2.3學習前后vHPC和mPFC之間雙向連接強度的變化

為研究學習前后vHPC和mPFC之間的雙向連接如何變化，本研究進一步基于任務學習前后，大鼠在執行T迷宮記憶任務過程中兩腦區的LFPs信號，應用所選最優調制模型，對任務學習前后兩腦區之間連接強度的變化進行了分析，結果如圖4所示。其中，8只大鼠每天的T迷宮記憶任務平均正確率（以均值±標準差表示）結果顯示，隨著訓練天數的增加，大鼠執行T迷宮記憶任務的平均正確率總體呈上升趨勢，最終能夠達到并維持在80%以上。如前文所述，本文中選取了每只大鼠任務學習初始階段（第1～3天）和學習階段結束后（第8～12天）的神經電活動信號進行了分析。本文基于學習前后大鼠執行T迷宮記憶任務時vHPC和mPFC的LFPs信號，應用DCM模型，對兩腦區之間連接強度變化進行了分析。圖4右圖橫坐標軸上，vHPC-mPFC，表示從vHPC到mPFC的前向連接強度在學習前后的對比結果；mPFC-vHPC，表示從mPFC到vHPC的后向連接強度在學習前后的對比結果。圖4右圖縱坐標軸，表示連接強度相對變化值。

圖4大鼠學習T迷宮任務并比較vHPC和mPFC之間的連接強度

結果顯示，相比學習前，學習后大鼠在執行任務時，vHPC和mPFC兩腦區之間的前向連接（vHPC-mPFC）增強為學習前的1.80倍，而后向連接（mPFC-vHPC）降低為0.23倍。因此，學習使vHPC和mPFC之間的雙向連接強度產生了相反的變化。

2.4學習前后，正確和錯誤執行任務時連接強度變化趨勢不同

為進一步對學習前后大鼠在正確和錯誤執行任務時，兩腦區之間連接強度變化趨勢進行對比分析，以探索兩者之間是否存在差異，本文相關實驗結果如圖5所示。其中，橫坐標軸上，vHPC-mPFC，表示從vHPC到mPFC的前向連接在學習前后的對比結果；mPFC-vHPC，表示從mPFC到vHPC的后向連接在學習前后的對比結果；縱坐標軸表示，將學會前連接強度作為基準（值為1.00）時，學習前后連接強度相對變化值。

圖5正確執行和錯誤執行T迷宮任務時，vHPC和mPFC之間的連接強度比較

學習前后，大鼠正確執行任務時兩腦區之間連接強度對比結果顯示，相比學習前，學習后大鼠在正確執行任務時，vHPC和mPFC兩腦區之間的前向連接（vHPC-mPFC）強度增強為學習前的2.30倍，而后向連接（mPFC-vHPC）強度降低為0.52倍。此外，對大鼠學習前后，錯誤執行任務時兩腦區之間連接強度進行對比的結果則顯示，相比學習前，學習后大鼠在錯誤執行任務時，vHPC和mPFC兩腦區之間的前向連接（vHPC-mPFC）強度和后向連接（mPFC-vHPC）強度均有所下降，分別降低為學習前的0.82倍和0.59倍。對比可知，無論大鼠是否正確執行T迷宮記憶任務，與任務學習前相比，從mPFC到vHPC的后向連接強度均在學習后呈現不同程度的減弱。但是，任務學習前后，從vHPC到mPFC的前向連接強度的變化趨勢卻與大鼠是否正確執行T迷宮記憶任務密切相關。當大鼠正確執行任務時，兩腦區之間前向連接的強度增強，反之，則呈現連接強度減弱的趨勢。

3討論與分析

vHPC和mPFC是參與學習與記憶的兩個關鍵腦區，vHPC和mPFC之間的信息傳遞在學習與記憶過程中起著重要作用。因此，本文基于vHPC和mPFC兩個腦區的LFPs信號，應用DCM模型，探究了兩個腦區之間的連接方式以及學習對上述腦區之間連接強度的影響。結果顯示，vHPC和mPFC兩個腦區之間存在雙向連接，即從vHPC到mPFC的前向連接和從mPFC到vHPC的后向連接。該結果與此前Moran等研究結果存在一致性，他們的研究對麻醉狀態下大鼠HPC和mPFC兩腦區之間的神經連接特性進行了分析，結果顯示HPC和mPFC之間也存在同樣的雙向連接。

為了進一步探究學習對mPFC和vHPC兩腦區連接強度的影響，本文中基于上述最優連接模型，進一步應用貝葉斯反演和模型的相對對數證據值對兩腦區間連接強度進行了分析。結果表明，任務學習前后，兩腦區之間的雙向連接強度均發生了改變，總體呈現從vHPC到mPFC的前向連接增強，從mPFC到vHPC的后向連接減弱的趨勢。該變化趨勢與任務學習前后，大鼠正確執行記憶任務過程中兩腦區之間連接強度的變化趨勢一致，均為前向連接增強，后向連接減弱。但是，在任務學習前后，當大鼠錯誤執行T迷宮記憶任務時，vHPC和mPFC之間的雙向連接，均呈現連接強度減弱的趨勢。上述結果表明，相比于后向連接，較高強度從vHPC到mPFC的前向連接，可能在T迷宮記憶任務的正確執行中發揮了更為重要的作用。而這種學習前后，從vHPC到mPFC前向連接的增強，則可能是由于記憶的形成和鞏固過程中突觸強度的改變和神經元興奮性的增強所引起的。這與Park等的研究結果存在一致性，即小鼠在學習期間執行任務正確率的提升，伴隨著vHPC神經活動的增強以及vHPC和mPFC之間連接強度的增加；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，其連接強度的變化與相關生理、病理過程密切相關。這可以作為在本研究中學習前后無論大鼠正確還是錯誤執行T迷宮記憶任務時，都存在從mPFC到vHPC的后向連接強度變化的合理解釋。而根據Rajasethupathy等此前的研究，這種后向連接呈現減弱的趨勢，則可能是由于學習促使HPC中與任務相關的稀疏神經元集群的形成，使得學習后從mPFC到vHPC連接網絡的稀疏化所致。但是，目前的研究結果仍無法完全解釋，學習后，執行T迷宮記憶任務時從vHPC到mPFC的前向連接增強，而從mPFC到vHPC的后向連接減弱。此外，神經元間的連接分為興奮性連接和抑制性連接，其連接強度的改變由細胞膜上不同突觸受體介導。本文中所應用的DCM模型中，腦區間的連接強度同時受到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。兩者在學習記憶過程中，各自對神經連接強度變化的貢獻仍有待進一步研究。

腦區間連接強度的改變由神經元上的突觸受體介導，神經連接分為興奮性連接和抑制性連接。在本文中所應用的DCM模型中，腦區間的連接為興奮性連接，其受體包括AMPA和NMDA受體，腦區內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）。在學習記憶過程中，AMPA和NMDA受體各自對神經連接強度變化的貢獻仍有待進一步研究，以期望更加深入了解學習與記憶的神經網絡機制。

綜上，vHPC和mPFC之間因果連接特性的研究對理解學習記憶具有重要意義，本文應用DCM模型，初步探索了學習對相關腦區（vHPC和mPFC）間信息傳遞特性的影響，希望能夠為進一步從vHPC和mPFC之間神經信息網絡連接特性的角度研究學習記憶的相關機制提供支持。