科学家一致认为，适应能力是一项基本技能，但大脑中究竟发生了什么才使行为得以改变，至今仍不清楚。
神经科学家在此解释他们的研究：大脑如何处理信息，以及当这一功能受损时会发生什么。
他们发现了前额叶皮层中一类特殊的神经元，它们可能使行为具有灵活性；而一旦这些神经元功能失常，则可能导致精神分裂症或双相情感障碍等病症。
研究人员表示，针对这些长程抑制性连接的治疗方法，可能有助于改善精神分裂症患者的认知功能。
当世界发生变化时，保持灵活并学会适应，是每天都在练习的事情。无论是遇到新的施工路段而不得不改变通勤路线，还是下载了一款新的流媒体应用而不得不重新学习如何找到自己喜爱的节目，根据新情况改变熟悉的行为，都是一项基本技能。
为了实现这些适应，你的大脑会在一个名为前额叶皮层的结构内改变其活动模式。前额叶皮层是大脑中对注意力、规划和决策等认知功能至关重要的区域。但究竟是哪些特定回路“告诉”前额叶皮层更新其活动模式以改变行为，此前一直未知。
我们是一个团队，成员为 神经科学家，我们研究大脑如何处理信息，以及当这一功能受损时会发生什么。在我们新近发表的研究中，我们发现了前额叶皮层中的一类特殊神经元，它们可能使行为具有灵活性；而当这些神经元功能失常时，可能导致精神分裂症和双相情感障碍等病症。
抑制性神经元与学习新规则
抑制性神经元会抑制大脑中其他神经元的活动。研究人员传统上认为，它们只将电信号和化学信号传递给邻近的神经元。然而，我们发现前额叶皮层中有一类特定的抑制性神经元，它们能够跨越长距离，与大脑另一半球的神经元进行通信。
我们想知道，这些长程抑制性连接是否参与协调左右前额叶皮层之间活动模式的变化。如果是这样，它们或许能提供关键信号，帮助你在恰当的时机改变行为。
为了检验这些长程抑制性连接的功能，我们观察了小鼠执行的一项任务：它们需要先学会一条规则才能获得奖励，随后又需要适应新规则，才能继续获得奖励。在该任务中，小鼠需要在碗中挖掘以寻找隐藏的食物。起初，碗中的大蒜气味或沙子可能指示隐藏食物的位置。与奖励相关的特定线索随后会发生变化，迫使小鼠学习新规则。
我们发现，沉默左右前额叶皮层之间的长程抑制性连接，会使小鼠陷入困境，即在某一规则上持续重复、无法转换，并阻碍它们学习新规则。它们无法转换思路，也无法认识到旧线索已毫无意义、新线索则预示着食物。
脑电波与灵活行为
我们还在这些长程抑制性连接如何产生行为灵活性方面取得了令人惊讶的发现。具体而言，它们会使两个半球之间一组被称为“脑电波”的伽马振荡同步。伽马振荡是大脑活动中的节律性波动，大约每秒发生40次。在许多认知功能中都能检测到这些波动，例如执行需要在记忆中保持信息的任务，或根据电脑屏幕上所见内容做出不同动作时。
尽管科学家观察到伽马振荡的存在已有数十年，但其功能一直存在争议。许多研究人员认为，不同脑区之间这些节律性波动的同步并无任何实际用途。另一些人则推测，不同脑区之间的同步增强了这些脑区之间的通信。
我们发现了伽马同步一种截然不同的潜在作用。当长程抑制性连接使左右前额叶皮层之间的伽马振荡同步时，它们似乎还会控制两者之间的通信。当小鼠学会忽略一条先前建立、但已不再带来奖励的规则时，这些连接会使伽马振荡同步，并似乎阻止一个半球在另一个半球中维持不必要的活动模式。换言之，长程抑制性连接似乎能阻止一个半球的输入在另一个半球试图学习新事物时“从中作梗”。
例如，左侧前额叶皮层可以“提醒”右侧前额叶皮层你平时的上班路线。但当长程抑制性连接使这两个区域同步时，它们似乎也会关闭这些提醒，并使与你新通勤路线相对应的新大脑活动模式得以确立。
最后，这些长程抑制性连接还会引发长期效应。仅一次关闭这些连接，就会使小鼠在数天后学习新规则时出现困难。反之，有节律地刺激这些连接以人为使伽马振荡同步，则可以逆转这些缺陷并恢复正常学习能力。
认知灵活性与精神分裂症
长程抑制性连接在认知灵活性中发挥着重要作用。无法适当更新先前习得的规则，是精神分裂症和双相情感障碍等精神疾病中典型的认知障碍形式之一。
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研究还发现，伽马同步存在缺陷，并且在精神分裂症患者中，包括我们所研究的那类在内的前额叶抑制性神经元存在异常。在此背景下，我们的研究表明，针对这些长程抑制性连接的治疗方法，可能通过使伽马振荡同步而有助于改善精神分裂症患者的认知功能。
这些连接如何影响脑回路的许多细节仍不清楚。例如，我们并不确切知道前额叶皮层中哪些细胞接收来自这些长程抑制性连接的输入，并改变其活动模式以学习新规则。我们也不知道是否存在特定的分子通路，能够产生神经活动的长期变化。回答这些问题，可能揭示大脑如何在维持与更新旧信息之间灵活切换，并可能带来治疗精神分裂症及其他精神疾病的新方法。
