Nature子刊：追溯认知灵活性的进化起源-杭州脑海科技有限公司

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人类和动物能够学会快速调整自己的行为以适应新的环境挑战，这对生存至关重要。基于对行为结果的预测和评估，调整决策策略的灵活性是适应性行为的先决条件，但在许多精神疾病中，这一认知的灵活性受到严重损害。在涉及灵活决策的复杂额叶皮层区域中，眶额叶皮层（OFC）一直是研究最深入的结构之一，并且已知与感觉区域以及与记忆，学习和注意力相关的皮质和皮层下区域具有广泛的连接。

2023年6月9日，波鸿鲁尔大学的Burkhard Pleger教授所在的研究团队在Nature Communications (IF=17.694)上发表了题为“Human orbitofrontal cortex signals decision outcomes to sensory cortex during behavioral adaptations”的研究将概率触觉反转学习任务（probabilistic tactile reversal learning task）与功能磁共振成像（fMRI）相结合，发现外侧眶额叶皮层（lOFC）有助于"教导"信号动态更新感官区域的表征，从而实现对适应性行为至关重要的计算。

认知灵活性对于地球上所有物种的生存至关重要。神经科学的相关研究证实，认知灵活性与位于额叶大脑中的眶额叶皮层尤为相关。日常生活中认知灵活性的丧失是导致许多神经精神疾病的关键原因，因此，了解潜在的网络机制对于开发新的治疗方法至关重要。

使用功能磁共振成像（fMRI），研究人员纳入了40名参与者以衡量其在学习感觉运动任务时的大脑功能。具体而言，参与者必须学会识别右手食指尖上不同触摸信号的含义，其原理类似于盲文中使用的信号。一个触摸信号告诉参与者用空闲的手按下按钮，而另一个信号指示他们不要这样做并保持静止。

两个不同的触摸信号与按下或不按下按钮之间的联系必须通过一个trail到另一个trail的学习。该任务的挑战在于：一段时间后，触摸信号改变了它们的含义。以前的意思是“按下按钮”，现在意味着“保持静止”——这是研究志愿者认知灵活性的理想实验装置。功能磁共振成像提供了相应大脑活动的图像。

实验设计

首先，研究人员分析了刺激-反应关联逆转后初始学习和再学习阶段的表现。研究人员使用反转点对齐每个block的反转阶段，并平均block块正确响应的比例。之后，研究者研究了违反结果期望是否在外侧眶额叶皮层中诱发了预测误差（PE）信号

与结果预测误差相关的功能磁共振成像

研究人员研究了参与这项任务的两个先验假设大脑区域的参与：躯体感觉皮质（S1），它对触觉辨别和感觉结果关联学习很重要，以及外侧眶额叶皮层（lOFC），它参与结果价值的分配。

lOFC和S1在逆转后和重新学习期间的明显参与

相较于之前在老鼠身上的研究，研究人员说，“我们现在选择的学习任务使我们能够在可比的认知需求下观察小鼠和人类的大脑。一个令人惊讶的发现是本研究的结果与先前发表的小鼠数据之间极高的可比性。相似性的结果表明，对生存很重要的认知功能，例如快速适应突然变化的条件的灵活性，在不同物种中遵循可比规则。”

此外，研究人员能够确定，感觉大脑区域在触觉学习过程中所做决策的处理中的密切参与。除了额叶大脑，感觉区域对于大脑的决策至关重要。在这表明，额叶大脑和感觉大脑区域之间的相互作用是在大脑进化发展的早期形成的。

参考文献

Wang BA, Veismann M, Banerjee A, Pleger B. Human orbitofrontal cortex signals decision outcomes to sensory cortex during behavioral adaptations. Nat Commun. 2023;14(1):3552. Published 2023 Jun 15. doi:10.1038/s41467-023-38671-7

资讯来源

https://medicalxpress.com/news/2023-06-evolutionary-cognitive-flexibility.html

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