Neural circuit mechanisms of counterfactual learning

Princeton University, Princeton NJ

Investigators

Linked publications, trials & patents

Abstract

Abstract  Counterfactual  learning  refers  to  the  ability  to  adapt  our  behavior  in  response  to  observations  or  inferences  about the outcomes of choices that we did not make. By allowing us to consider many possible actions and  their outcomes, even in the absence of direct experience, counterfactual thinking supports numerous essential  cognitive functions. Importantly, deficits in counterfactual thinking have been identified in many psychiatric and  neurological  diseases  including  depression,  drug  abuse  and  schizophrenia.  We  know  little  about  the  neural  circuitry  underlying  this  type  of  learning,  however.  Although  previous  work  has  implicated  the  orbitofrontal  cortex  (OFC)  in  the  ability  to  learn  from  counterfactual  information,  we  lack  a  detailed  understanding  of  its  causal  role  in  counterfactual  learning.  Additionally,  we  do  not  understand  how  OFC  neurons  interact  with  downstream  structures  to  support  this  behavior.  To  dissect  the  neural  circuit  mechanisms  of  counterfactual  learning, we propose to develop a novel counterfactual learning paradigm for mice using virtual reality. We will  then use optogenetic inactivation to determine the dynamics of OFC?s causal role in counterfactual learning.  We will also investigate how this region interacts with downstream areas to encode counterfactual information,  performing two­photon, cellular­resolution calcium imaging from populations of OFC neurons identified by their  projection­target.  We  will  then  optogenetically  stimulate  these  projection­specific  populations  to  test  their  involvement in counterfactual learning. By combining novel mouse behavioral paradigms, targeted inactivation  and  activation  of neural activity and large­scale single­neuron calcium imaging, this proposal aims to reveal the  neural circuit mechanisms of counterfactual learning. Identifying and characterizing neural circuits that underlie  this important cognitive function is not only vital for understanding how we learn in the real world, but may be  important  for  understanding  the  impaired  counterfactual  information  processing  that  is  a  marker  of  several  prevalent psychiatric diseases.