基于单个神经元活动的前额皮层地图

大脑控制中心如何保持思维有序

大脑的前部，称为前额皮层，帮助我们规划、决策并跟踪目标。然而科学界仍在争论该区域的组织方式：它是被划分为具有固定功能的整齐区块，还是更像一个灵活的网络？本研究通过监听小鼠中超过24,000个个体脑细胞来探讨这个问题，揭示了一种基于单个神经元随时间放电方式的新型地图，这种地图并非依据组织外观。

倾听成千上万个微小的电信号

为构建这个功能性地图，研究人员使用超高密度记录探针，在动物清醒时测量来自小鼠前额皮层及邻近区域的单个神经元的电脉冲。他们检查了每个神经元的放电频率、脉冲是以稳定节律还是突发群发出现，以及一次脉冲的时机是否影响下一次。这三项简单特征捕捉到每个神经元活动的“规律性”或“爆发性”。研究人员没有依赖传统的解剖边界，而是将具有相似放电风格的神经元分组，并考察这些群体在大脑中的分布。

高阶脑区的标志性放电风格

分析显示，不同脑区的“声音”并不相同。前额皮层的亚区尤其富含以较低速率且极其规则放电的神经元，类似节拍器间隔分明的滴答。相比之下，丘脑和海马等区域更常出现以不规则间隔爆发放电的神经元。当团队将这些模式与另一项独立衡量皮层区域在全脑处理层级中位置的指标进行比较时，出现了一个有趣的关联：高阶区域中持续更多低频、规则放电的神经元，而低级感觉区则包含更多爆发式神经元。

忽视传统边界的地图

在前额皮层内部，团队将组织切分为许多包含类似数量记录神经元的小片段。他们发现具有相似放电特征的片段常常跨越教科书上命名的亚区边界。有些片段簇形成了连贯的“模块”，表现为低速、规则活动，但仅部分与已知解剖标签对齐。当作者将他们基于放电的地图与前额皮层内部连接的详细线路图进行比较时，发现内部层级更高的区域同时富含规则放电的神经元。这提示着，是区域之间的连接方式，而不是显微镜下细胞的外观，塑造了持续活动的空间格局。

从安静的背景放电到决策与反馈

研究还探讨了这些自发模式与神经元在特定事件中所做的事情之间的关系。在一组实验中，小鼠仅听到音调，研究人员按神经元响应的速度和强度对其进行分组。对音调有反应的细胞在前额皮层中呈片状分布，并未遵循解剖边界。在另一组更复杂的任务中，小鼠看到视觉提示，转动轮子选择一侧，然后获得奖励或噪声。携带关于动物选择信息的神经元聚集在先前未定义的一片前额皮层区域，该区域与富含规则放电神经元的区域重叠。然而，在逐细胞层面上，实际编码选择、音调或反馈的单位往往是那些自发放电率较高的神经元，而非那些慢速且规则的神经元。

支撑灵活思维的两类相互嵌套的群体

综合来看，结果指向一种分工。慢速、规则放电的神经元似乎标记并支持皮层中高阶且高度互连的部分，提供一种稳定的背景，可能有利于持久表征与信息整合。而坐落在相同邻域中更快、更易兴奋的神经元则在特定声音、选择和结果时被点亮。该研究主张，大脑控制中心的真正组织原则不是其层次或细胞类型的外观，而是它们的连接方式以及活动在时间上的模式。通过展示基于单神经元放电的精细地图如何揭示隐藏结构，这项工作为在大脑其他区域发现类似的功能地图提供了路线图。

引用: Le Merre, P., Heining, K., Slashcheva, M. et al. A prefrontal cortex map based on single-neuron activity. Nat Neurosci 29, 673–681 (2026). https://doi.org/10.1038/s41593-025-02190-z

关键词: 前额皮层, 神经元放电模式, 大脑层级, 神经连接性, 决策