Medial Prefrontal and Orbitofrontal neural-ensemble interactions reflect decision updates differently upon surprises versus uncertainty
这项研究表明，虽然内侧前额叶皮层（mPFC）和眶额皮层（OFC）的神经集群在高度确定性期间通过协同作用来稳定决策，但腹外侧眶额皮层（vlOFC）专门监测损失以驱动策略更新，且 mPFC 与 vlOFC 相互作用的时机与主导地位决定了负面结果是被视为随机噪声还是行为切换的信号。
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要在变化的世界中做出明智的决策，动物必须同时完成两件看似矛盾的事情。它必须坚持一个行之有效的计划，忽略任何博弈过程中偶尔出现的坏运气。与此同时，它必须准备好在游戏规则真正发生变化的那一刻，立即放弃原有的计划。这种平衡行为依赖于大脑区分“随机错误”与“环境已发生偏移的真实信号”的能力。位于大脑前部的两个关键区域——内侧前额叶皮层（medial prefrontal cortex）和眶额皮层（orbitofrontal cortex），被认为是实现这种灵活性至关重要的区域。当这些区域功能失调时，结果往往是表现为一种无法适应的僵化，或是无法坚持策略的混乱。科学家长期以来一直怀疑这两个脑区通过相互交流来解决这一问题，但这种对话的具体时机和性质一直是一个谜。
苏黎世联邦理工学院的一支研究团队现在通过“监听”这场对话，揭示了大脑如何在坚持计划与改变航向之间进行切换。他们研究了进行一项简单但具有挑战性的游戏的实验鼠。这些动物必须在两个鼻孔之间做出选择，以寻找糖分奖励。在一段时间内，其中一个鼻孔是可靠的赢家，提供奖励的概率为十分之八，而另一个则是较差的选择，仅有十分之二的概率提供奖励。大鼠很快学会了偏好那个好的鼻孔。随后，在没有任何预警信号的情况下，角色互换了：曾经可靠的鼻孔变成了差的选择，而原本差的选择变成了好的选择。大鼠必须通过注意到其惯常选择不再产生回报，来判断规则已经发生了变化。
研究人员使用超柔性电极，在数日内同时记录了这两个脑区中数百个单个神经元的活动。这使得他们能够追踪实验鼠在玩游戏时同一组细胞的变化，观察随着动物从高置信度状态转向怀疑状态，大脑内部状态是如何变化的。当大鼠对自己的选择很有把握时，两个脑区的神经元会协同工作，形成一个关于即将做出的决策的稳定且统一的图景。这就像大脑锁定在了一条单一路径上。然而，当大鼠不确定时，情况发生了剧烈变化。神经元不再发出单一稳定的信号，而是开始在代表两种不同选择的信号之间快速翻转。这种快速的交替发生在毫秒级的时间尺度上，表明大脑正在积极地保持两种选项处于开放状态，并对它们进行并排比较。
最令人震惊的发现出现在大鼠犯错时。当一只充满信心的鼠选择了“好”的鼻孔却未获得奖励时，大脑必须决定这仅仅是运气不好，还是规则已经改变的信号。研究人员发现，眶额皮层充当了应对这种“意外”的第一响应者。在奖励未能出现的瞬间，眶额皮层中一组特定的神经元会被激活，发出损失发生的信号。至关重要的是，只有当大鼠准备改变策略时，这个信号才会比内侧前额叶皮层中出现的类似信号稍早到达。如果大鼠决定尽管遭遇损失仍坚持原有的选择，这种时间差就会消失。这表明，眶额皮层首先检测到失败，然后，如果情况需要改变，它会协助引导内侧前额叶皮层来更新计划。
这项研究表明，大脑对待负面结果的方式并不尽相同。当动物处于不确定状态时，大脑会通过在不同选项间快速循环来自然地对冲风险。但当动物充满信心并遭遇意外时，大脑会利用一套特定的、有时序性的事件序列，来决定是继续坚持还是掉头转向。眶额皮层充当了失败的早期预警系统，它相对于内侧前额叶皮层的时间关系，有助于判断这种失败仅仅是噪声，还是改变方向的理由。这项研究提供了关于大脑如何平衡稳定性与灵活性的清晰实时视图，表明坚持计划与改变计划之间的区别，在于两个不同脑区之间信号传递的精确时机。
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