The prefrontal cortex (PFC) plays a crucial role in flexible control of behavior. To investigate contributions of different PFC cell types to behavioral flexibility, I focused on vasoactive intestinal peptide (VIP)-expressing neurons, known to exert a powerful disinhibitory influence on the cortical circuit, and two major types of pyramidal neurons, intratelencephalic (IT) and pyramidal tract (PT) projection neurons in the layer 5. I trained mice to perform a probabilistic reversal learning task under a classical conditioning paradigm, in which distinct odor cues were associated with either a drop of water (reward) or an air puff (punishment) each with $75%$ probability. Manipulating the activity of VIP or PT neurons, but not IT neurons, impaired reversal learning. All types of cells showed a diverse array of responses during classical conditioning, as well as heterogeneous dynamics during reversal. IT and PT neurons carried strong signals related to task state and expected outcome, respectively. VIP neurons detected the onset of reversal and conveyed strong signals related to reward prediction error during behavioral reversal, but not before or after. Moreover, this signal’s persistence across trials correlated with the reversal learning speed. Overall, these results suggest the VIP neuronal role in detecting significant deviations from ongoing environmental contingency and imposing error-correction signals, while the PT neuronal role in transmitting expected outcome signals to subcortical brain regions, facilitating rapid behavioral adjustments. This work provides novel perspectives on prefrontal cortical neural processes underlying flexible behavioral control.
전전두피질은 행동 유연성 조절에서 중요한 역할을 담당하고 있다. 전전두피질을 이루는 다양한 신경세포 유형들의 기능을 연구하기 위해, 본 연구에서는 탈억제를 통해 피질에 강한 영향을 미치는 혈관활성장펩티드 발현 신경세포와 피질 투사 신경세포의 두 가지 주요 유형인 말내뇌 및 추체경로 신경세포를 대상으로 연구하였다. 물 또는 공기 분무와 $75%$의 확률로 연관된 냄새를 제시하는 고전적 조건화 상황에서 확률적 역전 학습 과제를 배운 마우스에서 혈관활성장펩티드 신경세포나 추체경로 신경세포의 활성을 조작하면 역전 학습이 느려졌다. 모든 유형의 세포들은 고전적 조건화와 역전 학습 동안 다양한 활성 변화를 보였다. 특히 말뇌내 신경세포와 추체경로 신경세포는 각각 과제 상태와 예상 결과와 관련된 강력한 신호를 표상했다. 혈관활성장펩티드 신경세포는 역전의 시작을 감지하고 행동 역전 중에는 보상 예측 오류와 관련된 강력한 신호를 보였지만, 그 전이나 후에는 그렇지 않았다. 또한, 이 신호의 지속 정도는 역전 학습 속도와 상관관계를 보였다. 이러한 결과는 행동 조정을 촉진하는 데 있어서 현재 환경에서 발생하는 큰 편차를 감지하고 오류 수정 신호를 부과하는 혈관활성장펩티드 신경세포의 역할과 예상 결과 신호를 피질 하부 구조로 전달하는 추체경로 신경세포의 역할을 시사한다.
