Nat Commun｜大腦如何學(xué)會“聽音辨獎賞”？德國科學(xué)家揭示聯(lián)想學(xué)習(xí)的關(guān)鍵神經(jīng)機制

我們聽到手機那一聲熟悉的提示音，就會下意識地摸向口袋，期待著來自他人的消息、紅包提醒或是有趣的內(nèi)容。這種一聽到特定聲音，就自動聯(lián)想到 “即將有好事發(fā)生” 的反應(yīng)并不是巧合，而是大腦一種非常基礎(chǔ)且重要的學(xué)習(xí)方式：聯(lián)想學(xué)習(xí)。

2026年3月20日，柏林自由大學(xué)Naoya Takahashi團隊在《Nature communications》發(fā)表題為：“Distinct roles of cortical layer 5 subtypes in associative learning”的研究工作。

作者在該研究中通過轉(zhuǎn)基因小鼠以及縱向雙光子成像技術(shù)，揭示了初級體感皮層第五層（L5）內(nèi)的兩類神經(jīng)元 IT 與 ET：它們在巴甫洛夫聯(lián)想學(xué)習(xí)任務(wù)過程中顯示出特異性的功能分工。

獎勵聯(lián)想學(xué)習(xí)依賴于S1

作者首先通過建立了小鼠巴甫洛夫痕跡條件反射范式來探究初級體感皮層（S1）在聯(lián)想學(xué)習(xí)中的作用。

在實驗中，給小鼠施加兩種胡須刺激：10 Hz是伴隨水獎勵的條件刺激，5 Hz 則是無獎勵的非條件刺激。

運用藥理學(xué)失活手段發(fā)現(xiàn)，如果學(xué)習(xí)階段抑制 S1腦區(qū)活動會顯著干擾刺激-獎賞的建立，進而導(dǎo)致小鼠無法分辨不同刺激；而在任務(wù)習(xí)得后再去抑制同一腦區(qū)，條件反應(yīng)的表達就明顯不會受影響。也就是說，S1對于新聯(lián)結(jié)的形成是十分重要的，一旦記憶鞏固完成后，該腦區(qū)則不再參與已習(xí)得行為的執(zhí)行情況。

IT負(fù)責(zé)感官，ET負(fù)責(zé)獎勵

作者接下來進行多日連續(xù)成像記錄，IT 與 ET 神經(jīng)元在聯(lián)想學(xué)習(xí)過程中呈現(xiàn)出完全不同的功能動態(tài)變化。IT神經(jīng)元具備穩(wěn)定的感覺編碼特性，其響應(yīng)比例與強度并不伴隨學(xué)習(xí)進程發(fā)生改變；這類神經(jīng)元雖然能夠編碼刺激信息，但是卻在一定程度上無法預(yù)測預(yù)期舔舐行為。

ET 神經(jīng)元則會表現(xiàn)出明顯的學(xué)習(xí)依賴可塑性。隨著訓(xùn)練進展的發(fā)生，其活動響應(yīng)強度與預(yù)期舔舐行為同步增強，可以有效表征獎勵預(yù)期的過程。作者還提供對照實驗進一步分析排除了運動執(zhí)行的混雜影響，證實 IT 神經(jīng)元主要負(fù)責(zé)穩(wěn)定的感覺輸入功能，而 ET 神經(jīng)元則是一種動態(tài)編碼獎勵預(yù)期相關(guān)的信號，二者通常協(xié)同完成從感覺辨別到行為輸出的這一轉(zhuǎn)換過程。

沉默IT或ET神經(jīng)元是否會破壞學(xué)習(xí)過程呢？

既然這兩類神經(jīng)元如此重要，那么作者最后利用化學(xué)遺傳學(xué)方法分別沉默 L5 層 IT 與 ET 神經(jīng)元去探究兩類神經(jīng)元在聯(lián)想學(xué)習(xí)中發(fā)生的變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，沉默任一神經(jīng)元亞型都會阻礙小鼠的任務(wù)習(xí)得能力，且這種行為缺陷主要來源于學(xué)習(xí)過程本身受損，并不是藥物的非特異性作用；一旦該任務(wù)被動物熟練掌握后，沉默兩類神經(jīng)元就不會對其行為表達產(chǎn)生明顯影響。

二者功能到底存在哪些差異？

構(gòu)建基礎(chǔ)刺激-獎賞聯(lián)結(jié)的關(guān)鍵還是依賴IT 神經(jīng)元。沉默 IT 后，小鼠對條件刺激（CS）的預(yù)期舔舐行為會出現(xiàn)顯著下降，甚至完全失去辨別能力，無法再建立刺激與獎賞的關(guān)聯(lián)。

不同的是，ET 神經(jīng)元則可幫助實現(xiàn)精準(zhǔn)刺激分辨。沉默 ET 后，小鼠對兩類刺激的預(yù)期舔舐都呈現(xiàn)一種非特異性升高，在對非條件刺激后出現(xiàn)大量錯誤舔舐行為，雖然能夠形成獎賞關(guān)聯(lián)意識，但還是表現(xiàn)為分辨精度喪失。

也就是說，IT 神經(jīng)元確保構(gòu)建刺激預(yù)示獎賞的基本認(rèn)知，而 ET 神經(jīng)元會在此基礎(chǔ)上進一步將其進行精細(xì)化區(qū)分，僅對特定獎賞相關(guān)刺激做出選擇性的行為反應(yīng)。

研究意義

作者通過精密的實驗安排揭示了大腦皮層第5層中兩類神經(jīng)元亞型（IT與ET）在聯(lián)想學(xué)習(xí)中的不同功能分工。該研究具有重要臨床轉(zhuǎn)化價值，為我們進一步理解自閉癥、精神分裂癥等涉及學(xué)習(xí)與預(yù)測功能異常的神經(jīng)精神類疾病提供了新的治療靶點和全新思路。

文章來源：

https://doi.org/10.1038/s41467-026-68307-5

小編的話：

你有沒有過這樣的體驗：一聽到“叮”的提示音，手就自動伸向了口袋，心里已經(jīng)開始期待消息或紅包？以前我們覺得這是“手比腦子快”。

現(xiàn)在科學(xué)家告訴我們，這其實是大腦里兩支“專業(yè)團隊”在高效協(xié)作。聽到聲音的“IT組”負(fù)責(zé)穩(wěn)定接收信息，而聯(lián)想到好消息的“ET組”則負(fù)責(zé)點燃期待，驅(qū)動你去伸手。它們聯(lián)手，把一聲鈴響和你期待的快樂牢牢綁在了一起。

所以，當(dāng)你下意識摸手機時，其實是你聰明的大腦，在用億萬年的學(xué)習(xí)智慧提醒你：可能有好事發(fā)生哦。

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