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在神经科学领域，前额极区皮层（FPC）功能尚不明晰。研究人员以猕猴为对象，开展 FPC 在奖励处理中作用的研究。结果发现 FPC 神经元能整合信息用于行动监测与策略决策。该研究为理解 FPC 功能提供新视角。
在神秘的大脑世界里，前额极区皮层（Frontopolar Cortex，FPC）一直是个充满谜团的区域。它仅在类人猿灵长类动物中发育，在人类大脑中更是占据重要地位。科学家们推测，FPC 与灵长类动物的高级认知功能息息相关，比如处理与刺激无关的思维、区分内外驱动信息、参与记忆检索和多任务协调等。然而，由于针对 FPC 的单神经元研究有限，它在奖励处理过程中的具体作用一直模糊不清。为了揭开这层面纱，来自意大利罗马第一大学（Sapienza University of Rome）、意大利国家研究委员会（National Research Council of Italy，CNR）等机构的研究人员踏上了探索之旅，他们的研究成果发表在《Scientific Reports》上。
此前的研究大多基于神经心理学和功能磁共振成像（fMRI）技术，从人类研究中推断 FPC 的功能。但对于 FPC 在神经生理学方面的研究较少，主要原因是在非人灵长类动物中，通过手术植入电极来记录 FPC 神经元活动难度极大。这就好比在精密的仪器中寻找一颗微小却关键的零件，困难重重。
为了攻克这些难题，研究人员另辟蹊径。他们选择了两只恒河猴作为研究对象，让它们参与一项名为物体在位奖励任务（Object-in-Place Reward Task，OIPR）的实验。在这个实验中，猕猴们需要面对五个不同的场景，每个场景中有两个目标，选择正确的目标就能获得液体奖励，而且不同场景对应的奖励大小不同，分为小、中、大三种。研究人员通过记录 FPC 神经元的活动，试图找出 FPC 在奖励监测中的奥秘。
在技术方法上，研究人员主要采用了以下关键技术：一是利用高密度微电极慢性系统，在两只猕猴的 FPC 背侧（即外侧 FPC）植入电极，记录细胞外活动；二是运用完全自动化的算法进行尖峰排序，以处理收集到的神经元数据；三是采用行为学分析方法，计算正确试验的百分比、反应时间、切换试验的比例等指标，来评估猕猴的行为表现；四是运用解码分析技术，如训练线性支持向量机分类器（SVM），来判断神经元群体活动对奖励大小和动作（保持或切换选择）的编码能力。
研究结果主要从以下几个方面展开：
- 奖励大小影响学习：研究人员发现，在实验的第一轮，猕猴由于不熟悉场景，只能靠猜测选择目标，表现处于随机水平。从第二轮开始，在中等和大奖励条件下，猕猴的表现明显优于随机水平，并且很快达到并保持较高的正确试验百分比。而在小奖励条件下，猕猴的表现提升较慢。例如，猴子 1 在小奖励条件下，直到第 3 轮正确试验百分比才显著高于随机水平，且仍低于中等和大奖励条件下的表现；猴子 2 在小奖励条件下，虽然从第 2 轮表现就高于随机水平，但从第 4 轮开始就明显低于其他两种奖励条件下的表现。此外，小奖励条件下的反应时间明显长于中等和大奖励条件，且猕猴在小奖励条件下切换试验的比例更高，这表明小奖励条件下猕猴更倾向于探索新的选择，从而减缓了学习曲线。
- 奖励大小在反馈和场景呈现学习时被编码：研究人员聚焦于任务中的两个关键时期，即延迟期（Delay epoch，场景呈现后到开始信号前）和反馈期（Feedback epoch，指示奖励大小的视觉刺激呈现后到实际奖励发放前）。通过训练和测试 SVM 分类器，他们发现奖励大小的信息在延迟期（特别是场景呈现后的 400 - 800 毫秒）和反馈期都被编码，且反馈期的编码准确性更高。进一步分析发现，在延迟期，当猕猴学会场景与奖励大小的关联后，奖励大小的编码才会出现；而在反馈期，由于有视觉反馈，奖励大小的编码在整个实验过程中更为稳定。
- 奖励大小神经表征的相似性：行为学上，中等和大奖励条件相似，与小奖励条件不同。研究人员假设这一行为在神经层面也有相应的表征。通过分析神经轨迹，他们发现，在延迟期，中等奖励和大奖励的神经活动投影没有显著差异，而二者与小奖励的投影差异显著；在反馈期，三种奖励大小的投影则各不相同。此外，研究人员还发现，在延迟期末到开始信号之间的时间段内，FPC 神经元能够编码猕猴的动作（保持或切换选择），且这种编码与奖励大小的编码相互独立。
综合研究结果和讨论部分，这项研究具有重要意义。它首次证实了 FPC 神经元的监测活动不仅局限于选择的空间位置，还延伸到奖励价值等其他方面。FPC 在反馈期能够清晰地区分三种不同的奖励大小，在延迟期则根据学习情况编码奖励大小，且中等和大奖励的编码相似，与小奖励不同。这一结果表明，FPC 可能作为一个 “监测中心”，整合不同认知过程的结果，协调大脑各区域的信息处理。同时，研究还发现 FPC 在探索 - 利用决策中可能发挥关键作用，根据奖励大小的信号，指导猕猴选择是继续执行当前策略（利用）还是探索新的选择（探索）。然而，研究也存在一些局限性，例如实验任务的结构可能导致一些混淆因素，对满意和不满意奖励的区分较为主观等。但无论如何，这项研究为我们理解 FPC 的功能打开了一扇新的大门，为后续进一步探索大脑的奥秘奠定了坚实的基础。
