More is less: a disinhibited prefrontal cortex impairs cognitive flexibility
The journal of neuroscience 2010
NVHL鼠是一个分裂症的模型，其腹侧海马损伤导致前额皮层发育不良。本文报道了NVHL在一个复杂的气味-食物辨别学习中的表现。NVHL鼠在简单的两气味学习中与正常鼠一致，但在三气味学习中（两种气味对应两侧分别的奖励，另一种气味对应一侧大奖励一侧小奖励），不仅学习回避小奖励的能力低，而且对原先两种气味所代表的位置也产生混乱（错误率增加）。
与其相对应的，气味递呈时，NVHL鼠的皮层局部脑电场也不像正常鼠一样出现某些频段的场强增加（可能反映中间神经元的活化）；同时放电的锥体细胞显著增加，在奖励和奖励退出时，停止放电的锥体细胞显著增加。
药理学干预减少Glu的释放（以抑制锥体细胞的过度放电），可以改善NVHL的表现；拮抗D2受体，则恶化了正常鼠的表现（但对NVHL没有影响）
方法
Neontal ventral hippocampal lesion （NVHL）rat
出生滴7-8天，对雄性Long-Evans大鼠的两侧腹侧海马注射0.3ul（0.3ug）的鹅膏覃氨酸ibotenic acid（对照假手术组注射人工脑脊液）。
总体流程
出生41天开始进行两种气味辨别训练。不同的气味与不同位置的蔗糖水相联系。在大鼠准确率达80%的4天后，在左边缘前皮层（left prelimbic cortex）装上电极。恢复10-15天后，大鼠限水状态下进行脑电记录（99-142天龄）。
气味辨别实验
首先，两气味辨别训练。两种气味出现的几率相等。气味1指示左食盘有蔗糖，气味2指示右食盘有蔗糖。每次蔗糖量相等，气味与奖励之间的间隔逐渐拉长。
电极置入后的记录阶段，在两气味的基础上，加入一种新的气味。新气味代表两侧食盘均有蔗糖，但某一侧的糖量总是更多。在一次实验的上半段时间，一侧（如左侧）的糖更多；而在下半段时间，另一侧（如右侧）糖更多。每种气味出现的概率均等，单个气味连续出现不超过3次。每次实验至少60个环节，直至大鼠出现对糖少的食盘出现明显的偏避（类似learned non-reward，10次选择中最多仅有4次选择糖少食盆）。
药物处理
- 代谢性谷氨酸受体2/3激动剂 LY379268 1mg/kg ip. （作用于突触前膜，减少谷氨酸释放） vs. 生理盐水。4只NVHL4只sham，125天龄注射。 注射30-35min后进行行为学测试。改良程序：前20次两个食盘奖励相等，从而判断大鼠的偏好食盘。随后，非偏好盆的奖赏加倍（第21-90轮），91-180轮时奖赏设定翻转。
- D2拮抗剂eticlopride 0.02mg/kg ip。5只NVHL5只sham。方法基本同1.
结果
- 两气味辨别学习，NVHL和sham相近。
- PFC局部场电位LFPS。在线索出现时，正常鼠LFPs各个谱段出现变化，但NVHL鼠缺乏，特别是在嗅味阶段小于30Hz的震荡缺乏。即嗅味阶段（多巴胺神经元活化阶段），正常鼠的delta、theta、beta组分提高。其中beta组分反映了中间神经元的活化（这一频段经常是中间神经元同步快速放电的表现）。而在NVHL，这一频段未出现活化。gamma段活化的不明显，主要于电极位置在皮层深处有关。
| Type of wave | Frequency | Possible meaning |
|---|---|---|
| Gamma | 40-100Hz | Binding senses, cognition, information processing, learning, perception, REM sleep |
| Beta | 12-40Hz | Conscious focus, memory, problem solving |
| Alpha | 8-12Hz | Relaxation |
| Theta | 4-8Hz | Creativity, emotional connection, intuition, relaxation |
| Delta | 0-4Hz | deep sleep |
- mPFC单个锥体神经元放电。当气味呈现时，NVHL的锥体神经元放电增加较对照更加明显。差异在大鼠位于嗅味点时（尚未作出下一步活动）最明显。动作电位的增加局限于气味呈现至奖励出现这段时间。因DA神经元放电与奖励大小的线索存在相关性，作者观察相关指标发现，气味出现后1s时，与对照相比，NVHL有更多的锥体神经元出现于对大奖励的放电。而在奖励发出后，NVHL有更多的神经元出现放电下降。
- NVHL学习回避小奖励较对照慢且最后达成稳定时回避率较低（依然较多地选择小奖励）。而在迫选回合时，无论奖励大小，犯错率也较对照高（反应时间较短）。总体而言，小奖励的犯错率比大奖励更高。随后，当奖赏设置逆转后，NVHL改变选择的比例（在最初5次尝试后）比对照低。
- 在正常鼠，气味呈现时，场电位的增加幅度与迫选时的表现呈正比（增幅越大，表现越好）。
- 有研究显示mGluR2/3激动剂可以减少PFC锥体神经元的过度放电。本实验在行为学方面发现，mGluR2/3激动剂增加了NVHL鼠选择大奖励的几率。但对正常鼠无影响。
- 反之，D2拮抗剂对NVHL鼠无明确影响（NVHL存在D2相关的PFC缺陷），但恶化了正常鼠的行为学表现。
讨论
本行为学实验的设计似乎在宏观上观察到的是NVHL鼠在工作记忆方面的不足。因工作记忆不足（似乎奖赏的大小没有salient到病鼠缺陷的神经元将它传至相关脑区巩固），本身学习得较差，当奖赏设置改变时，也未能及时“察觉”出这种变化，表面上出现了“CF缺陷”。当然，为了使得行为学出阳性结果，增加工作记忆负荷是很多实验的选择。但由此认为工作记忆是CF的一部分似乎……
本研究显示皮层中间神经元的活化 --> 抑制锥体神经元的过度放电，是小鼠有效学习的基础。且这个脑内过程依赖于D2受体。