运动皮层和海马体中回路特异性群体动力学催生等效的意志性学习

学习通过不同的脑回路发挥作用，将群体活动模式与期望结果建立关联，并使这些模式能够被随意重新激活以控制行为。这些回路在其结构和动力学状态上存在深刻差异，然而，学习的哪些特征是它们所共享的，哪些特征源于回路特异性的实现机制，仍然未知。在此，我们利用脑机接口（BCI）训练小鼠调节选定神经元群的活动，使其趋向于能够触发奖赏递送的构型。通过使奖赏递送直接依赖于群体活动，我们将一个相同的联结学习问题施加于两个具有不同动力学状态的回路：初级运动皮层（M1）和海马CA3区。小鼠在这两个区域均获得了稳健的随意控制能力，并且学习在不同回路中产生了一组共同特征，包括对控制奖赏的神经元的调节、网络层面的稀疏化，以及对与奖赏相关活动模式的更大范围探索。这些特征由不同的群体动力学所支撑：M1活动连续地流经与奖赏相关的状态，而CA3活动则围绕这些状态呈现接近—返回动力学。赋予不同最小连接约束的循环网络模型——这些约束的选择旨在反映与各区域相关的主导动力学状态——捕捉到了这些共同特征以及区域特异性动力学的关键特点，这表明局部结构约束足以解释学习的不同实现方式。这些发现表明，相同的学习结果可以来源于在结构上不同的回路中彼此分化的动力学实现。这种有原则的简并性揭示，学习并不存在单一的规范性解决方案，而是通过多种由局部网络结构塑造的回路特异性机制得以实现。

学习通过不同的脑回路发挥作用，将群体活动模式与期望结果建立联系，并使这些模式能够被随意重新激活以控制行为。这些回路在其结构和动力学状态上存在深刻差异，然而，学习的哪些特征是它们所共享的，哪些又源于回路特异性的实现机制，仍然未知。在此，我们利用脑机接口（BCI）训练小鼠调节选定神经元群的活动，使其趋向于能够触发奖励递送的构型。通过使奖励递送直接依赖于群体活动，我们将一个相同的联想学习问题施加于两种具有不同动力学状态的回路：初级运动皮层（M1）和海马CA3区。小鼠在这两个区域中都获得了稳健的随意控制能力，并且学习在不同回路中产生了一组共同特征，包括对控制奖励的神经元的调节、网络层面的稀疏化，以及对与奖励相关活动模式更广泛的探索。这些特征由不同的群体动力学所支撑：M1活动连续地流经与奖励相关的状态，而CA3活动则围绕这些状态呈现接近—返回动力学。赋予不同最小连接约束的循环网络模型——这些约束被选择用于反映与各区域相关的主导动力学状态——成功捕捉了这些共同特征以及区域特异性动力学的关键性质，这表明局部结构约束足以解释学习的不同实现方式。上述发现表明，在结构上不同的回路之间，等价的学习结果可以来源于分化的动力学实现。这种有原则的简并性揭示，学习并不存在唯一的规范性解决方案，而是通过多种受局部网络结构塑造的回路特异性机制得以实现。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.06.04.730137v1?rss=1

🏷️ 脑机接口 运动皮层 海马CA3 群体动力学 意志性学习 循环网络模型