引言
动物在变化的环境中，会评估感觉线索的先天和后天效价。先天效价是与生俱来的本能，比如对威胁或食物的反应；后天效价则是根据经验对先天效价的修正。以往研究认为，先天和后天效价由不同神经通路处理，以确保行为的可靠性和灵活性 【1-7】 。然而，先天效价如何影响后天效价的习得，以及这种影响有何功能，这两个问题的答案尚不清楚。
2024年7月22日，斯坦福大学 Mark J. Schnitzer 教授课题组在 Nature 发表题为 Dopamine-mediated interactions between short- and long-term memory dynamic s的研究论文。这项研究表明， 果蝇大脑中，蘑菇体内短期和长期记忆单元之间通过 多巴胺信号 整合先天和后天效价，共同调节记忆的形成和表达。
研究人员用电压成像技术发现，原脑后外侧1区域的多巴胺神经元 （PPL1-DANs） 可以编码惩罚、奖励和气味线索的先天和后天效价。在学习过程的初期，PPL1-γ1pedc和PPL1-γ2α'1多巴胺神经元控制短期记忆的形成，PPL1-α'2α2和PPL1-α3多巴胺神经元控制长期记忆的形成。而随着学习的进行，蘑菇体输出神经元 （MBON） 中的MBON-γ1pedc>α/β不断读取已形成的短期记忆，通过对PPL1-α'2α2和PPL1-α3的抑制反馈，调节长期记忆的形成。
图1. PPL1-DANs 异质且双向地编码惩罚、奖励和气味效价（Credit: Nature ）
研究人员用电压成像技术，详细记录了果蝇学习时大脑中多巴胺神经元和蘑菇体输出神经元的活动频率。然后，研究人员根据果蝇大脑的连接组 （connectome） 数据库，建立了一个数学模型来模拟蘑菇体神经网络的工作方式。这个模型很好地拟合了电压成像数据。更重要的是，这个模型成功预测了多次训练的最佳节奏，以及短期记忆对长期记忆消除训练的影响，这些预测都得到了实验的验证。
图2. 神经网络模型连接示意图，包含三个蘑菇体模块（γ1、ɑ2、ɑ3）和9 种神经元（Credit: Nature）
这项研究 首次结合了电压成像和连接组数据库。电压成像能以毫秒级分辨率监测神经元的 动作电位 ，并准确测量神经元的激活和抑制。 电压成像的精度超越了钙成像，精确量化了多巴胺神经元对先天和后天效价的线性求和。 这些新发现为记忆处理提供了新的见解，并且有可能适用于脊椎动物基底神经节，为理解多巴胺系统如何塑造人类习惯提供新的思路。
参考文献
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https://www.nature.com/articles/s41586-024-07819-w
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文章来源|「BioArt」
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