感皮层中的树突就会放电，”Bruno说。“当任务进行到第二部分，动物获得奖励，这些树突再次放电了，这是我们没有预料到的。”

这一观察让研究人员怀疑感觉树突和奖励学习之间的联系。首先，奖励学习是大脑将一系列动作与感觉愉悦联系起来的过程，因此驱动机体重复这些动作。几十年的研究表明，奖励学习由不同的大脑区域引导，但它们对感觉皮层的关注却很少。

相反，传统的观点认为，感觉皮层只是传递外界刺激基本信息的元件，这些信息被发送到一个联合皮层，收集并组织信息，以便大脑更复杂的区域之一，额叶皮层，进行进一步处理。

“我们的发现表明，大脑处理复杂学习关联比想象的更早开始，”Bruno说。

事实上，研究人员拆除了小杆子后，在这项任务中接受训练的动物们又带来了另一个惊喜。动物的体感树突在喝水时仍在放电。相比之下，水对从未学习过这项任务的动物的神经活动没有影响，表明这种联系是后天形成的。

大脑为什么用看似简单的脑细胞来学习？Bruno的解释是，也许是大脑获得先机的一种方式。“如果初级感觉区在一开始就承担了一些工作，那么可能导致更快更好的学习，例如，记忆停车标记——红色和一个独特的形状，可以在你真正读懂‘停’这个字之前就开始刹车，这是一种明显的生存优势。”

接下来一个问题是，躯体感觉皮层的化学释放是否有助于驱动奖励学习的愉悦感受？

“化学多巴胺是其他大脑区域奖励学习的主要驱动力，但是我们知道体感皮层多巴胺基本上是不存在的，”Bruno博士说。“必须另有一种类似的神经调节剂在起作用，它是什么呢？这是我们正在积极探索的东西。”

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原文检索: Reinforcement learning recruits somata and apical dendrites across layers of primary sensory cortex

（生物通：伍松）