感觉皮层在动物快速学习与性能提升中的双重角色

《Nature》：Rapid emergence of latent knowledge in the sensory cortex drives learning

研究人员通过小鼠实验揭示感觉皮层在快速学习与性能提升中的双重机制，为理解大脑学习功能提供新视角

　　

快速学习在动物的生态环境中具有显著优势。尽管需要快速学习，但动物似乎只缓慢地学会将奖励行为与预测线索联系起来。这种慢速学习被认为是由感觉皮层中线索表征的逐渐变化所支持的。然而，越来越多的证据表明，动物的学习速度比经典的行为测量方法所暗示的要快，这挑战了现有的感觉皮层可塑性模型。

本研究探讨了学习与感觉皮层表征之间的关系。研究人员训练小鼠完成一个听觉“行动/不行动”任务，该任务将任务规则的快速学习（学习）与其缓慢的表现（性能）分离开来。光遗传学沉默实验表明，听觉皮层在快速学习和缓慢性能提升中都起着驱动作用，但在小鼠达到“专家”表现后变得可有可无。与增强的线索表征相反，对整个学习过程中的听觉皮层神经元进行双光子钙成像揭示了两个与学习和性能相关的高阶信号。

一个奖励预测信号在几十次试验内迅速出现，训练初期在与行动相关的错误后存在，并在专家小鼠中逐渐消失。在该信号出现时进行沉默会损害快速学习，表明其在关联学习中的作用。另一个独特的细胞群编码并控制舔舐抑制，从而推动缓慢的性能改进。这些细胞群在空间上聚集，但与感觉表征解耦，表明听觉皮层内存在高阶功能分离。

本研究结果表明，感觉皮层表现出分别驱动快速学习和缓慢性能提升的高阶计算功能，重塑了我们对感觉皮层基本作用的理解。