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基本信息

Title:Ventrolateral prefrontal cortex in macaques guides decisions in different learning conditions

發(fā)表時間:2026-06-04

發(fā)表期刊:Nature Communications

影響因子:15.7

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研究背景

在充滿不確定性的世界里，我們?nèi)绾巫龀鲎顑?yōu)決策？比如在熟悉的城市通勤和在陌生的城市摸索，大腦調(diào)用的策略顯然不同。能夠根據(jù)環(huán)境條件靈活調(diào)整行為，是人類和動物生存的關(guān)鍵。

腹外側(cè)前額葉皮層(vlPFC)已知在概率性學(xué)習(xí)和決策中扮演關(guān)鍵角色。然而，它究竟是如何區(qū)分“學(xué)習(xí)新規(guī)則”和“利用舊經(jīng)驗”的，目前仍不清楚。此外，vlPFC 并非孤立工作，它在不同學(xué)習(xí)條件下如何與其他腦區(qū)協(xié)同，以及多巴胺系統(tǒng)如何參與調(diào)控，都是認知神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域亟待解決的空白。

這項近期發(fā)表在 Nature Communications 上的研究，通過讓獼猴在核磁共振掃描儀中完成概率性強化學(xué)習(xí)任務(wù)，結(jié)合全腦功能成像與藥理學(xué)干預(yù)，揭示了 vlPFC 及其相關(guān)環(huán)路在不同學(xué)習(xí)條件下的獨特分工。

研究核心總結(jié)

一、面對新舊環(huán)境，大腦靈活切換“贏留輸變”策略

獼猴需要在兩張圖片中做選擇以獲得概率性果汁獎勵。任務(wù)分為需要學(xué)習(xí)新關(guān)聯(lián)的“新環(huán)境”和利用已有記憶的“熟悉環(huán)境”。研究發(fā)現(xiàn)，獼猴會根據(jù)環(huán)境靈活調(diào)整“贏則留，輸則變(win-stay/lose-shift, WSLS)”策略。在熟悉環(huán)境中，它們頻繁使用 WSLS；而在新環(huán)境中，WSLS 的使用率隨著學(xué)習(xí)的深入逐漸攀升，且與最終的正確率高度相關(guān)。

Fig 1. 獼猴在概率性學(xué)習(xí)任務(wù)中的行為表現(xiàn)，顯示其在新舊環(huán)境下對“贏留輸變”策略的靈活運用。

全腦 fMRI 數(shù)據(jù)顯示，無論在新環(huán)境還是熟悉環(huán)境中，vlPFC 都會對獎勵結(jié)果產(chǎn)生強烈的響應(yīng)。然而，只有在需要學(xué)習(xí)的新環(huán)境中，vlPFC 的活動才與獼猴下一步的決策策略緊密掛鉤。這表明 vlPFC 并非單純的獎勵感受器，而是主動參與了新規(guī)則學(xué)習(xí)階段的策略構(gòu)建。

Fig 2. 全腦功能成像揭示 vlPFC 共同編碼了學(xué)習(xí)條件與獎勵結(jié)果。

Fig 3. vlPFC 的神經(jīng)信號特異性地在新環(huán)境學(xué)習(xí)中編碼了獼猴的后續(xù)行為策略。

vlPFC 是如何將策略轉(zhuǎn)化為具體行動的？研究者發(fā)現(xiàn)了兩條關(guān)鍵的下游環(huán)路。第一條是 vlPFC 與前扣帶回皮層(ACC)的連接，當(dāng)獼猴在新環(huán)境中遭遇未中獎并決定改變選擇時，這條通路的連接顯著增強。第二條是 vlPFC 與丘腦背內(nèi)側(cè)核(MD)的連接，它在獼猴決定保留上一次選擇時最為活躍，且不依賴于上一輪是否獲獎。

Fig 4. vlPFC-ACC 功能連接在新環(huán)境學(xué)習(xí)中特異性地編碼了“贏留輸變”策略。

Fig 5. vlPFC-MD 功能連接與獼猴在學(xué)習(xí)中決定“保留當(dāng)前選擇”的行為緊密相關(guān)。

既然 vlPFC 如此重要，什么神經(jīng)遞質(zhì)在背后驅(qū)動它？通過系統(tǒng)性注射多巴胺受體拮抗劑，研究者發(fā)現(xiàn)，阻斷多巴胺 D2 受體(而非 D1 受體)會特異性地增加獼猴在新環(huán)境中的 WSLS 策略使用率。同時，靜息態(tài) fMRI 顯示，D2 受體拮抗劑顯著增強了 vlPFC 的局部神經(jīng)活動。這證實了多巴胺 D2 受體在調(diào)控 vlPFC 介導(dǎo)的學(xué)習(xí)策略中扮演著不可或缺的角色。

Fig 6. 阻斷多巴胺 D2 受體不僅促進了新環(huán)境下的適應(yīng)性行為策略，還增強了靜息態(tài)下 vlPFC 的神經(jīng)活動。

研究意義

這項研究不僅精細拆解了 vlPFC 在概率性學(xué)習(xí)中的雙重角色，更重要的是，它描繪出了一幅從神經(jīng)遞質(zhì)到局部腦區(qū)，再到大尺度腦網(wǎng)絡(luò)的完整決策控制圖景。

許多精神疾病(如賭博障礙、精神分裂癥)的核心癥狀正是認知靈活性受損、無法根據(jù)環(huán)境反饋調(diào)整策略。本研究發(fā)現(xiàn)的 vlPFC-MD 環(huán)路及 D2 受體機制，為理解這些疾病中出現(xiàn)的妄想信念和僵化決策提供了全新的神經(jīng)生物學(xué)解釋框架。

分享人：飯鴿兒

審核：PsyBrain 腦心前沿編輯部

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