纹状体-前额叶与海马-前额叶系统在青少年价值学习中的交互作用及其对精神健康的影响

为解决青少年价值学习神经机制不明确的问题，研究人员开展纹状体-前额叶（striatum-PFC）与海马-前额叶（hippocampus-PFC）系统交互作用的研究，发现二者通过竞争、互补和整合三种模式支持适应性学习，其差异化成熟时序塑造青少年行为表型，为青春期精神障碍的干预提供新靶点。

　　

青春期是大脑发育的关键时期，也是精神健康障碍的高发阶段。在这个阶段，青少年需要学会根据环境反馈调整行为，从而获得期望的奖励或避免惩罚，这一过程被称为价值学习（value-based learning）。然而，青少年的大脑仍在发育中，支持价值学习的神经回路——尤其是纹状体（striatum）和海马（hippocampus）与前额叶皮层（prefrontal cortex, PFC）的连接——尚未完全成熟。这使得青少年更容易出现冒险行为、物质滥用以及情绪障碍等问题。尽管以往研究已分别探讨了纹状体-前额叶和海马-前额叶系统在成人的价值学习中的作用，但这两个系统在青少年时期如何交互、如何共同支持行为学习，仍不清楚。

为了解决这一问题，美国东北大学（Northeastern University）和西北大学（Northwestern University）的研究团队在《Neuropsychopharmacology》上发表了一项视角论文（Perspective），系统回顾了纹状体和海马在青少年价值学习中的贡献，并提出了一个新颖的框架，强调这两个系统通过竞争、互补和整合三种模式相互作用，其成熟时序的差异可能塑造不同的青少年行为表型，并为精神健康干预提供机会。

研究人员通过整合多模态神经影像学数据、强化学习任务范式以及临床队列分析，结合功能磁共振成像（fMRI）、静息态功能连接（resting-state functional connectivity）和多元模式分析（multivariate pattern analysis）等技术，对健康青少年和临床人群（如抑郁症、进食障碍、物质使用障碍患者）进行了研究。样本来源包括公开数据库（如Human Connectome Project）和多个独立研究的实验队列。

Striatum-PFC and hippocampus-PFC systems in development

纹状体作为多巴胺能神经回路的核心枢纽，负责整合来自杏仁核、海马和皮质区域的输入，指导奖励表征和行为选择。研究发现，皮质-纹状体回路的发展遵循从内侧到外侧的梯度：与情绪和奖励处理相关的眶前额叶皮层（orbitofrontal cortex, OFC）投射在青少年期逐渐减少，而与认知控制相关的背外侧前额叶皮层（dorsolateral PFC, dlPFC）投射则持续增强。多巴胺能中脑边缘通路（mesolimbic pathway）在青少年早期成熟，导致奖励敏感性升高，这可能增加精神病理风险。

海马则支持情景记忆、统计学习、联想记忆和模型基于学习（model-based learning）。海马的功能存在背侧-腹侧梯度：腹侧海马与纹状体和杏仁核连接，支持动机和情感学习；背侧海马与感觉和空间处理区域相连，支持细节回忆。前海马与腹内侧前额叶皮层（ventromedial PFC, vmPFC）的整合支持在新情境中的灵活泛化。海马-皮质连接的成熟受多巴胺能信号调控，并在青少年期持续发展。

Multiple systems support flexible value-based learning in adolescence

Striatum-PFC

研究发现，随着年龄增长，纹状体-前额叶连接增强，支持青少年将已学习的价值关联迁移到新情境中。年长青少年在抑制控制任务中表现出更高的腹外侧前额叶（ventrolateral PFC）和尾状核（caudate）激活，以及更强的尾状核-dlPFC/vmPFC功能连接，表明前额叶的成熟促进了价值学习与认知控制的整合。

Hippocampus-PFC

海马-前额叶回路支持目标导向规划和模型基于学习。成人表现出持续的记忆整合（memory integration），而青少年仅在高重复次数下才出现记忆再激活（reactivation），且与顶叶皮层和下额叶回（inferior frontal gyrus）的 engagement 随年龄变化。这表明前额叶与记忆区域的交互支持学习机制的发育转变。

Hippocampus-striatum

在强化学习任务中，青少年比成人学习更好，这与海马激活增强和海马-纹状体功能连接更强相关。奖励敏感性可能通过增强海马-纹状体合作整合来促进学习。然而，奖励相关的记忆优先化（memory prioritization）有时会导致早期学习受损，但随经验积累可被修正。若未调整，可能增加精神健康风险。

Clinical implications and future directions

价值学习异常广泛存在于青少年期发病的精神障碍中，包括抑郁症、进食障碍、物质使用障碍等。研究发现两种跨诊断模式：一是奖励学习受损伴纹状体回路改变，如抑郁症青少年纹状体体积减小和激活降低；二是记忆异常伴海马改变，如抑郁青少年奖励相关记忆变化。此外，海马-纹状体连接异常与物质使用增加相关，提示奖励调制记忆的敏感性可能 confer vulnerability。

未来研究需采用纵向神经影像和计算建模方法，结合多变量分析和精确功能图谱，以刻画系统间交互的发育轨迹。多巴胺信号峰值可通过脑铁积累成像（作为多巴胺过程指标）与结构/功能连接结合测量，为临床干预提供新靶点。在互补和整合交互成熟的发育阶段，治疗可利用一个系统支持另一个系统，从而改善精神病理。

该研究强调，理解纹状体-前额叶和海马-前额叶系统的交互发育，不仅能揭示青少年价值学习的神经机制，还有助于早期识别精神健康风险和发展精准干预策略。未来工作应重点关注多系统贡献的发育变化，特别是在青春期这一大脑可塑性高峰时期。