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神经通路对于纠正与精神疾病有关的行为错误至关重要

西奈山的研究人员已经确定了一条神经通路,大脑可以通过该通路检测错误并指导随后的行为改善。在广泛的精神疾病中,这种称为认知控制的过程经常失调。该小组的研究于2月19日在Neuron上发表,该研究还表明,对这种大脑途径的神经刺激可能为行为错误后的注意力调节提供重要的机制。

当犯下错误时,例如错过停车标志或在驾驶中闯红灯时,对我们的生存至关重要的是,通过更加注意防止进一步的错误来立即适应行为。错误动作后适应行为的能力是人类认知控制的关键组成部分之一。

高级作者Hirofumi Morishita博士说:“错误监控和注意功能的缺陷在许多精神病学问题中很常见,包括精神分裂症,ADHD和自闭症谱系障碍,但对与这些过程相关的特定神经途径知之甚少。”博士,精神病学,神经科学和眼科学副教授,西奈山伊坎医学院的弗里德曼脑研究所和明迪奇儿童健康与发展研究所的教员。“我们的研究是在小鼠中进行的,由我们实验室的研究生凯文•诺曼(Kevin Norman)领导,代表了一种特定的电路机制的首次展示,该机制将错误监控和注意力调节联系在一起,这是人类认知控制系统的两个基本组成部分。

认知控制的神经基础一直是神经科学领域一个备受争议的话题,大量的神经影像研究表明,额叶皮层的一部分对于错误监控至关重要,而额叶皮层对于计划对外部和内部刺激的适当行为反应至关重要。

新的西奈山研究使这一发现更加重要。在一系列小鼠实验中,研究人员允许使用人类无法完成的全套神经科学技术,研究人员发现了一条始于额叶皮层的特定神经通路,该通路参与了认知控制的一个关键方面。

具体而言,他们了解到与任务相关的错误会招募额叶神经元,这些额叶将信号投射到视觉皮层上,从而处理来自眼睛的视觉信息,并且这种错误后激活对于改善后续行为表现至关重要。

Morishita博士解释说:“对视觉区域的正面投影对于调节视觉处理的注意力至关重要。” “换一种说法,我们证明了直接和特定的额叶感觉投射是将过去的错误与促进注意力的认知控制机制联系起来的关键途径。”

除了对神经回路和功能的增强映射之外,西奈山的研究还可能对临床治疗产生重大影响。该团队采用了一种称为光遗传刺激的技术,该生物过程采用遗传和光技术的结合来控制单个神经元的活动,以选择性刺激额叶投射到视觉皮层。通过使用这种技术,一旦在错误后对它们施加了光脉冲,研究人员便能够提高对这些小鼠的注意力。这项研究中确定的特定皮层通路可能可以使用经颅磁刺激和/或经颅直流电刺激等技术进行调节 在许多最常见的精神疾病类型中改善错误后的注意力调节。

莫里希塔博士说:“在更大范围内,我们的发现解决了最近的研究中的冲突,这些研究报告说额叶感觉回路对注意行为的混合贡献,表明该回路仅在某些条件下被招募,即遵循与任务相关的错误,”森下田博士说。“因此,我们相信我们的研究将引起广泛的兴趣,并影响神经科学,心理学,精神病学和神经病学领域,同时为基于神经科学的认知计算模型提供信息。”

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