2024年11月，占世坤主任医师在《Nature Communications》【IF14.7，Q1】杂志发表题名为“Reward recalibrates rule representations in human amygdala and hippocampus intracranial recordings.”——奖励调节在人类杏仁核和海马体中的规则表征：颅内电生理研究的研究论文。
瑞金医院功能神经外科占世坤主任医师、剑桥大学神经精神病学学院Valerie Voon教授为论文的共同通讯作者；瑞金医院功能神经外科Luis Manssuer博士后为论文的第一作者。
doi：10.1038/s41467-024-53521-w.
杏仁核和海马体在适应性决策过程中的分工： 杏仁核能够同时编码奖励和惩罚两种信号，对参与者的“赢留”（win-stay）和“输转”（lose-shift）策略起到关键作用。而海马体主要对奖励信号作出反应，并在规则确认和记忆更新过程中发挥作用。 高频伽马活动（HFG）： 在60-250 Hz频段内，杏仁核和海马体的高频伽马活动与奖励信号密切相关。海马体的高频伽马活动则与记忆更新和规则确认相关，显示其在认知图谱建立中的重要性。 低频同步活动： 杏仁核和海马体在低频（2-5 Hz）段出现相位同步，这表明两者在决策过程的关键转折点有紧密的功能连接。 海马体的抑制作用： 海马体通过竞争性抑制活动，帮助维持规则的稳定性，避免认知干扰。 对新刺激的敏感性： 杏仁核对新刺激表现出了更强的敏感性，这可能有助于大脑探索新的规则。
揭示杏仁核与海马体在认知可塑性中的作用 文章为杏仁核和海马体在认知灵活性和规则切换中的具体作用提供了新的见解，尤其是在应对奖励和惩罚信号的过程中。通过颅内脑电图（iEEG）的高时间分辨率和空间分辨率，研究揭示了这两个脑区如何协调工作以支持复杂的决策过程。 强化信号的神经机制 研究首次详细描述了高频伽马活动（HFG）和低频相位同步在杏仁核和海马体中的表现，明确了这些神经活动如何支持规则学习和更新。这些发现为神经认知和计算精神病学领域的理论框架提供了新的实验证据。 连接记忆与决策研究 通过区分内维度（ID）和外维度（ED）规则切换，研究拓展了对决策灵活性的理解，强调了不同类型规则切换在神经系统中的特异性处理。这为后续认知神经科学研究提供了新的研究范式。
推动精神疾病的研究与治疗 研究结果对理解与决策功能障碍相关的疾病（如强迫症、物质成瘾和抑郁症）具有重要意义。揭示杏仁核-海马体网络在规则切换和奖励处理中的作用，为开发新的治疗方法（如基于神经调控的干预）提供了潜在的靶点。 技术应用 研究中采用的神经信号分析方法（如高频伽马活动和相位同步）可以进一步推广到人工智能和脑机接口的开发中，为人类与智能系统的互动提供更多生物学启发。 预防高危行为 文章涉及的决策网络研究有助于识别那些在奖惩处理中存在异常的个体，尤其是与情绪失调相关的群体。可以帮助开发更有效的早期预警系统或干预措施。
Abstract
Adaptive behavior requires the ability to shift responding within (intra-dimensional) or between (extra-dimensional) stimulus dimensions when reward contingencies change. Studies of shifting in humans have focused mainly on the prefrontal cortex and/ or have been restricted to indirect measures of neural activity such as fMRI and lesions. Here, we demonstrate the importance of the amygdala and hippocampus by recording local field potentials directly from these regions intracranially in human epilepsy patients. Reward signals were coded in the high frequency gamma activity (HFG; 60-250 Hz) of both regions and synchronised via low frequency (3-5 Hz) phase-locking only after a shift when patients did not already know the rule and it signalled to stop shifting (“Win-Stay”). In contrast, HFG punishment signals were only seen in the amygdala when the rule then changed and it signalled to start shifting (“Lose-Shift”). During decision-making, hippocampal HFG was more inhibited on non-shift relative to shift trials, suggesting a role in preventing interference in rule representation and amygdala HFG was sensitive to stimulus novelty. The findings expand our understanding of human amygdala-hippocampal function and shifting processes, the disruption of which could contribute to shifting deficits in neuropsychiatric disorders.
中文摘要
人类的决策过程需要灵活的认知能力，根据奖励或惩罚等信号对规则进行不断的调整和反馈更新。杏仁核和海马体在适应性决策中起着关键作用，但它们在规则切换中的具体功能尚不明确。该研究利用癫痫患者的颅内脑电（iEEG）记录，探讨了杏仁核和海马体在内维度（ID）和外维度（ED）规则切换任务中的作用。
结果表明，杏仁核和海马体对奖励和惩罚信号的响应存在区别，支持了决策过程中的“赢留-输转”策略。杏仁核和海马体中的高频伽马活动（HFG, 60-250 Hz）反映了对奖励信号的编码，其中海马体的活动还与规则确认和记忆更新相关。此外，在低频段（2-5 Hz）观察到杏仁核和海马体之间的相位同步，揭示了这两个区域在关键决策转折点的功能连接。海马体还表现出抑制性活动，以竞争性抑制为表征，进行规则维持。
该研究揭示了杏仁核-海马体网络如何整合神经电信号以支持规则学习和认知可塑性，并为理解强迫症和成瘾等精神疾病中普遍存在的决策障碍提供了重要的神经生物学基础。
作者
介绍
Author Introduction
占世坤 主任医师，上海交通大学医学院附属瑞金医院功能神经外科；研究方向：帕金森病，肌张力障碍，癫痫，精神疾病的外科治疗，脑肿瘤的外科手术诊治，脑肿瘤及功能性疾病的伽吗刀治疗，难治性疼痛。
Luis Manssuer 博士后，上海交通大学医学院附属瑞金医院功能神经外科和剑桥大学联合培养；研究方向：运动障碍病，癫痫，认知记忆奖赏网络。
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Reward recalibrates rule representations in human amygdala and hippocampus intracranial recordings.pdf
