Adaptive behaviour crucially depends on flexible decision-making, which in mammals relies on the frontal cortex, specifically the orbitofrontal cortex (OFC)1-9. How OFC encodes decision variables and instructs sensory areas to guide adaptive behaviour are key open questions. Here we developed a reversal learning task for head-fixed mice, monitored the activity of neurons of the lateral OFC using two-photon calcium imaging and investigated how OFC dynamically interacts with primary somatosensory cortex (S1). Mice learned to discriminate 'go' from 'no-go' tactile stimuli10,11 and adapt their behaviour upon reversal of stimulus-reward contingency ('rule switch'). Imaging individual neurons longitudinally across all behavioural phases revealed a distinct engagement of S1 and lateral OFC, with S1 neural activity reflecting initial task learning, whereas lateral OFC neurons responded saliently and transiently to the rule switch. We identified direct long-range projections from lateral OFC to S1 that can feed this activity back to S1 as value prediction error. This top-down signal updated sensory representations in S1 by functionally remapping responses in a subpopulation of neurons that was sensitive to reward history. Functional remapping crucially depended on top-down feedback as chemogenetic silencing of lateral OFC neurons disrupted reversal learning, as well as plasticity in S1. The dynamic interaction of lateral OFC with sensory cortex thus implements computations critical for value prediction that are history dependent and error based, providing plasticity essential for flexible decision-making.

中文翻译：

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外侧眶额叶皮层感觉皮层的价值引导重映射

适应性行为关键取决于灵活的决策，在哺乳动物中，这依赖于额叶皮层，特别是眶额皮层 (OFC)1-9。OFC 如何编码决策变量并指示感官区域来指导适应性行为是关键的开放性问题。在这里，我们为头部固定小鼠开发了一项逆转学习任务，使用双光子钙成像监测横向 OFC 神经元的活动，并研究了 OFC 如何与初级体感皮层 (S1) 动态相互作用。小鼠学会了区分“去”和“不去”的触觉刺激 10、11，并在刺激-奖励偶然性（“规则转换”）逆转时调整自己的行为。对所有行为阶段的单个神经元进行纵向成像揭示了 S1 和横向 OFC 的明显参与，S1 神经活动反映了初始任务学习，而横向 OFC 神经元对规则切换做出了显着且短暂的反应。我们确定了从横向 OFC 到 S1 的直接远程投影，可以将此活动作为值预测误差反馈给 S1。这种自上而下的信号通过功能性地重新映射对奖励历史敏感的神经元亚群中的响应，更新了 S1 中的感觉表征。功能重映射关键取决于自上而下的反馈，因为侧向 OFC 神经元的化学遗传沉默破坏了逆转学习，以及 S1 的可塑性。因此，横向 OFC 与感觉皮层的动态交互实现了对价值预测至关重要的计算，这些计算依赖于历史和基于错误，为灵活决策提供了必不可少的可塑性。而侧向 OFC 神经元对规则转换做出显着且短暂的反应。我们确定了从横向 OFC 到 S1 的直接远程投影，可以将此活动作为值预测误差反馈给 S1。这种自上而下的信号通过功能性地重新映射对奖励历史敏感的神经元亚群中的响应，更新了 S1 中的感觉表征。功能重映射关键取决于自上而下的反馈，因为侧向 OFC 神经元的化学遗传沉默破坏了逆转学习，以及 S1 的可塑性。因此，横向 OFC 与感觉皮层的动态交互实现了对价值预测至关重要的计算，这些计算依赖于历史和基于错误，为灵活决策提供了必不可少的可塑性。而侧向 OFC 神经元对规则转换做出显着且短暂的反应。我们确定了从横向 OFC 到 S1 的直接远程投影，可以将此活动作为值预测误差反馈给 S1。这种自上而下的信号通过功能性地重新映射对奖励历史敏感的神经元亚群中的响应，更新了 S1 中的感觉表征。功能重映射关键取决于自上而下的反馈，因为侧向 OFC 神经元的化学遗传沉默破坏了逆转学习，以及 S1 的可塑性。因此，横向 OFC 与感觉皮层的动态交互实现了对价值预测至关重要的计算，这些计算依赖于历史和基于错误，为灵活决策提供了必不可少的可塑性。我们确定了从横向 OFC 到 S1 的直接远程投影，可以将此活动作为值预测误差反馈给 S1。这种自上而下的信号通过功能性地重新映射对奖励历史敏感的神经元亚群中的响应，更新了 S1 中的感觉表征。功能重映射关键取决于自上而下的反馈，因为侧向 OFC 神经元的化学遗传沉默破坏了逆转学习，以及 S1 的可塑性。因此，横向 OFC 与感觉皮层的动态交互实现了对价值预测至关重要的计算，这些计算依赖于历史和基于错误，为灵活决策提供了必不可少的可塑性。我们确定了从横向 OFC 到 S1 的直接远程投影，可以将此活动作为值预测误差反馈给 S1。这种自上而下的信号通过功能性地重新映射对奖励历史敏感的神经元亚群中的响应，更新了 S1 中的感觉表征。功能重映射关键取决于自上而下的反馈，因为侧向 OFC 神经元的化学遗传沉默破坏了逆转学习，以及 S1 的可塑性。因此，横向 OFC 与感觉皮层的动态交互实现了对价值预测至关重要的计算，这些计算依赖于历史和基于错误，为灵活决策提供了必不可少的可塑性。这种自上而下的信号通过功能性地重新映射对奖励历史敏感的神经元亚群中的响应，更新了 S1 中的感觉表征。功能重映射关键取决于自上而下的反馈，因为侧向 OFC 神经元的化学遗传沉默破坏了逆转学习，以及 S1 的可塑性。因此，横向 OFC 与感觉皮层的动态交互实现了对价值预测至关重要的计算，这些计算依赖于历史和基于错误，为灵活决策提供了必不可少的可塑性。这种自上而下的信号通过功能性地重新映射对奖励历史敏感的神经元亚群中的响应，更新了 S1 中的感觉表征。功能重映射关键取决于自上而下的反馈，因为侧向 OFC 神经元的化学遗传沉默破坏了逆转学习，以及 S1 的可塑性。因此，横向 OFC 与感觉皮层的动态交互实现了对价值预测至关重要的计算，这些计算依赖于历史和基于错误，为灵活决策提供了必不可少的可塑性。