《SCIENCE ADVANCES》：Neural competition between prefrontal and auditory cortex constrains novel sound strategy learning
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在自然界中，动物学会用新策略取代先天倾向行为，但这些转变的神经约束尚不清楚。研究人员利用小鼠的生态学搜索任务，揭示了内侧前额叶皮层（mPFC）中一种先天倾向的"赢-留"策略的神经相关性，该相关性随着动物学会跟随更可靠的听觉线索而衰减。听觉皮层（ACx）活动可预
在自然界中，动物学会用新策略取代先天倾向行为，但这些转变的神经约束尚不清楚。研究人员利用小鼠的生态学搜索任务，揭示了内侧前额叶皮层（mPFC）中一种先天倾向的"赢-留"策略的神经相关性，该相关性随着动物学会跟随更可靠的听觉线索而衰减。听觉皮层（ACx）活动可预测逐试验的正确声音引导搜索，即使在训练第一天也是如此。这种预后编码随学习而增强，并源自抑制性放电，在最靠近线索频谱侧向调谐的神经元中最为明显。化学遗传学干扰揭示了ACx对改善表现的贡献。出乎意料的是，mPFC的全局沉默加速了声音追踪策略的成功使用，这与其在灵活或刺激依赖行为中的经典作用相反。相反，一个去中心化的多专家竞争模型最能预测行为及因果扰动。这些发现表明，mPFC基于先验知识实施一种默认策略，该策略主动阻碍更高效策略的表达。
**研究背景与问题**
自然界中动物常以先天倾向行为应对生态任务，但面对环境变化时需学习更优策略。实验室操作任务通常仅关注通过强化成功或惩罚失败建立新关联，而忽略了先天倾向在引导行为决策中的作用。本文利用小鼠母性搜索行为，研究动物如何从默认的"赢-留"空间策略转变为基于声音线索的新策略。雌性小鼠天生具有搜索并回收幼崽的动机，初始采用返回上一成功位置的空间"赢-留"策略，但可学会利用自然幼崽超声或人工声音线索更高效地定位幼崽。研究的核心科学问题是：先天倾向策略的神经表征位于何处，以及在策略转换过程中该表征如何变化。
**研究内容与结论**
研究人员对自由移动的雌性小鼠在学习期间使用硅探针记录听觉皮层（ACx）和内侧前额叶皮层（mPFC）神经活动，结合化学遗传学沉默和计算建模，揭示了两个脑区在策略学习中的拮抗作用。主要发现如下：ACx活动在训练第一天即能预测正确的声音引导搜索，且这种预后编码随学习增强，表现为对正确结果试次的放电抑制，尤其在侧向带神经元中最为显著；mPFC编码上一幼崽位置信息，其解码精度随"赢-留"策略使用减少而衰减；化学遗传学沉默ACx损害声音策略学习，而沉默mPFC反而加速该策略的习得；多专家竞争模型（CMP）比纯听觉强化模型更能解释行为数据及因果扰动效应。研究发表于《SCIENCE ADVANCES》，表明mPFC实施基于先验知识的默认策略，主动阻碍更高效策略的表达。
**关键技术与方法**
研究采用以下核心技术：1）硅探针电生理记录——在ACx（6只小鼠，829个声音响应单单元）和mPFC（6只小鼠，447个单单元）植入16通道硅探针，连续8天记录训练期间的神经活动；2）化学遗传学沉默——通过hM4D(Gi)病毒载体结合CNO注射实现区域特异性神经元沉默，ACx双侧沉默实验（N=15）及mPFC沉默实验（N=12）均设置病毒和药物双重对照组；3）广义线性模型（GLM）分析——评估位置、声音侧、声音水平和结果对放电率的调制作用；4）群体解码——利用长短期记忆网络（LSTM）从mPFC活动解码上一幼崽位置和下一试次选择；5）行为建模——开发竞争模型（CMP）、纯听觉强化模型（ARO）和听觉厌恶模型（AVS）比较拟合学习曲线。样本为8-10周龄雌性CBA/CaJ小鼠。
**研究结果**
**ACx放电在搜索期间对听觉策略使用具有预后性**
通过GLM分析，46±3%的ACx单元受试验结果显著调制，即"预后"编码正确与否。这些单元在训练第一天即存在，其调制强度随训练显著增强，且与动物的听觉策略表现正相关。相比之下，mPFC单元几乎无结果调制。
**ACx放电的预后调制主要为抑制性**
正确试次中72%的单元d′值为负，且负d′单元随训练抑制增强。侧向带单元（最佳频率在声音频谱0.3-2倍频程外）的平均d′显著为负，而非侧向带单元与零无显著差异。运动速度和选择方向无法解释该抑制现象。
**mPFC在回巢期间对上一幼崽位置的编码反映"赢-留"策略使用**
mPFC约27%单元表现出持续的臂偏好，ACx仅6%。群体解码显示，mPFC对上一幼崽位置的解码精度从第1天的~80%降至第8天的~60%，但仍显著高于随机水平，且与"赢-留"策略使用正相关。ACx对幼崽位置的解码不高于随机水平。
**学习期间沉默ACx损害听觉策略的习得**
ACx沉默组最后两天听觉策略使用显著低于对照组，学习潜伏期延长，但"赢-留"策略保持率显著高于对照组。ACx沉默部分但未完全消除声音学习能力。
**学习期间沉默mPFC加速听觉策略的习得**
mPFC沉默组"赢-留"策略使用显著降低，听觉策略使用显著加速，学习曲线斜率更高，达到学习标准的时间显著缩短。恢复mPFC功能后，听觉策略表现回退。
**竞争模型准确预测正常学习曲线和mPFC操作结果**
CMP模型在所有39只对照动物中的学习曲线拟合误差（RMSD）显著小于ARO和AVS模型。多专家竞争模型（CMPme）通过降低初始"赢-留"策略权重56%并固定其更新，准确预测了mPFC沉默和恢复后的每日表现，而工作记忆（WM）和中央执行（CE）模型则产生系统性偏差。
**ACx可能有助于听觉策略的学习**
训练后沉默ACx将表现从77%降至64%，但仅模拟声音追踪误差无法同时解释学习期间和训练后的表现下降，表明ACx不仅感知声音，还参与听觉学习系统。
**讨论与结论**
研究揭示了策略层面的神经竞争机制：mPFC实施基于空间记忆的默认"赢-留"策略，ACx参与听觉学习系统，两者动态竞争控制决策。mPFC沉默加速听觉学习违背其在灵活行为中的经典作用，支持多专家竞争理论。ACx的预后抑制可能通过抑制侧向带活动增强声音表征的信噪比。该研究为理解先天策略与新学习策略在皮层层面的竞争提供了因果证据，对决策神经科学具有概念性拓展意义。研究结论为：mPFC在自然搜索行为中的主要功能是实施先天倾向策略，该策略主动竞争并阻碍更高效策略的表达，而听觉皮层构成学习系统的关键组件，两者通过去中心化的多专家竞争模型实现策略转换。
