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在神經科學領域，前額極區皮層（FPC）功能尚不明晰。研究人員以獼猴為對象，開展 FPC 在獎勵處理中作用的研究。結果發現 FPC 神經元能整合信息用于行動監測與策略決策。該研究為理解 FPC 功能提供新視角。
在神秘的大腦世界里，前額極區皮層（Frontopolar Cortex，FPC）一直是個充滿謎團的區域。它僅在類人猿靈長類動物中發育，在人類大腦中更是占據重要地位�？茖W家們推測，FPC 與靈長類動物的高級認知功能息息相關，比如處理與刺激無關的思維、區分內外驅動信息、參與記憶檢索和多任務協調等。然而，由于針對 FPC 的單神經元研究有限，它在獎勵處理過程中的具體作用一直模糊不清。為了揭開這層面紗，來自意大利羅馬第一大學（Sapienza University of Rome）、意大利國家研究委員會（National Research Council of Italy，CNR）等機構的研究人員踏上了探索之旅，他們的研究成果發表在《Scientific Reports》上。
此前的研究大多基于神經心理學和功能磁共振成像（fMRI）技術，從人類研究中推斷 FPC 的功能。但對于 FPC 在神經生理學方面的研究較少，主要原因是在非人靈長類動物中，通過手術植入電極來記錄 FPC 神經元活動難度極大。這就好比在精密的儀器中尋找一顆微小卻關鍵的零件，困難重重。
為了攻克這些難題，研究人員另辟蹊徑。他們選擇了兩只恒河猴作為研究對象，讓它們參與一項名為物體在位獎勵任務（Object-in-Place Reward Task，OIPR）的實驗。在這個實驗中，獼猴們需要面對五個不同的場景，每個場景中有兩個目標，選擇正確的目標就能獲得液體獎勵，而且不同場景對應的獎勵大小不同，分為小、中、大三種。研究人員通過記錄 FPC 神經元的活動，試圖找出 FPC 在獎勵監測中的奧秘。
在技術方法上，研究人員主要采用了以下關鍵技術：一是利用高密度微電極慢性系統，在兩只獼猴的 FPC 背側（即外側 FPC）植入電極，記錄細胞外活動；二是運用完全自動化的算法進行尖峰排序，以處理收集到的神經元數據；三是采用行為學分析方法，計算正確試驗的百分比、反應時間、切換試驗的比例等指標，來評估獼猴的行為表現；四是運用解碼分析技術，如訓練線性支持向量機分類器（SVM），來判斷神經元群體活動對獎勵大小和動作（保持或切換選擇）的編碼能力。
研究結果主要從以下幾個方面展開：
- 獎勵大小影響學習：研究人員發現，在實驗的第一輪，獼猴由于不熟悉場景，只能靠猜測選擇目標，表現處于隨機水平。從第二輪開始，在中等和大獎勵條件下，獼猴的表現明顯優于隨機水平，并且很快達到并保持較高的正確試驗百分比。而在小獎勵條件下，獼猴的表現提升較慢。例如，猴子 1 在小獎勵條件下，直到第 3 輪正確試驗百分比才顯著高于隨機水平，且仍低于中等和大獎勵條件下的表現；猴子 2 在小獎勵條件下，雖然從第 2 輪表現就高于隨機水平，但從第 4 輪開始就明顯低于其他兩種獎勵條件下的表現。此外，小獎勵條件下的反應時間明顯長于中等和大獎勵條件，且獼猴在小獎勵條件下切換試驗的比例更高，這表明小獎勵條件下獼猴更傾向于探索新的選擇，從而減緩了學習曲線。
- 獎勵大小在反饋和場景呈現學習時被編碼：研究人員聚焦于任務中的兩個關鍵時期，即延遲期（Delay epoch，場景呈現后到開始信號前）和反饋期（Feedback epoch，指示獎勵大小的視覺刺激呈現后到實際獎勵發放前）。通過訓練和測試 SVM 分類器，他們發現獎勵大小的信息在延遲期（特別是場景呈現后的 400 - 800 毫秒）和反饋期都被編碼，且反饋期的編碼準確性更高。進一步分析發現，在延遲期，當獼猴學會場景與獎勵大小的關聯后，獎勵大小的編碼才會出現；而在反饋期，由于有視覺反饋，獎勵大小的編碼在整個實驗過程中更為穩定。
- 獎勵大小神經表征的相似性：行為學上，中等和大獎勵條件相似，與小獎勵條件不同。研究人員假設這一行為在神經層面也有相應的表征。通過分析神經軌跡，他們發現，在延遲期，中等獎勵和大獎勵的神經活動投影沒有顯著差異，而二者與小獎勵的投影差異顯著；在反饋期，三種獎勵大小的投影則各不相同。此外，研究人員還發現，在延遲期末到開始信號之間的時間段內，FPC 神經元能夠編碼獼猴的動作（保持或切換選擇），且這種編碼與獎勵大小的編碼相互獨立。
綜合研究結果和討論部分，這項研究具有重要意義。它首次證實了 FPC 神經元的監測活動不僅局限于選擇的空間位置，還延伸到獎勵價值等其他方面。FPC 在反饋期能夠清晰地區分三種不同的獎勵大小，在延遲期則根據學習情況編碼獎勵大小，且中等和大獎勵的編碼相似，與小獎勵不同。這一結果表明，FPC 可能作為一個 “監測中心”，整合不同認知過程的結果，協調大腦各區域的信息處理。同時，研究還發現 FPC 在探索 - 利用決策中可能發揮關鍵作用，根據獎勵大小的信號，指導獼猴選擇是繼續執行當前策略（利用）還是探索新的選擇（探索）。然而，研究也存在一些局限性，例如實驗任務的結構可能導致一些混淆因素，對滿意和不滿意獎勵的區分較為主觀等。但無論如何，這項研究為我們理解 FPC 的功能打開了一扇新的大門，為后續進一步探索大腦的奧秘奠定了堅實的基礎。
