學習與記憶是通過獲取、儲存和更新外部信息來實現認知活動和自我提升的關鍵。學習與記憶作為大腦的高級認知活動，往往需要多個腦區協同參與才能實現。其中，海馬（hippocampus，HPC）和前額葉皮層（prefrontal cortex，PFC）之間神經元集群活動的協同和神經信息的交互，被認為在學習與記憶功能的實現中發揮了重要作用。

例如，Morici等研究發現，在對過去事件進行回憶的過程中，大鼠PFC和腹側HPC（ventral HPC，vHPC）之間的局部場電位（local field potentials，LFPs）信號同步性顯著增加。而PFC和HPC腦區之間功能連接的異常，可能是造成唐氏綜合征患者記憶功能障礙的神經機制之一。此外，Avigan等在大鼠十字迷宮任務的學習過程中，通過選擇性地抑制PFC或HPC中神經元的活性，發現HPC的雙側失活，嚴重損害了大鼠的空間學習和記憶功能，而雙側PFC的失活主要損害了大鼠的辨別學習能力，表明空間學習功能的實現與PFC和HPC之間的相互作用密切相關。雖然這些研究表明，HPC和PFC之間神經信息的傳遞和相互作用對于實現學習與記憶功能具有關鍵作用，但記憶相關任務學習前后，兩腦區之間的連接特性是否及如何變化，仍有待深入研究。

動態因果模型（dynamic causal modeling，DCM）是由Friston等提出的一種從有效連通性角度探索腦功能相關問題的方法，目前已經在神經科學領域得到了廣泛應用。與其它分析腦區間神經信息相互作用的方法相比，DCM模型能夠將外界環境（輸入刺激）、神經元集群的活動狀態，以及記錄所得神經電活動信號特征三者相聯立，更具有生物物理合理性。因此，本文擬應用符合神經生理學特性的DCM算法，探究大鼠學習前后執行記憶任務過程中vHPC和內側PFC（medial PFC，mPFC）之間的因果連接特性的變化。

綜上，本文應用在體微電極記錄技術，獲取了8只大鼠在T迷宮記憶任務學習前后執行該任務過程中vHPC和mPFC腦區的LFPs信號。隨后，基于DCM模型構建了兩腦區之間可能的連接模型，并應用貝葉斯算法進行了最優模型選擇。最后，基于最優調制模型，對比分析了大鼠在T迷宮記憶任務學習前后，正確與錯誤執行該任務時vHPC和mPFC之間連接強度的變化。通過開展上述研究，本文期望能夠從腦區間因果連接特性變化的角度探索腦區間神經信息交互處理的相關機制，為今后相關領域研究奠定理論和實踐基礎。

1材料與方法

實驗對象為8只成年雄性維斯塔爾（Wistar）大鼠，體重280～320 g，由北京華阜康生物科技股份有限公司提供。飼養期間，不限制大鼠對水和食物的獲取。任務訓練開始后，實驗動物可以獲得能夠維持其體重不低于正常體重85%的食物。本研究中的所有實驗流程與環節均嚴格遵循科研倫理規范，實驗獲河北工業大學生物醫學倫理委員會批準（審查編號：HEBUTaCUC2022062）。

1.1 T迷宮記憶任務及LFPs數據獲取

實驗開始前，需先將微電極植入大鼠mPFC和vHPC腦區。簡述如下：將麻醉中的大鼠頭部固定到立體定位儀上，并使其顱骨暴露。在非目標腦區上方的顱骨固定3～4顆螺釘作為固定和接地電極。隨后，去除mPFC（前囟前2.50～4.50 mm，旁開0.20～1.00 mm）和vHPC（前囟后4.60～6.00 mm，旁開4.40～5.40 mm）上方的顱骨及硬腦膜。最后，使用微推進器P_PAD LITE（Scientifica Inc.，美國）將鎳鉻合金電極ST35（Plexon Inc.，美國）推進至目標腦區對應深度（mPFC：2.50～3.50 mm，vHPC：7.00～8.00 mm）后，使用牙科水泥進行固定。手術結束后，待大鼠恢復5～7 d，開始進行T迷宮記憶任務學習并同步采集神經電生理信號。如圖1所示，T迷宮各臂寬15 cm，高20 cm，起始臂長70 cm，兩個目標臂的長度各為50 cm。T迷宮記憶任務主要包括自由選擇、延遲、交替選擇三個階段。在自由選擇階段，大鼠選擇任意目標臂均可獲得食物獎勵。隨后，經過起始點5～10 s的延遲等待后，大鼠進入交替選擇階段。在該階段，大鼠需選擇與前面自由選擇階段相異的目標臂，才可以再次得到食物獎勵，這被視為任務正確執行的標準。反之，視為錯誤執行任務。在大鼠執行任務的正確率連續2 d達到80%及以上之后，任務學習階段結束。

圖1 T迷宮記憶任務示意圖

在大鼠執行T迷宮記憶任務時應用神經電生理信號采集系統OmniPlex/128（Plexon Inc.，美國）同步記錄獲取大鼠vHPC和mPFC腦區的LFPs信號（采樣頻率1 000 Hz）。在應用DCM模型對LFPs信號進行分析之前，首先對其進行4～100 Hz的濾波以及陷波濾波，以消除50 Hz工頻干擾。

為探索學習前后大鼠在執行T迷宮記憶任務過程中，其vHPC和mPFC之間連接特性的變化，本文在后續研究中，對應任務學習前后狀態，分別選用了任務學習初始階段（開始任務訓練后第1～3天）和學習階段結束后（開始任務訓練后第8～12天），大鼠在執行任務過程中的LFPs數據進行DCM模型分析。其中，包括任務學習前：8只大鼠，共96次實驗；任務學習后：8只大鼠，共111次實驗。