Nature：你的大腦怎么判斷“這事兒值不值得”？波爾多大學(xué)團(tuán)隊(duì)揭示前額葉神經(jīng)表征引導(dǎo)動(dòng)機(jī)行為機(jī)制

大腦如何判斷一個(gè)信號(hào)是“好事”還是“危險(xiǎn)”并決定靠近還是躲開？背內(nèi)側(cè)前額葉皮層（dmPFC）就像一個(gè)“決策中心”，能同時(shí)讀取刺激的突出程度、好壞和價(jià)值。

基于此，2026年1月7日，波爾多大學(xué)Daniel Jercog研究團(tuán)隊(duì)在Nature雜志發(fā)表了“Prefrontal neural geometry of learned cues guides motivated behaviours”揭示了前額葉神經(jīng)對(duì)習(xí)得性線索的表征結(jié)構(gòu)引導(dǎo)動(dòng)機(jī)行為。

在此，作者利用鈣成像技術(shù)，在自由活動(dòng)的雄性小鼠中記錄了dmPFC單個(gè)神經(jīng)元群體的活動(dòng)，同時(shí)讓小鼠區(qū)分預(yù)測(cè)不同獎(jiǎng)賞或懲罰結(jié)果的刺激。這一范式前所未有地實(shí)現(xiàn)了對(duì)顯著性、效價(jià)和價(jià)值信息的分離。發(fā)現(xiàn)dmPFC神經(jīng)元群體主要編碼習(xí)得性刺激的趨近性（獎(jiǎng)賞）和回避性（懲罰）價(jià)值，而不同的亞群則沿著相互正交的信息軸分別編碼效價(jià)和顯著性。這些結(jié)果揭示了在關(guān)聯(lián)學(xué)習(xí)過程中，dmPFC神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)刺激的價(jià)值、顯著性和效價(jià)進(jìn)行并發(fā)且多維度的群體編碼。dmPFC神經(jīng)表征的幾何結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)地塑造了趨近性和回避性動(dòng)機(jī)行為。

圖一 用于評(píng)估顯著性、效價(jià)和價(jià)值編碼的行為框架與任務(wù)

為了弄清大腦如何區(qū)分“重要但不同性質(zhì)”的信號(hào)（比如“有大獎(jiǎng)”和“有大危險(xiǎn)”），作者設(shè)計(jì)了一個(gè)巧妙的行為任務(wù)：讓小鼠聽到不同聲音，分別預(yù)示獎(jiǎng)勵(lì)、輕微電擊或強(qiáng)烈電擊。關(guān)鍵在于，小鼠對(duì)“大獎(jiǎng)”和“強(qiáng)電擊”的反應(yīng)強(qiáng)度差不多，都會(huì)快速穿梭到另一側(cè)，說明這兩個(gè)刺激同樣重要（高顯著性），但一個(gè)讓人靠近，一個(gè)讓人躲開（效價(jià)相反）。

研究發(fā)現(xiàn)，小鼠能清楚區(qū)分它們：聽到獎(jiǎng)勵(lì)信號(hào)后會(huì)去舔水口，而聽到電擊信號(hào)則不會(huì)。而且，抑制dmPFC小鼠就分不清這些信號(hào)了，說明dmPFC對(duì)判斷刺激意義至關(guān)重要。

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這個(gè)任務(wù)成功分離了動(dòng)機(jī)行為中的三個(gè)關(guān)鍵維度：顯著性（有多重要）、效價(jià)（是好是壞）和價(jià)值（具體多好或多壞）。

圖二 dmPFC神經(jīng)群體活動(dòng)符合價(jià)值編碼模式

作者通過鈣成像記錄小鼠dmPFC在趨近-回避任務(wù)中的神經(jīng)活動(dòng)，發(fā)現(xiàn)：不同預(yù)測(cè)結(jié)果的線索（獎(jiǎng)勵(lì)、弱懲罰、強(qiáng)懲罰）。雖然單個(gè)神經(jīng)元反應(yīng)多樣，但群體活動(dòng)能清晰區(qū)分每種線索且這種區(qū)分并非由聲音本身或動(dòng)作驅(qū)動(dòng)，而是由線索所關(guān)聯(lián)的結(jié)果價(jià)值決定。

關(guān)鍵證據(jù)來自“獎(jiǎng)賞貶值”和“厭惡再賦值”實(shí)驗(yàn)：當(dāng)獎(jiǎng)勵(lì)變得不那么誘人時(shí)，大腦對(duì)獎(jiǎng)勵(lì)線索的表征變得模糊；當(dāng)弱懲罰升級(jí)為強(qiáng)懲罰時(shí)，其神經(jīng)表征也隨之“升級(jí)”變得更像強(qiáng)懲罰信號(hào)。在消退學(xué)習(xí)中，當(dāng)某個(gè)線索不再預(yù)示結(jié)果，它的神經(jīng)活動(dòng)也逐漸“回歸空白”。

這些結(jié)果表明：dmPFC并不單獨(dú)編碼“重要性”或“好壞”，而是以群體活動(dòng)整體反映刺激的預(yù)期價(jià)值。

圖三 dmPFC并行編碼顯著性、效價(jià)與價(jià)值

在識(shí)別出 dmPFC 中存在分別參與顯著性和效價(jià)編碼的部分重疊神經(jīng)元亞群后，作者進(jìn)一步探究了顯著性、效價(jià)和價(jià)值這三個(gè)動(dòng)機(jī)維度如何在該腦區(qū)共同組織。由于“價(jià)值”涉及對(duì)刺激行為意義的綜合評(píng)估，難以用簡(jiǎn)單的二元分類捕捉，研究者改用多變量回歸方法：以刺激誘發(fā)的運(yùn)動(dòng)速度變化量化顯著性，以動(dòng)物的穿梭反應(yīng)概率衡量?jī)r(jià)值并用邏輯回歸解碼具有明確正負(fù)屬性的效價(jià)。

結(jié)果表明，從刺激出現(xiàn)起，dmPFC 的群體神經(jīng)活動(dòng)就能同時(shí)可靠地解碼這三個(gè)維度。在表征結(jié)構(gòu)上，顯著性將強(qiáng)趨近與強(qiáng)厭惡刺激聚在一起（因二者都突出），而價(jià)值則將它們按行為意義梯度分開；效價(jià)則清晰區(qū)分正負(fù)類別。將各維度的解碼權(quán)重投影到共享的神經(jīng)活動(dòng)主成分空間后，發(fā)現(xiàn)三者彼此接近正交，說明它們由相對(duì)獨(dú)立的神經(jīng)子空間支持。

此外，單個(gè)神經(jīng)元對(duì)這三個(gè)維度的貢獻(xiàn)呈現(xiàn)混合模式：有的特異編碼某一維度，有的則同時(shí)參與多個(gè)維度。這表明 dmPFC 通過靈活組合特異性和多路復(fù)用的神經(jīng)編碼策略，并行處理多種動(dòng)機(jī)信息，從而支持復(fù)雜的行為決策。

總結(jié)

本研究發(fā)現(xiàn)，dmPFC通過同一群神經(jīng)元同時(shí)編碼獎(jiǎng)賞與威脅線索的多維信息（如顯著性、效價(jià)、預(yù)測(cè)性），形成一種靈活的“關(guān)聯(lián)地圖”。這種多維表征機(jī)制使大腦能根據(jù)環(huán)境線索動(dòng)態(tài)調(diào)整趨近或回避行為。該發(fā)現(xiàn)為理解焦慮、抑郁、PTSD等精神疾病中關(guān)聯(lián)學(xué)習(xí)缺陷（如過度恐懼或快感缺失）提供了神經(jīng)環(huán)路基礎(chǔ)，提示dmPFC的整合功能失調(diào)可能是多種精神障礙的共同機(jī)制。

文章來源

https://doi.org/10.1038/s41586-025-09902-2

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