DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-025-65766-0
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41580401
تاريخ النشر: 2026-01-24
المؤلف: K. Marche وآخرون
الموضوع الرئيسي: دراسات علم النفس العصبي والسلوكي
نظرة عامة
تبحث هذه الدراسة في الآليات العصبية الكامنة وراء مهام التراجع، والتي تُستخدم عادةً لتقييم تثبيط السلوك وترتبط بالقشرة الجبهية الأمامية، وخاصةً المنطقة المدارية الجبهية. تتحدى الدراسة الفكرة القائلة بأن تثبيط السلوك هو المحدد الوحيد للأداء في هذه المهام من خلال إثبات أن قردة المكاك الذكور لا تتعقب قيم الاختيار فحسب، بل أيضًا انتقالات الحالة الكامنة خلال مهام التراجع. باستخدام تسجيلات الدماغ الكاملة والتعطيل فوق الصوتي المؤقت، يحدد المؤلفون نشاطًا عصبيًا كبيرًا في القشرة الجبهية الأمامية الظهرية الوسطى والمهاد الأمامي والظهرية الوسطى في وقت اختيار الاختيار، بينما يُظهر نشاط الحصيني مراقبة مستمرة لاحتمالية التراجعات بين الحالات الكامنة.
تكشف النتائج عن أنماط معقدة من التفاعل بين هذه المناطق الدماغية، مما يشير إلى أن كل منها يساهم بشكل فريد في أداء مهام التراجع. يؤدي تعطيل النشاط في أي من هذه المناطق إلى ضعف في المهام، مما يبرز أدوارها المتميزة في معالجة كل من قيم الاختيار وانتقالات الحالة الكامنة. تؤكد هذه الدراسة على تعقيد العمليات المعرفية المعنية في مهام التراجع وتقترح فهمًا أكثر دقة للدارات العصبية المشاركة في تثبيط السلوك.
مقدمة
تناقش مقدمة هذه الورقة البحثية مفهوم المرونة السلوكية، وخاصةً في سياق مهام التراجع حيث يجب على الحيوانات والبشر تعديل اختياراتهم بناءً على تغير احتمالات المكافأة. تقليديًا، كانت تُعزى صعوبة هذه المهام إلى صعوبة تثبيط الاستجابات التي تم مكافأتها سابقًا. ومع ذلك، تشير وجهات النظر الحديثة إلى أن التحدي الحقيقي يكمن في القدرة على استنتاج الحالات الكامنة داخل المهمة، حيث لا يتم الإشارة إلى هيكل المكافأة بشكل صريح. يبرز هذا التحول في الفهم دور القشرة الجبهية الأمامية، وخاصةً القشرة المدارية الجبهية (OFC)، في الوساطة لهذه المهام، على الرغم من أن تفرد دورها قد تم التشكيك فيه، مما يشير إلى أن مناطق دماغية مترابطة أخرى قد تكون أيضًا حاسمة.
تهدف الدراسة إلى استكشاف كيفية أداء قردة المكاك لمهام التراجع من خلال استخدام نموذج بايزي لتقييم ليس فقط قيمة الاختيارات ولكن أيضًا احتمال انتقالات الحالة – والذي يُطلق عليه “تقدير التراجع”. يقارن الباحثون بين نوعين من المهام: مهمة “مرتبطة”، حيث تكون قيم الخيارات مرتبطة سلبًا، ومهمة “غير مرتبطة”، حيث تتغير بشكل مستقل. تكشف النتائج أن قردة المكاك أكثر احتمالًا لتغيير اختياراتها بعد عدم الحصول على مكافآت متتالية في المهمة المرتبطة، مما يشير إلى أنها تستخدم معرفة بالحالات الكامنة لتكييف سلوكها. في المقابل، في المهمة غير المرتبطة، يتأثر التغيير باحتمالات المكافأة المدركة وعدم اليقين لكل من الخيارات المختارة وغير المختارة. تسعى الدراسة في النهاية إلى توضيح المتغيرات العصبية لهذه العمليات في اتخاذ القرار، وخاصةً كيف ترتبط التقديرات المستمدة من بايزي بسلوك التغيير عبر بيئات المهام المختلفة.
طرق البحث
في هذه الدراسة، تم إجراء تجربتين للتحقيق في اتخاذ القرار في قردة المكاك باستخدام مهمة لصوص التراجع ذات الذراعين مع تبعيات عمل-مكافأة مميزة. في التجربة 1، شارك أربعة قردة مكاك في كل من البيئات المرتبطة وغير المرتبطة. في البيئة المرتبطة، كانت جداول المكافآت للخيارين مرتبطة سلبًا، مما يعني أنه عندما كان أحد الخيارات لديه احتمال مرتفع للمكافأة، كان الآخر لديه احتمال منخفض، على الرغم من أنه ليس بشكل مثالي (أي، الارتباط لا يساوي -1). حدثت التراجعات في جداول المكافآت بشكل عشوائي، مما دفع الحيوانات إلى تغيير اختياراتها، خاصةً بعد الأخطاء. تطلبت الطبيعة العشوائية لتصميم المهمة من الحيوانات مراقبة النتائج بنشاط، مما يعزز اتخاذ القرار بناءً على التغذية الراجعة بدلاً من عدد التجارب الثابتة.
في التجربة 2، أدت مجموعة مختلفة من ثلاثة قرود المهمة فقط في البيئة المرتبطة، مع تطبيق التحفيز فوق الصوتي عبر الجمجمة (TUS) على مناطق دماغية مختلفة (القشرة الجبهية الأمامية الظهرية الوسطى، الحصين، والمهاد) عبر جلسات متعددة. كانت الدراسة تهدف إلى اشتقاق نماذج بايزية لتقدير المعتقدات المتعلقة باحتمالات المكافأة وعدم اليقين، بالإضافة إلى احتمال التراجعات في تبعيات المكافأة. تشير النتائج إلى أن قدرة الحيوانات على تقدير احتمالات التراجع أثرت على سلوكها بشكل أكبر في البيئة المرتبطة مقارنةً بالبيئة غير المرتبطة، مما يبرز دور الهياكل الديناميكية للمكافأة في عمليات اتخاذ القرار.
مناقشة
تسلط قسم المناقشة في الورقة البحثية الضوء على الآليات العصبية الكامنة وراء تتبع تقديرات التراجع في مهام اتخاذ القرار، مع التركيز بشكل خاص على القشرة الجبهية الأمامية الظهرية الوسطى (dmPFC) والحصين. باستخدام نموذج خطي عام (GLM1)، وجدت الدراسة أن النشاط في هذه المناطق يرتبط باحتمالية تراجعات المهام، والتي تم قياسها بواسطة تباين كولباك-ليبلر (reversal DKL). بشكل ملحوظ، كان نشاط dmPFC مرتبطًا بشكل كبير بتقديرات التراجع خلال الجلسات المرتبطة، بينما ميز نشاط الحصيني بين المهام المرتبطة وغير المرتبطة. تشير النتائج إلى أن كلا المنطقتين تحملان معلومات مماثلة بشأن تراجعات حالة المهمة، لكن انتقائيتهما تختلف بناءً على هيكل المهمة. يشير غياب النشاط المرتبط بالتراجع بشكل ملحوظ في المهمة غير المرتبطة إلى أنه بينما يتم إشراك dmPFC والحصين في تتبع تقديرات التراجع، فإن فعاليتها تتناقص في البيئات الأقل تنظيمًا.
علاوة على ذلك، استكشفت الدراسة عملية اتخاذ القرار من خلال فحص كيف يعكس النشاط العصبي في dmPFC والمهاد الفرق في القيمة بين الخيارات المختارة وغير المختارة. تشير النتائج إلى أن هذه المناطق حاسمة لدمج تقديرات التراجع مع قيم الاختيار، وخاصةً في المهام المرتبطة. أدى تعطيل النشاط في dmPFC، الحصين، أو المهاد عبر التحفيز فوق الصوتي عبر الجمجمة (TUS) إلى إضعاف قدرة الحيوانات على تتبع تقديرات التراجع، مما أدى إلى تقليل سلوك التغيير. يشير هذا إلى أن هذه المناطق الدماغية تلعب دورًا حيويًا في الحفاظ على الوعي بهيكل المهمة وعدم اليقين في الاختيار، مع تسبب الاضطرابات المحددة في الاعتماد على احتمالات المكافأة الفورية بدلاً من فهم حالات المهمة الكامنة. بشكل عام، تؤكد النتائج على أهمية تفاعلات dmPFC والحصيني في عمليات اتخاذ القرار المتأثرة بتقديرات التراجع وتبرز الإمكانية للتدخلات المستهدفة لتوضيح هذه الديناميات العصبية بشكل أكبر.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-025-65766-0
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41580401
Publication Date: 2026-01-24
Author(s): K. Marche et al.
Primary Topic: Neural and Behavioral Psychology Studies
Overview
This research investigates the neural mechanisms underlying reversal tasks, which are commonly used to assess behavioral inhibition and are associated with the prefrontal cortex, particularly the orbitofrontal region. The study challenges the notion that behavioral inhibition is the sole determinant of performance in these tasks by demonstrating that male macaques not only track choice values but also latent state transitions during reversal tasks. Utilizing whole brain recordings and transient ultrasonic disruption, the authors identify significant neural activity in the dorsomedial frontal cortex and anterior and dorsomedial thalamus at the time of choice selection, while hippocampal activity is shown to continuously monitor the likelihood of reversals between latent states.
The findings reveal intricate patterns of interaction among these brain regions, indicating that each contributes uniquely to the performance of reversal tasks. Disruption of activity in any of these areas results in task impairments, highlighting their distinct roles in processing both choice values and latent state transitions. This research underscores the complexity of cognitive processes involved in reversal tasks and suggests a more nuanced understanding of the neural circuits engaged in behavioral inhibition.
Introduction
The introduction of this research paper discusses the concept of behavioral flexibility, particularly in the context of reversal tasks where animals and humans must adapt their choices based on changing reward probabilities. Traditionally, the challenge of these tasks was attributed to the difficulty of inhibiting previously rewarded responses. However, recent perspectives suggest that the real challenge lies in the ability to infer latent states within the task, where the reward structure is not explicitly signaled. This shift in understanding emphasizes the role of the prefrontal cortex, particularly the orbitofrontal cortex (OFC), in mediating these tasks, although the uniqueness of its role has been questioned, indicating that other interconnected brain regions may also be crucial.
The study aims to explore how macaques perform reversal tasks by employing a Bayesian model to assess not only the value of choices but also the probability of state transitions—termed the “reversal estimate.” The researchers compare two task types: a “correlated” task, where the values of options are negatively correlated, and an “uncorrelated” task, where they change independently. Findings reveal that macaques are more likely to switch choices after consecutive non-rewards in the correlated task, suggesting that they utilize knowledge of latent states to adapt their behavior. In contrast, in the uncorrelated task, switching is influenced by the perceived reward probabilities and uncertainties of both chosen and unchosen options. The study ultimately seeks to elucidate the neural correlates of these decision-making processes, particularly how Bayesian-derived estimates relate to switching behavior across different task environments.
Methods
In this study, two experiments were conducted to investigate decision-making in macaques using a two-armed reversal bandit task with distinct action-reward contingencies. In Experiment 1, four macaques engaged in both correlated and uncorrelated environments. In the correlated environment, reward schedules for the two options were negatively correlated, meaning that when one option had a high probability of reward, the other had a low probability, albeit not perfectly (i.e., correlation not equal to -1). Reversals in reward schedules occurred randomly, prompting the animals to switch their choices, particularly after errors. The stochastic nature of the task design required the animals to monitor outcomes actively, enhancing their decision-making based on feedback rather than fixed trial counts.
In Experiment 2, a different group of three monkeys performed the task solely in the correlated environment, with transcranial ultrasound stimulation (TUS) applied to various brain regions (dorsomedial prefrontal cortex, hippocampus, and thalamus) across multiple sessions. The study aimed to derive Bayesian models to estimate trial-wise beliefs about reward probabilities and uncertainties, as well as the probability of reversals in reward contingencies. The findings suggest that the animals’ ability to estimate reversal probabilities influenced their behavior more significantly in the correlated environment compared to the uncorrelated one, highlighting the role of dynamic reward structures in decision-making processes.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the neural mechanisms underlying the tracking of reversal estimates in decision-making tasks, particularly focusing on the dorsomedial prefrontal cortex (dmPFC) and hippocampus. Using a generalized linear model (GLM1), the study found that activity in these regions correlates with the probability of task reversals, quantified by the Kullback-Leibler divergence (reversal DKL). Notably, dmPFC activity was significantly linked to reversal estimates during correlated sessions, while hippocampal activity differentiated between correlated and uncorrelated tasks. The findings suggest that both regions carry similar information regarding task state reversals, but their selectivity varies based on task structure. The absence of significant reversal-related activity in the uncorrelated task indicates that while the dmPFC and hippocampus are engaged in tracking reversal estimates, their effectiveness diminishes in less structured environments.
Furthermore, the study explored the decision-making process by examining how neural activity in dmPFC and thalamus reflects the difference in value between chosen and unchosen options. The results indicate that these areas are crucial for integrating reversal estimates with choice values, particularly in correlated tasks. Disruption of activity in dmPFC, hippocampus, or thalamus via transcranial ultrasound stimulation (TUS) impaired the animals’ ability to track reversal estimates, leading to diminished switching behavior. This suggests that these brain regions play a vital role in maintaining awareness of task structure and choice uncertainty, with specific disruptions leading to reliance on immediate reward probabilities rather than an understanding of latent task states. Overall, the findings underscore the importance of dmPFC and hippocampal interactions in decision-making processes influenced by reversal estimates and highlight the potential for targeted interventions to elucidate these neural dynamics further.