2.3學(xué)習(xí)前后vHPC和mPFC之間雙向連接強(qiáng)度的變化

為研究學(xué)習(xí)前后vHPC和mPFC之間的雙向連接如何變化，本研究進(jìn)一步基于任務(wù)學(xué)習(xí)前后，大鼠在執(zhí)行T迷宮記憶任務(wù)過(guò)程中兩腦區(qū)的LFPs信號(hào)，應(yīng)用所選最優(yōu)調(diào)制模型，對(duì)任務(wù)學(xué)習(xí)前后兩腦區(qū)之間連接強(qiáng)度的變化進(jìn)行了分析，結(jié)果如圖4所示。其中，8只大鼠每天的T迷宮記憶任務(wù)平均正確率（以均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示）結(jié)果顯示，隨著訓(xùn)練天數(shù)的增加，大鼠執(zhí)行T迷宮記憶任務(wù)的平均正確率總體呈上升趨勢(shì)，最終能夠達(dá)到并維持在80%以上。如前文所述，本文中選取了每只大鼠任務(wù)學(xué)習(xí)初始階段（第1～3天）和學(xué)習(xí)階段結(jié)束后（第8～12天）的神經(jīng)電活動(dòng)信號(hào)進(jìn)行了分析。本文基于學(xué)習(xí)前后大鼠執(zhí)行T迷宮記憶任務(wù)時(shí)vHPC和mPFC的LFPs信號(hào)，應(yīng)用DCM模型，對(duì)兩腦區(qū)之間連接強(qiáng)度變化進(jìn)行了分析。圖4右圖橫坐標(biāo)軸上，vHPC-mPFC，表示從vHPC到mPFC的前向連接強(qiáng)度在學(xué)習(xí)前后的對(duì)比結(jié)果；mPFC-vHPC，表示從mPFC到vHPC的后向連接強(qiáng)度在學(xué)習(xí)前后的對(duì)比結(jié)果。圖4右圖縱坐標(biāo)軸，表示連接強(qiáng)度相對(duì)變化值。

圖4大鼠學(xué)習(xí)T迷宮任務(wù)并比較vHPC和mPFC之間的連接強(qiáng)度

結(jié)果顯示，相比學(xué)習(xí)前，學(xué)習(xí)后大鼠在執(zhí)行任務(wù)時(shí)，vHPC和mPFC兩腦區(qū)之間的前向連接（vHPC-mPFC）增強(qiáng)為學(xué)習(xí)前的1.80倍，而后向連接（mPFC-vHPC）降低為0.23倍。因此，學(xué)習(xí)使vHPC和mPFC之間的雙向連接強(qiáng)度產(chǎn)生了相反的變化。

2.4學(xué)習(xí)前后，正確和錯(cuò)誤執(zhí)行任務(wù)時(shí)連接強(qiáng)度變化趨勢(shì)不同

為進(jìn)一步對(duì)學(xué)習(xí)前后大鼠在正確和錯(cuò)誤執(zhí)行任務(wù)時(shí)，兩腦區(qū)之間連接強(qiáng)度變化趨勢(shì)進(jìn)行對(duì)比分析，以探索兩者之間是否存在差異，本文相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。其中，橫坐標(biāo)軸上，vHPC-mPFC，表示從vHPC到mPFC的前向連接在學(xué)習(xí)前后的對(duì)比結(jié)果；mPFC-vHPC，表示從mPFC到vHPC的后向連接在學(xué)習(xí)前后的對(duì)比結(jié)果；縱坐標(biāo)軸表示，將學(xué)會(huì)前連接強(qiáng)度作為基準(zhǔn)（值為1.00）時(shí)，學(xué)習(xí)前后連接強(qiáng)度相對(duì)變化值。

圖5正確執(zhí)行和錯(cuò)誤執(zhí)行T迷宮任務(wù)時(shí)，vHPC和mPFC之間的連接強(qiáng)度比較

學(xué)習(xí)前后，大鼠正確執(zhí)行任務(wù)時(shí)兩腦區(qū)之間連接強(qiáng)度對(duì)比結(jié)果顯示，相比學(xué)習(xí)前，學(xué)習(xí)后大鼠在正確執(zhí)行任務(wù)時(shí)，vHPC和mPFC兩腦區(qū)之間的前向連接（vHPC-mPFC）強(qiáng)度增強(qiáng)為學(xué)習(xí)前的2.30倍，而后向連接（mPFC-vHPC）強(qiáng)度降低為0.52倍。此外，對(duì)大鼠學(xué)習(xí)前后，錯(cuò)誤執(zhí)行任務(wù)時(shí)兩腦區(qū)之間連接強(qiáng)度進(jìn)行對(duì)比的結(jié)果則顯示，相比學(xué)習(xí)前，學(xué)習(xí)后大鼠在錯(cuò)誤執(zhí)行任務(wù)時(shí)，vHPC和mPFC兩腦區(qū)之間的前向連接（vHPC-mPFC）強(qiáng)度和后向連接（mPFC-vHPC）強(qiáng)度均有所下降，分別降低為學(xué)習(xí)前的0.82倍和0.59倍。對(duì)比可知，無(wú)論大鼠是否正確執(zhí)行T迷宮記憶任務(wù)，與任務(wù)學(xué)習(xí)前相比，從mPFC到vHPC的后向連接強(qiáng)度均在學(xué)習(xí)后呈現(xiàn)不同程度的減弱。但是，任務(wù)學(xué)習(xí)前后，從vHPC到mPFC的前向連接強(qiáng)度的變化趨勢(shì)卻與大鼠是否正確執(zhí)行T迷宮記憶任務(wù)密切相關(guān)。當(dāng)大鼠正確執(zhí)行任務(wù)時(shí)，兩腦區(qū)之間前向連接的強(qiáng)度增強(qiáng)，反之，則呈現(xiàn)連接強(qiáng)度減弱的趨勢(shì)。

3討論與分析

vHPC和mPFC是參與學(xué)習(xí)與記憶的兩個(gè)關(guān)鍵腦區(qū)，vHPC和mPFC之間的信息傳遞在學(xué)習(xí)與記憶過(guò)程中起著重要作用。因此，本文基于vHPC和mPFC兩個(gè)腦區(qū)的LFPs信號(hào)，應(yīng)用DCM模型，探究了兩個(gè)腦區(qū)之間的連接方式以及學(xué)習(xí)對(duì)上述腦區(qū)之間連接強(qiáng)度的影響。結(jié)果顯示，vHPC和mPFC兩個(gè)腦區(qū)之間存在雙向連接，即從vHPC到mPFC的前向連接和從mPFC到vHPC的后向連接。該結(jié)果與此前Moran等研究結(jié)果存在一致性，他們的研究對(duì)麻醉狀態(tài)下大鼠HPC和mPFC兩腦區(qū)之間的神經(jīng)連接特性進(jìn)行了分析，結(jié)果顯示HPC和mPFC之間也存在同樣的雙向連接。

為了進(jìn)一步探究學(xué)習(xí)對(duì)mPFC和vHPC兩腦區(qū)連接強(qiáng)度的影響，本文中基于上述最優(yōu)連接模型，進(jìn)一步應(yīng)用貝葉斯反演和模型的相對(duì)對(duì)數(shù)證據(jù)值對(duì)兩腦區(qū)間連接強(qiáng)度進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，任務(wù)學(xué)習(xí)前后，兩腦區(qū)之間的雙向連接強(qiáng)度均發(fā)生了改變，總體呈現(xiàn)從vHPC到mPFC的前向連接增強(qiáng)，從mPFC到vHPC的后向連接減弱的趨勢(shì)。該變化趨勢(shì)與任務(wù)學(xué)習(xí)前后，大鼠正確執(zhí)行記憶任務(wù)過(guò)程中兩腦區(qū)之間連接強(qiáng)度的變化趨勢(shì)一致，均為前向連接增強(qiáng)，后向連接減弱。但是，在任務(wù)學(xué)習(xí)前后，當(dāng)大鼠錯(cuò)誤執(zhí)行T迷宮記憶任務(wù)時(shí)，vHPC和mPFC之間的雙向連接，均呈現(xiàn)連接強(qiáng)度減弱的趨勢(shì)。上述結(jié)果表明，相比于后向連接，較高強(qiáng)度從vHPC到mPFC的前向連接，可能在T迷宮記憶任務(wù)的正確執(zhí)行中發(fā)揮了更為重要的作用。而這種學(xué)習(xí)前后，從vHPC到mPFC前向連接的增強(qiáng)，則可能是由于記憶的形成和鞏固過(guò)程中突觸強(qiáng)度的改變和神經(jīng)元興奮性的增強(qiáng)所引起的。這與Park等的研究結(jié)果存在一致性，即小鼠在學(xué)習(xí)期間執(zhí)行任務(wù)正確率的提升，伴隨著vHPC神經(jīng)活動(dòng)的增強(qiáng)以及vHPC和mPFC之間連接強(qiáng)度的增加；此外，研究表明，由PFC向HPC的突觸投射參與了記憶鞏固和檢索等生理活動(dòng)，其連接強(qiáng)度的變化與相關(guān)生理、病理過(guò)程密切相關(guān)。這可以作為在本研究中學(xué)習(xí)前后無(wú)論大鼠正確還是錯(cuò)誤執(zhí)行T迷宮記憶任務(wù)時(shí)，都存在從mPFC到vHPC的后向連接強(qiáng)度變化的合理解釋。而根據(jù)Rajasethupathy等此前的研究，這種后向連接呈現(xiàn)減弱的趨勢(shì)，則可能是由于學(xué)習(xí)促使HPC中與任務(wù)相關(guān)的稀疏神經(jīng)元集群的形成，使得學(xué)習(xí)后從mPFC到vHPC連接網(wǎng)絡(luò)的稀疏化所致。但是，目前的研究結(jié)果仍無(wú)法完全解釋?zhuān)瑢W(xué)習(xí)后，執(zhí)行T迷宮記憶任務(wù)時(shí)從vHPC到mPFC的前向連接增強(qiáng)，而從mPFC到vHPC的后向連接減弱。此外，神經(jīng)元間的連接分為興奮性連接和抑制性連接，其連接強(qiáng)度的改變由細(xì)胞膜上不同突觸受體介導(dǎo)。本文中所應(yīng)用的DCM模型中，腦區(qū)間的連接強(qiáng)度同時(shí)受到α-氨基-3-羥基-5-甲基-4-異惡唑丙酸（α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazole-propionicacid，AMPA）和N-甲基-D-天冬氨酸（N-methyl-D-aspartic acid，NMDA）受體的影響。兩者在學(xué)習(xí)記憶過(guò)程中，各自對(duì)神經(jīng)連接強(qiáng)度變化的貢獻(xiàn)仍有待進(jìn)一步研究。

腦區(qū)間連接強(qiáng)度的改變由神經(jīng)元上的突觸受體介導(dǎo)，神經(jīng)連接分為興奮性連接和抑制性連接。在本文中所應(yīng)用的DCM模型中，腦區(qū)間的連接為興奮性連接，其受體包括AMPA和NMDA受體，腦區(qū)內(nèi)的連接包括興奮性連接和抑制性連接（其受體為γ-氨基丁酸受體）。在學(xué)習(xí)記憶過(guò)程中，AMPA和NMDA受體各自對(duì)神經(jīng)連接強(qiáng)度變化的貢獻(xiàn)仍有待進(jìn)一步研究，以期望更加深入了解學(xué)習(xí)與記憶的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)機(jī)制。

綜上，vHPC和mPFC之間因果連接特性的研究對(duì)理解學(xué)習(xí)記憶具有重要意義，本文應(yīng)用DCM模型，初步探索了學(xué)習(xí)對(duì)相關(guān)腦區(qū)（vHPC和mPFC）間信息傳遞特性的影響，希望能夠?yàn)檫M(jìn)一步從vHPC和mPFC之間神經(jīng)信息網(wǎng)絡(luò)連接特性的角度研究學(xué)習(xí)記憶的相關(guān)機(jī)制提供支持。