Nat Commun丨前額葉“吊燈細胞”如何識別重要信息？一項研究揭示大腦顯著性加工的新機制

在復雜多變的環境中，生物體必須不斷判斷“哪些信息值得關注”，并據此快速調整行為策略。這種對外界刺激重要性的評估過程被稱為顯著性（salience）加工，是學習形成和適應性行為的基礎。當顯著性加工出現異常時，個體可能會錯誤地高估或忽略環境中的關鍵信息，這一過程被認為與精神分裂癥、自閉癥等多種精神疾病中的認知、情緒及行為障礙密切相關。

大量研究表明，內側前額葉皮層（medial prefrontal cortex,mPFC）在刺激加工、信息篩選和關聯學習中發揮核心作用。然而，在細胞與環路層面，究竟是哪些特定神經元負責檢測刺激顯著性？這些神經元又如何在學習過程中調控行為輸出？長期以來仍缺乏直接證據。

近日，上海交通大學醫學院基礎醫學院/松江研究院呂江騰團隊聯合復旦大學腦科學研究院邰一琳團隊，在Nature Communications 發表研究論文 Prefrontal chandelier cells encode stimulus salience to influence learning in male mice，系統揭示了前額葉皮層顯著性加工的關鍵神經元機制。

該研究聚焦于 mPFC 中一類特殊的抑制性中間神經元——吊燈細胞（chandelier cells, ChCs）。與多數抑制性神經元作用于樹突或胞體不同，吊燈細胞選擇性支配錐體神經元的軸突起始段（axon initial segment, AIS），這是動作電位產生的關鍵部位。研究發現，吊燈細胞并非簡單抑制神經活動，而是作為顯著性信息的關鍵編碼單元，參與調控聯合學習的形成。

研究人員利用遺傳學和病毒工具，特異性標記并記錄了自由活動小鼠 mPFC 中吊燈細胞的鈣信號活動。結果顯示，吊燈細胞可被多種感覺刺激顯著激活，包括聲音、水獎勵和電擊等。值得注意的是，這種反應不依賴刺激的情緒效價：無論是正性、負性還是中性刺激，吊燈細胞均表現出穩定激活。相比之下，其他抑制性中間神經元（如 PV 或 SST 細胞）則呈現明顯的效價依賴性反應。這一結果提示，吊燈細胞并不編碼“好”或“壞”，而更可能參與判斷刺激“是否重要”。

進一步研究顯示吊燈細胞對“新奇刺激”高度敏感。顯著性的一個核心特征是新奇性。在頭固定條件下重復呈現同一刺激時，吊燈細胞在刺激首次出現時產生強烈反應，而隨著刺激反復出現，其活動迅速減弱，表現出明顯的習慣化。這一過程在不同感覺模態和不同效價刺激中均一致出現。值得強調的是，這種新奇性相關的適應反應在其他抑制性中間神經元中并未觀察到，進一步凸顯了吊燈細胞在顯著性檢測中的獨特作用。

顯著性不僅來自“新不新”，也來自“強不強”。研究發現，在刺激強度不斷變化的環境中，吊燈細胞的編碼策略會發生轉變。在早期階段，吊燈細胞主要對刺激新奇性做出反應，而不區分強度；但在經歷大量、隨機變化的刺激后，吊燈細胞逐漸開始根據刺激強度調節自身活動。例如，在水獎勵任務中，吊燈細胞在后期對大體積獎勵表現出更強的鈣信號反應。這一結果表明，吊燈細胞的強度顯著性編碼是經驗依賴且可塑的。

顯著性加工并非由前額葉皮層單獨完成。研究進一步解析了吊燈細胞的上游環路，發現前島葉皮層（anterior insula, AI）和丘腦室旁核（paraventricular thalamus, PVT）作為顯著性網絡的重要節點，通過差異化突觸輸入協同調控吊燈細胞活動。抑制 AI 或 PVT 及其至前額葉的投射，會顯著削弱吊燈細胞對新奇刺激的適應反應，并破壞其對刺激強度的編碼能力。

顯著性不僅是先天屬性，也可以通過學習獲得。研究人員采用痕跡恐懼條件化任務（trace fear conditioning），考察吊燈細胞在聯合學習中的作用。在學習前，一個已變得熟悉的聲音刺激幾乎不再激活吊燈細胞；但當該聲音與電擊建立預測關系后，吊燈細胞對這一條件刺激的反應重新增強。同時，對無條件刺激的反應也隨學習而被維持。當研究人員抑制島葉或丘腦到前額葉的投射時，這種學習相關的吊燈細胞反應增強不再出現，動物的學習效果也顯著下降。

最后，研究團隊直接操控吊燈細胞的活動水平，檢驗其在學習中的因果作用。結果顯示：直接使用光遺傳手段抑制吊燈細胞活動會削弱學習效果；有趣的是，當使用化學遺傳學手段長時程調控吊燈細胞的基礎活性時，會雙向調控其顯著性檢測能力并進一步促進或抑制學習。這種雙向調控明確證明，吊燈細胞介導的顯著性加工本身，是影響聯合學習效率的關鍵因素。

這項研究首次從細胞和環路層面揭示了內側前額葉皮層的吊燈細胞是顯著性加工的重要執行單元，它們整合來自島葉皮層和丘腦的輸入，動態編碼刺激的新奇性、強度和學習獲得的意義，并通過這一機制影響學習和行為。這些發現不僅拓展了我們對前額葉功能的理解，也為精神分裂癥、自閉癥等顯著性加工障礙相關疾病提供了潛在的細胞學解釋和干預靶點。

上海交通大學醫學院博士生張凱、實驗師邵孟孟、博士生孔慶丹為本文的共同第一作者。上海交通大學醫學院基礎醫學院/松江研究院呂江騰研究員和復旦大學腦科學研究院邰一琳研究員為本文的共同通訊作者。

原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-68959-3

制版人： 十一

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