재결합 핵에 대한 전두엽 투영은 연관 학습 중 자극의 행동 관련성을 신호로 나타냅니다.

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 11995(2022) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

RE(재결합핵)는 내측 전전두엽 피질(mPFC)과 해마(HPC) 사이의 상호 작용에 의존하는 기억에 필요합니다. 한 가지 예는 mPFC가 혐오적인 무조건 자극(US)과의 우발성에 따라 중립 조건 자극(CS)에 대해 차등 활동을 나타내는 추적 눈 깜박임 조절입니다. 이 관련성 신호가 RE로 라우팅되는지 테스트하기 위해 RE 내의 mPFC 축색 말단을 광도계로 기록하고 학습을 통해 변경 사항을 추적했습니다. 이에 비해 우리는 HPC와의 연결성이 부족한 중등쪽 시상(MD)에서 전두엽 말단 활동을 측정했습니다. 순진한 수컷 쥐의 경우 RE 내의 전두엽 말단은 음색이나 빛에 의해 강하게 활성화되지 않았습니다. 쥐가 미국과 자극(CS+) 중 하나를 연결함에 따라 터미널은 CS+에 대한 반응을 점차적으로 증가시켰지만 다른 자극(CS-)에는 그렇지 않았습니다. 대조적으로, MD 내의 전두엽 말단의 자극 유발 반응은 조건화 이전에도 강했습니다. 또한 첫 번째 컨디셔닝 세션에서는 CS+로만 강화되었습니다. 그러나 활동 차별화 정도는 학습에 따라 개선되지 않았습니다. 이러한 발견은 연관 학습이 RE에 대한 mPFC 출력을 선택적으로 증가시켜 감각 자극의 행동 관련성을 신호로 나타냄을 시사합니다.

환경 단서와 두드러진 결과 사이의 연관성을 형성하는 능력은 유기체가 적응하고 생존하기 위해 의존하는 중요한 인지 과정입니다. 이 연관 학습 과정은 고전적 조건화 패러다임을 사용하여 자주 연구됩니다. 특히, 추적 눈 깜박임 조건화(TEBC)는 중성 감각 자극(조건부 자극[CS]으로 알려짐)을 가벼운 혐오 눈꺼풀 충격(무조건 자극[US]으로 알려짐)과 연관시키는 피험자의 능력을 테스트합니다. 짧은 시간 간격(추적 간격이라고 함). 이러한 시간적 지연이 포함되면 결과적으로 소뇌와 뇌간의 운동 회로 외에도 해마(HPC)1,2,3 및 내측 전전두엽 피질(mPFC)4,5,6,7을 포함한 전뇌 영역의 무결성이 필요합니다8 ,9. 더욱이, 이러한 CS-US 자극 연관의 형성은 등쪽 HPC10,11 및 mPFC12,13,14,15의 연관에 대한 선택적 발사 패턴의 개발을 동반합니다. 또한, 학습을 통해 mPFC는 더 강한 자극 유발 세타 및 감마 밴드 진동 활동을 개발했습니다. 또한, mPFC 세타 밴드 활동은 HPC 세타 밴드 활동과 일시적으로 결합됩니다. 종합적으로, 이러한 발견은 mPFC와 HPC 사이의 긴밀한 상호작용이 TEBC에서 자극 연관의 형성에 필수적임을 시사합니다.

mPFC-HPC 상호작용을 지원할 수 있는 몇 가지 해부학적 경로가 있습니다. 단일 시냅스 투영은 복부 HPC에서 mPFC로 시작되지만 mPFC에는 HPC로 돌아가는 단일 시냅스 흥분성 투영이 부족합니다. 대신, mPFC는 중간 구조를 포함하는 여러 다중 시냅스 경로를 통해 HPC 신경 활동에 영향을 미칠 수 있습니다. 정중선 시상(RE)의 재결합 핵은 mPFC 및 HPC와의 상호 해부학적 연결을 보유하고 있기 때문에 이러한 중간 영역 중 하나로 생각됩니다. 이전 연구에 따르면 RE는 mPFC-HPC 동시성28,29,30 및 수동 회피31, 공간 탐색32,33, 공간 작업 메모리 작업28,34, 상황별 공포 조건화35와 같은 mPFC-HPC 상호 작용이 필요한 작업에서 성능을 지원하는 데 중요한 역할을 하는 것으로 나타났습니다. 36,37,38 및 시퀀스 메모리 작업39. 특히, TEBC의 자극 연관성 형성은 생쥐의 컨디셔닝 첫 2일 동안 RE의 고주파 전기 자극에 의해 손상되었습니다.

앞서 언급한 증거는 다양한 형태의 인지 과정의 근간을 이루는 mPFC-HPC 상호작용을 촉진하기 위한 RE의 필요성을 뒷받침하지만, mPFC-RE-HPC 경로 내에서 어떤 종류의 정보가 전송되는지, 더 구체적으로는 어느 정도인지는 아직 알려지지 않았습니다. mPFC 출력은 자극의 관계적 및 물리적 특징과 관련됩니다. 이 점을 해결하기 위해 우리는 쥐가 TEBC를 겪는 동안 RE 내에서 끝나는 mPFC 뉴런의 축삭에서 칼슘 역학의 광도 측정 기록을 수행했습니다. TEBC를 사용하면 자극 타이밍과 우발성을 정밀하게 제어할 수 있어 감각 및 관계 자극 기능에 대해 선택적인 활동 패턴과 작업 수행과의 상관 관계를 차별화할 수 있습니다. 비교로서, 우리는 내측 등쪽 시상(MD) 내에서 종료되는 mPFC 축색돌기 활동의 학습 관련 변화를 조사했습니다. MD는 mPFC41,42,43으로부터 강력한 단일 시냅스 투영을 수신하지만 HPC44,45로 투영하지 않기 때문에 투영 특이성을 기반으로 하는 이상적인 컨트롤입니다. 우리는 RE와 MD에 대한 전두엽 출력이 자극 연관에 대해 선택적이라는 것을 발견했습니다. 그러나 전자만이 학습을 통해 선택성을 강화했습니다.