小鼠視覺皮質反應的空間記憶

我們對一個熟悉的空間環境的理解，除了身歷其境眼前所見，過去累積的經驗也會形成期待。但是
這樣的認知功能，是在感官訊號處理的哪個階段被執行的呢？丹麥哥本哈根大學（University of Copenhagen）的科學家發現：在小鼠大腦初級視覺皮質（V1）中，就存在能夠偵測、預測特定地景的神經元。

研究團隊設計了一個連續好幾天的實驗，讓小鼠在虛擬實境中逐漸熟悉一個特定空間環境，同時記錄V1中神經元活動。根據神經元興奮情況的不同，可歸納出一些分類方法：首先，空間環境中有兩種不同的地景（稱為A與B），當小鼠走到A地景對應的位置時，便會有對A地景有選擇性的一群細胞興奮，而B亦然；選擇特定地景的神經元又可分為偵測與預測兩種，偵測性神經元在地景確實出現之後反應，而預測性神經元則在小鼠即將走到該地點之前就開始興奮。

既然有對地景預測性的神經元存在，可知V1並不只接受視覺訊號的刺激，還需要一些由上而下（top-down process）的訊息輸入。因此研究團隊進一步觀測了有許多軸突伸入V1的前扣帶迴皮質（anterior cingulate cortex, ACC），發現ACC中也有對A或B地景有選擇性預測的兩類軸突，而且無論是V1神經元或ACC軸突中預測性的訊號，都隨著實驗進展而愈來愈強。

在心理學上「內在表徵（internal map）」這個名詞可被詮釋為大腦對世界的認知。內在表徵受到外來訊號形塑，然而他與感官訊號處理如何交互作用卻少有人知。「預測編碼（Predictive coding）」的理論認為：大腦透過先前的經驗，產生對環境的預期，並與現實世界比較，兩者的差異可引導學習，修正大腦對環境的理解。在上述實驗中，V1有直接反應外在環境的神經元，也有預測性的神經元作為內在表徵的呈現，可作為這個理論的佐證。

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撰文者：李宛儒

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原始論文：
Fiser, A., et al. (2016). “Experience-dependent spatial expectations in mouse visual cortex.” Nat. Neurosci.

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