Nature：你的大腦怎么判斷“這事兒值不值得”？波爾多大學(xué)團隊揭示前額葉神經(jīng)表征引導(dǎo)動機行為機制

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

基于此，2026年1月7日，波爾多大學(xué)Daniel Jercog研究團隊在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)對習(xí)得性線索的表征結(jié)構(gòu)引導(dǎo)動機行為。

在此，作者利用鈣成像技術(shù)，在自由活動的雄性小鼠中記錄了dmPFC單個神經(jīng)元群體的活動，同時讓小鼠區(qū)分預(yù)測不同獎賞或懲罰結(jié)果的刺激。這一范式前所未有地實現(xiàn)了對顯著性、效價和價值信息的分離。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（獎賞）和回避性（懲罰）價值，而不同的亞群則沿著相互正交的信息軸分別編碼效價和顯著性。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)對刺激的價值、顯著性和效價進行并發(fā)且多維度的群體編碼。dmPFC神經(jīng)表征的幾何結(jié)構(gòu)動態(tài)地塑造了趨近性和回避性動機行為。

圖一 用于評估顯著性、效價和價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（比如“有大獎”和“有大危險”），作者設(shè)計了一個巧妙的行為任務(wù)：讓小鼠聽到不同聲音，分別預(yù)示獎勵、輕微電擊或強烈電擊。關(guān)鍵在于，小鼠對“大獎”和“強電擊”的反應(yīng)強度差不多，都會快速穿梭到另一側(cè)，說明這兩個刺激同樣重要（高顯著性），但一個讓人靠近，一個讓人躲開（效價相反）。

研究發(fā)現(xiàn)，小鼠能清楚區(qū)分它們：聽到獎勵信號后會去舔水口，而聽到電擊信號則不會。而且，抑制dmPFC小鼠就分不清這些信號了，說明dmPFC對判斷刺激意義至關(guān)重要。

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這個任務(wù)成功分離了動機行為中的三個關(guān)鍵維度：顯著性（有多重要）、效價（是好是壞）和價值（具體多好或多壞）。

圖二 dmPFC神經(jīng)群體活動符合價值編碼模式

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，發(fā)現(xiàn)：不同預(yù)測結(jié)果的線索（獎勵、弱懲罰、強懲罰）。雖然單個神經(jīng)元反應(yīng)多樣，但群體活動能清晰區(qū)分每種線索且這種區(qū)分并非由聲音本身或動作驅(qū)動，而是由線索所關(guān)聯(lián)的結(jié)果價值決定。

關(guān)鍵證據(jù)來自“獎賞貶值”和“厭惡再賦值”實驗：當(dāng)獎勵變得不那么誘人時，大腦對獎勵線索的表征變得模糊；當(dāng)弱懲罰升級為強懲罰時，其神經(jīng)表征也隨之“升級”變得更像強懲罰信號。在消退學(xué)習(xí)中，當(dāng)某個線索不再預(yù)示結(jié)果，它的神經(jīng)活動也逐漸“回歸空白”。

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

圖三 dmPFC并行編碼顯著性、效價與價值

在識別出 dmPFC 中存在分別參與顯著性和效價編碼的部分重疊神經(jīng)元亞群后，作者進一步探究了顯著性、效價和價值這三個動機維度如何在該腦區(qū)共同組織。由于“價值”涉及對刺激行為意義的綜合評估，難以用簡單的二元分類捕捉，研究者改用多變量回歸方法：以刺激誘發(fā)的運動速度變化量化顯著性，以動物的穿梭反應(yīng)概率衡量價值并用邏輯回歸解碼具有明確正負屬性的效價。

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

此外，單個神經(jīng)元對這三個維度的貢獻呈現(xiàn)混合模式：有的特異編碼某一維度，有的則同時參與多個維度。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，并行處理多種動機信息，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)元同時編碼獎賞與威脅線索的多維信息（如顯著性、效價、預(yù)測性），形成一種靈活的“關(guān)聯(lián)地圖”。這種多維表征機制使大腦能根據(jù)環(huán)境線索動態(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制。

文章來源

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

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