Contrary to the long-held belief that the prefrontal cortex (PFC) is critical for working memory and decision- making, recent findings suggest a negligible engagement of this area, especially in the context of olfactory delayed match-to-sample (DMS) tasks. This study reevaluates the neural substrates for working memory and decision- making by extending the focus beyond the PFC to the entire olfactory pathway. I delve into the possibility that early sensory cortices, in addition to traditional downstream areas like the hippocampus, might play a pivotal role in context-dependent sensory processing, influencing behavioral outcomes directly. Furthermore, this study addresses the intricate challenge of disentangling match/nonmatch signals from choice (action selection) signals in neural responses. Traditional task paradigms have often blurred these distinctions, leaving ambiguity in interpreting whether neural activities represent stimulus coding or choice. To answer these questions, our approach includes a comprehensive survey of neuronal activity across various brain regions using advanced recording techniques (Neuropixels) to encompass a wide array of areas efficiently and unique analytical technique. To effectively collect neuronal data across various brain regions from well-trained mice in a time-efficient manner, reducing training time should be prioritized. To achieve this, I first developed an automated side bias correction system in an olfactory DMS task, where the lickport positions and the ratio of left- and right-rewarded trials are dynamically adjusted to counterbalance mouse’s biased licking responses during training. This algorithm successfully reduced the training period for the DMS task to one-third of that reported in the previous study conducted under similar experimental settings. The comprehensive survey of neuronal activity reveals that in well-trained mice, early sensory areas such as the Anterior Olfactory Nucleus (AON) show significant involvement in memory retention and decision-making processes. This involvement contrasts with the minimal representation observed in traditionally acknowledged PFC sub-regions (prelimbic, infralimbic, orbito-frontal cortex). Notably, the correlation between working memory representation in upstream areas like the AON and CA1 with behavioral performance challenges the conventional view of higher-order cortical areas as the primary sites of working memory and decision-making. Our results suggest a paradigm shift, advocating for a new perspective where sensory areas are integrally involved in sensory encoding, working memory, match/nonmatch, and choice, thus challenging the traditional hierarchical model of neural processing in perceptual decision making.
전통적으로 전두엽 피질(PFC)이 작업 기억과 의사결정에 중요하다고 여겨졌지만, 최근 연구들은 특히 지연된 후각 표본 일치 (DMS) 과제에서 이 영역의 관여가 거의 없다는 것을 제시했다. 이 연구는 작업 기억과 의사결정을 위한 신경 기질을 재평가하며, PFC를 넘어 전체 후각 정보 처리 경로에 초점을 맞추고 있다. 초기 감각 피질이, 전통적인 하류 영역인 해마보다 맥락 의존적 감각 처리에서 중요한 역할을 할 수 있고, 이가 행동 결과에 직접적인 영향을 미칠 수 있다는 가능성을 탐구하였다. 또한, 이 연구는 신경 반응에서 일치/불일치 신호와 행동 선택 신호를 구분하는 복잡한 문제를 다루고 있다. 전통적인 작업 패러다임은 이러한 구별이 매우 어려워, 신경 활동이 자극 코딩을 나타내는지, 아니면 행동 선택을 나타내는지 해석하는 데 모호함을 남겼다. 이 질문에 답하기 위해, 본 연구의 접근 방식은 뉴로픽셀(Neuropixels)과 같은 고급 레코딩 기술을 사용하여 다양한 뇌 영역에 걸친 신경 활동의 포괄적 조사와 독특한 분석 기법을 포함한다. 시간적인 측면에서 효율적으로 다양한 뇌 영역에서 신경 데이터를 수집하기 위해, 훈련 시간을 단축하는 것이 우선되어야 한다. 이를 위해, 본 연구는 지연된 후각 DMS 과제에서 보상포트 위치와 좌우 보상 시행 비율을 동적으로 조정하여 훈련 중 쥐의 편향된 핥기 반응을 균형 잡는 자동 측면 편향 교정 시스템을 개발하였다. 이 알고리즘은 동일한 실험 설정 하에 진행된 이전 연구에 비해 DMS 작업의 훈련 기간을 $1/3$로 성공적으로 줄였다. 신경 활동의 포괄적 측정은 훈련이 잘된 쥐에서 초기 감각 영역, 특히 전방 후각 핵(AON)이 작업 기억 유지와 의사결정 과정에서 상당한 관여를 보임을 밝혔다. 이는 전통적으로 인정되는 PFC 하위 영역(전측, 하측, 안와전두 피질)에서 관찰된 미미한 표상과 대조된다. 특히 AON 및 CA1과 같은 상류 영역에서의 작업 기억 표상과 행동 퍼포먼스 간의 상관관계는 고차 피질 영역이 작업 기억 및 의사결정의 주요 영역으로 여겨지는 전통적인 관점에 도전한다. 본 연구의 결과는 패러다임 전환을 제안하며, 감각 영역이 감각정보 획득, 작업 기억, 의사결정에 통합적으로 관여한다는 새로운 관점을 제시하며, 지각적 의사결정에서의 신경 처리의 전통적인 계층적 모델에 도전한다.
