Hippocampal-cingulate dynamics in the human brain link reinforcement-learning and memory
通过将颅内记录与计算建模相结合，本研究表明，正向奖励预测误差不仅引导决策，还通过前扣带皮层与海马体之间的动态相互作用来塑造人类记忆。
原始论文采用 CC BY 4.0 许可（https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。 这是一篇未经同行评审的预印本的AI生成解释。这不是医疗建议。请勿根据此内容做出健康决定。 阅读完整免责声明
每天，我们的大脑都会做出无数个选择，权衡各种选项以寻找最佳路径。当我们做出一个选择，而结果比预期的更好或更差时，我们的大脑会将这种差异记录为一个学习信号。科学家们称之为“奖励预测误差”。它是告诉我们要重复成功行动或避免失望行为的精神火花。几十年来，研究人员已经了解了这种信号如何帮助我们学习下一步该做什么。但一个更深层的问题一直悬而未决：这种相同的信号是否也决定了我们记忆什么？我们知道，令人惊讶的时刻往往比常规时刻在脑海中留下的印象更为深刻，然而，将一个惊喜瞬间与持久记忆形成联系起来的生物学机制一直是一个谜。
为了解决这个问题，一个研究小组转向了人类大脑本身，绕过标准脑扫描的局限性，直接倾听神经元的电活动。他们与23名正在接受癫痫神经外科监测的患者合作。这些患者的大脑深处植入了薄电极，用于定位癫痫发作的起源，这是一种标准的临床程序，同时也为观察大脑内部运作提供了一个罕见的窗口。患者玩了一款扑克牌游戏，他们必须学习哪种牌堆提供的奖励更高。独特之处在于，每当他们抽出一张牌并获得反馈时，屏幕上都会出现一张全新的、独特的脸部图像。游戏的设定是这些图像本身与获胜无关；它们仅仅是偶然出现的背景细节。游戏结束后，患者立即进行了一项记忆测试，尝试识别他们之前见过哪些脸。
结果证实，大脑的学习信号直接塑造了记忆。研究人员发现，当玩家获得比预期更好的奖励时，他们的大脑会产生一个强烈的预测误差信号。这一特定信号预示了玩家稍后是否会记得出现在该轮次中的那张脸。与正面惊喜相关的脸，比那些与中性或失望结果相关的脸更容易被记住。研究表明，这种关系不仅适用于这些患者，也适用于在网上玩同样游戏的庞大健康人群，这表明这是人类大脑运作的一个基本特征。
但是，大脑是如何将转瞬即逝的惊讶感转化为持久记忆的呢？研究人员通过记录不同脑区的电活动，追踪了这一信息的路径。他们发现，在游戏过程中，当奖励反馈出现时，预测误差信号被广泛编码在负责决策的前额叶皮层中。然而，当患者稍后尝试识别这些脸时，这一信号并没有简单地以同样的广泛模式重新出现。相反，一个位于大脑中心深处的特定区域——前扣带回，短暂地重新激活了最初惊喜的模式。
至关重要的是，前扣带回中的这种重新激活本身并不足以保证成功的记忆。研究排除了大脑记忆中心——海马体——仅凭自身就重新激活惊喜信号的可能性。相反，研究人员发现，成功的记忆取决于这两个区域之间精确的对话。当患者成功识别一张脸时，来自前扣带回的活动模式会在海马体内重新表达。这就像是海马体伸出手，抓取了前扣带回所持有的特定“惊喜”模式，并利用它来重建那一刻的完整记忆。这种连接是如此精确，以至于它只发生在那些被成功记住的脸部上，而非那些被遗忘的脸部。
研究还观察了这些相互作用的时机。研究人员发现，这两个区域使用一种被称为“theta振荡”的特定电波节奏进行通信。当一张与正面惊喜相关的脸出现时，海马体和前扣带回会使它们的活动同步，其中海马体处于节奏的领先地位。这种同步在那些后来被记住的脸部上更为强烈，这表明这种节奏耦合是把惊讶感与视觉图像结合在一起，并将其锁定到长期存储中的机制。
这些发现为大脑如何优先处理保留内容提供了一个清晰的图景。引导我们做出选择的学习信号不仅仅是更新我们未来的行为；它还积极地筛选我们经历中哪些时刻值得被保存。通过协调前扣带回和海马体，大脑确保了那些最显著、最令人惊喜的时刻得以持久。这一发现为为什么我们会记住意外之事提供了生物学解释，并表明，那些帮助我们从错误中学习的电路，可能也是塑造我们个人历史的电路。
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