神経科学：前頭前野の出力回路は手掛かりを異なる方向に符号化して報酬探索行動を導く

前頭前野は、哺乳類全種を通じて、動機付けられた行動を制御する重要な神経解剖学的ハブである。前頭前野の投射ニューロンは、皮質内結合だけでなく、例えば腹側線条体や正中視床など、報酬探索行動に関わる皮質下構造も神経支配している。これらの構造間の結合は、欲求行動に関わるが、投射特異的な前頭前野ニューロンがどのように報酬関連情報を符号化して探索行動を導くのかは分かっていない。今回我々は、in vivo二光子カルシウム画像化法を用いて、パブロフ型条件付け欲求課題を実行中のマウスで、背内側前頭前野ニューロンの活動を観察した。これらのニューロンは、集団レベルでは、報酬予測手掛かりの提示中にさまざまな活動パターンを示した。しかし、投射先を限定した上で記録すると、個々の皮質線条体ニューロンは、報酬予測手掛かりに合った応答を示し、学習の進行に従って興奮性手掛かり応答が増大した。対照的に、皮質視床ニューロンは、学習進行に従い、報酬予測手掛かりに対して、新たな、主に抑制性の応答を徐々に発達させた。さらに、これらのニューロンを光遺伝学的に両方向性に操作すると、皮質線条体ニューロンの刺激は学習後の条件付けされた報酬探索行動を促進する一方、皮質視床ニューロンの活動は条件付けされた報酬探索行動の獲得も表出も抑制した。これらのデータから、前頭前野回路は、投射特異的なニューロン集団の対立する活動を介して、報酬探索行動を動的に制御できることが分かった。

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