A hallmark of prefrontal cortex (PFC) is flexible representation of task-relevant variables. To investigate roles of different interneuron subtypes in this process, we examined discharge characteristics and inactivation effects of parvalbumin (PV)- and somatostatin (SOM)-expressing neurons in mouse PFC during probabilistic classical conditioning. We found activity patterns and inactivation effects differ between PV and SOM neurons. SOM neurons conveyed cue-associated quantitative value signals until trial outcome, while PV neurons maintained valence signals even after trial outcome. Also, PV, but not SOM, neurons showed homogeneous bidirectional responses to reward and punishment, and PV, but not SOM, neuronal inactivation affected outcome responses and activity reversal of pyramidal neurons. Modeling suggests bidirectional outcome responses of PV neurons as an efficient mechanism for controlling synaptic plasticity for rapid cue-outcome contingency learning. Our results suggest primary roles of PFC SOM neurons in maintaining value information as working memory and PV neurons in rapid value updating.
전전두피질은 외부감각 정보를 상황에 따라 유연하게 표상한다는 특징을 갖고 있다. 서로 다른 종류의 억제성 신경세포가 이러한 과정에서 어떠한 역할을 하는지 밝히기 위하여, 본 연구에서 마우스 전전두피질 내 파브알부민 및 소마토스타틴 양성 억제성 신경세포의 활성을 측정하고 억제 효과를 확인하였다. 이를 통해 파브알부민 억제성 신경세포와 소마토스타틴 억제성 신경세포의 활성 패턴과 억제 효과가 다르다는 것을 밝혔다. 소마토스타틴 상이신경세포는 감각 신호에 의해 예측되는 정량적인 가치 정보를 시행 결과가 주어지기 전까지 전달하는 반면, 파브알부민 억제성 신경세포는 좋고 나쁨에 대한 정보만을 시행 결과 이후에도 계속적으로 표상하였다. 또한, 소마토스타틴 상이신경세포와 달리 파브알부민 억제성 신경세포는 보상과 처벌에 대해 양방향적인 반응을 보였으며, 파브알부민 억제성 신경세포의 억제는 주변 피라미드 신경세포의 시행 결과에 대한 반응 및 활성 역전에 영향을 미쳤다. 신경망 모델링 결과 파브알부민 억제성 신경세포가 시행 결과에 양방향적으로 반응하는 특성이 시냅스 가소성을 효과적으로 조절하여 빠른 조건화 학습을 유도할 수 있음을 규명하였다. 이러한 결과들을 통해, 전전두피질 내 소마토스타틴 양성세포는 기대되는 가치 정보를 작업기억으로 유지하는데 주요 역할을 하며, 파브알부민 억제성 신경세포는 변화된 가치 정보를 빠르게 학습하는 과정에서 주요 역할을 하고 있다고 생각된다.
