《Cell》突破认知边界：腹内侧前额叶皮层构建价值导向选择认知地图

时间：2025年4月22日

来源：Cell

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在经济决策中，前额叶皮层（PFC）虽关键，但如何借助价值表征促成灵活决策尚不明确。研究人员以恒河猴为对象，围绕腹内侧前额叶皮层（vmPFC）展开研究，发现其能构建价值空间认知地图，该成果为理解 PFC 经济决策机制提供新视角。

在大脑的决策机制研究领域，前额叶皮层（Prefrontal Cortex，PFC）一直是科学家们关注的焦点。它在经济决策中扮演着至关重要的角色，然而，一个长期困扰学界的问题是，PFC 的价值表征究竟是如何助力灵活决策的呢？以往的研究虽然在相对简单和过度学习的决策情境中取得了一定进展，揭示了价值以共同货币格式表征的理论，但在现实生活里，人类和动物常常面临新颖的选择，需要依据过往经验推断或构建价值，这种情况下，传统理论就显得力不从心了。

为了攻克这一难题，来自英国牛津大学、伦敦大学学院等机构的研究人员展开了一项极具创新性的研究。他们另辟蹊径，将经济决策过程重新定义为在价值选择认知地图中的导航过程，试图从全新的角度揭示决策的神经机制。最终，他们取得了令人瞩目的成果，相关论文发表在顶尖学术期刊《Cell》上。

研究人员在实验中采用了多种关键技术方法。首先是电生理记录技术，对两只雄性恒河猴（Macaca mulatta）在决策过程中的神经元活动进行记录，涉及多个脑区，包括前扣带回皮层（Anterior Cingulate Cortex，ACC）、背外侧前额叶皮层（Dorsolateral Prefrontal Cortex，dlPFC）、眶额叶皮层（Orbitofrontal Cortex，OFC）和腹内侧前额叶皮层（Ventromedial Prefrontal Cortex，vmPFC）。其次，运用了 hexadirectional 分析等方法，用于寻找神经元活动中类似网格编码的证据，以此探究认知地图的存在。

在研究结果方面：

行为与价值编码：研究人员让恒河猴在两个选项间做决策，选项由奖励大小和概率相关的线索构成。实验发现，ACC、dlPFC 和 OFC 中的神经元能显著编码所选价值，但 vmPFC 神经元在决策前 300 毫秒内却几乎没有表现出这种编码，这与以往 fMRI 研究结果存在差异。
vmPFC 中的价值空间认知地图：尽管 vmPFC 神经元未表现出典型价值编码，但研究人员推测其存在类似地图的表征。通过对 vmPFC 局部场电位（Local Field Potential，LFP）theta 频率的分析，发现在决策前 300 毫秒，恒河猴确实在 vmPFC 中构建了价值空间的认知地图，且以网格样编码表示，这一结果在两个独立数据集上得到验证。
网格方向的稳定性与重对齐：研究人员进一步发现，网格方向在刺激集内保持稳定，但在不同刺激集之间会重新对齐，这与空间认知中网格细胞的特性相似，暗示了非空间泛化的类似机制。
vmPFC 神经元的网格样编码及其 theta 相位依赖性：vmPFC 神经元存在 theta 调制，在 theta 相位波谷处放电最多。通过特定分析，研究人员发现 vmPFC 神经元在 theta 相位波谷时存在网格样编码，且该编码与所选价值编码位于不同 theta 周期，表明认知地图构建和导航角度计算先于所选价值的表征。
vmPFC 中的尖波涟漪（Sharp-Wave Ripples，SWRs）及其与决策的关系：研究人员在 vmPFC 中检测到 SWRs，其频率在决策前后及反馈时较高，且与行为表现相关，如选择准确性。此外，奖励后 SWRs 频率增加，这表明其可能参与价值学习和决策过程。

在结论与讨论部分，研究人员通过一系列实验，揭示了 vmPFC 在价值导向决策中的重要作用。vmPFC 利用认知地图相关计算来组织和比较价值，这为 PFC 的经济决策提供了一种全新的架构。这一发现意味着，选择过程并非仅仅基于选项间的简单比较，而是涉及在 vmPFC 中构建与选择维度相关的认知地图，并在决策时加以运用。同时，研究中也存在一些局限性，例如未能直接证明 vmPFC 中存在网格细胞，以及 vmPFC 神经元价值相关信号较弱等问题。不过，这些局限性也为后续研究指明了方向。总体而言，该研究成果为深入理解大脑的经济决策机制开辟了新的道路，推动了相关领域的研究进展。