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在神經科學領域，紋狀體對記憶形成和回憶的作用尚不明確。為探究此，研究人員以小鼠為對象開展關于紋狀體（striatum）中后背內側紋狀體尾部（pDMSt）功能的研究。結果發現 pDMSt 參與學習但不影響記憶回憶。該研究為理解大腦學習機制提供了新視角。
在神經科學的奇妙世界里，動物如何學會在特定感覺情境下做出運動動作以實現目標，一直是科學家們熱衷探索的謎題。其中，紋狀體（striatum）在產生感覺 - 運動關聯方面已被有所研究，但它在記憶形成和回憶過程中究竟扮演著怎樣的角色，卻如同隱藏在迷霧中的寶藏，尚未被清晰揭示。這一未知激發了科研人員的探索欲望，因為深入了解紋狀體的功能，對于我們理解大腦的學習和記憶機制至關重要，也可能為相關神經系統疾病的研究和治療帶來新的曙光。
為了揭開這個謎團，來自哈佛醫學院（Howard Hughes Medical Institute, Harvard Medical School）的研究人員開展了一項極具意義的研究。他們以小鼠為實驗對象，精心設計了一系列實驗，旨在探究紋狀體對學習和記憶過程的具體貢獻。經過深入研究，他們發現紋狀體中的后背內側紋狀體尾部（pDMSt）在學習過程中發揮著關鍵作用，但在短期（小于 1 小時）和長期（數天）的記憶回憶中卻并非必需。這一發現為我們理解大腦的學習和記憶機制提供了全新的視角，就像在黑暗中點亮了一盞明燈，讓我們對大腦的奧秘有了更深入的認識。該研究成果發表在《Nature》雜志上，引起了廣泛關注。
研究人員在此次研究中運用了多種關鍵技術方法。其一，光遺傳學（optogenetics）技術，通過該技術精確控制神經元的活動，例如激活或抑制 pDMSt 區域的神經元，以此來觀察對小鼠行為的影響；其二，行為學實驗，訓練小鼠進行視覺提示的前肢抓取食物任務，詳細記錄小鼠的行為表現，包括抓取頻率、成功率等；其三，電生理學記錄，記錄 pDMSt 區域神經元的電活動，以及多巴胺（DA）的釋放情況，從而分析神經元活動與行為之間的關系 。
下面來詳細看看具體的研究結果：
- pDMSt 與學習和記憶回憶的關系：研究人員訓練小鼠將光遺傳學激活視覺皮層投射到紋狀體的神經元與獲取食物的前肢抓取動作相關聯。結果發現，抑制 pDMSt 的活動會顯著阻礙小鼠的學習進程，使其無法在訓練中逐步提高抓取食物的能力，但對已經鞏固的短期和長期記憶回憶卻沒有影響。這表明 pDMSt 對學習至關重要，但在記憶回憶過程中卻不是必需的。
- pDMSt 在自然視覺行為中的作用：在視覺辨別任務中，研究人員發現當抑制 pDMSt 時，小鼠無法學會區分與獎勵相關的條件刺激和中性刺激，然而在成功學習辨別后，抑制 pDMSt 并不影響其辨別表現。這進一步證實了 pDMSt 在學習過程中的關鍵作用，而在記憶執行階段則作用不大。
- pDMSt 對行為強化的影響：根據強化學習理論，研究人員分析了小鼠在實驗中的行為變化。他們發現，小鼠在成功抓取食物后，后續試驗中的抓取行為會得到強化，而抑制 pDMSt 會破壞這種基于結果的強化過程。這說明 pDMSt 參與了行為的強化學習，對小鼠根據行為結果調整未來行為起著重要作用。
- pDMSt 的神經活動編碼：研究人員還深入研究了 pDMSt 的神經活動。他們發現，多巴胺（DA）在 pDMSt 中的釋放與行為結果相關，成功的結果會導致多巴胺釋放增加，而失敗則會使其減少。同時，pDMSt 中的神經元活動編碼了抓取動作、結果以及抓取情境的組合信息，這些信息能夠預測學習過程中試驗間的行為變化，進一步支持了 pDMSt 在學習中的特定功能。
在研究結論和討論部分，該研究明確了 pDMSt 在學習感覺 - 運動關聯中的重要作用，而其對記憶回憶無影響的發現，挑戰了以往認為感覺皮層 - 紋狀體突觸是學習后線索 - 動作關聯存儲位點的理論。這一研究成果不僅為我們理解大腦如何通過試錯學習來協調神經活動提供了關鍵線索，也為未來進一步研究紋狀體其他亞區域的功能奠定了基礎，有望推動神經科學領域在學習和記憶機制方面的深入探索，為相關神經系統疾病的研究和治療開辟新的方向 。
