在日常生活中,我们常常会陷入一种行为模式:明知某种做法已不再有效,却依然重复。这种现象被称为持续性行为(perseveration),其目的和神经机制长期以来未被完全理解。2026年4月25日,伦敦大学学院(UCL)的Anastasiia Lebedeva及其团队在《Nature Communications》发表了一项研究,通过小鼠动态奖励学习任务,揭示了背侧前额叶皮层中的一个特定亚区——前次级运动皮层(anterior secondary motor cortex, MOs)在持续性行为中的核心作用。
研究表明,MOs中的神经元活动可以预测小鼠即将做出的重复选择,并因果性地控制持续行为的发生频率和反应速度。令人意外的是,当小鼠坚持旧策略时,尽管获得的总奖励较少,但反应速度更快。这提示持续性行为可能是一种以“准确性”换取“速度”的决策策略。这一发现为理解强迫症、成瘾和某些自闭症谱系中的刻板行为提供了新的神经环路靶点。
研究亮点速览
- 行为范式:小鼠在听觉提示后需向左或右转动滚轮,左右选择的奖励概率会不定期切换(例如左80%奖励,右20%奖励)。
- 核心行为观察:小鼠表现出持续性行为,即在奖励概率切换后仍坚持先前的选择,导致获得次优奖励,但反应速度更快。
- 神经关联:通过Neuropixels高密度硅探针记录多个脑区,发现前MOs是唯一持续编码“过去选择”并预测快速反应时间的脑区。
- 因果证明:光遗传抑制MOs活动可减少持续性行为并显著增加反应时间。
- 功能分离:抑制内侧前额叶皮层(mPFC)在选择期对持续行为无影响,但在奖励反馈期会损害学习能力。
行为范式与持续性行为定量
任务结构:
- 小鼠听到一个短暂的声音提示(go cue)。
- 必须在2秒内选择向左或向右转动一个轮式操纵杆。
- 每次选择后,有1秒的奖励反馈期(水和声音提示)。
- 左右选择的奖励概率(例如左80%得水,右20%)在60-90次试次后突然切换。
- 小鼠需要通过整合反馈来推断新的最优选择。
持续性行为的定义:在奖励概率切换后,小鼠仍然坚持原来的优势选择(例如继续选左边,尽管左边的奖励概率已降至20%)。
行为发现:
- 小鼠在切换后仍会坚持过去的选择,实际获得的正确率约为60-70%(理论最优可达100%)。
- 持续性选择伴随速度优势:选择与前一试次相同时,反应时间显著短于选择与前一试次不同的情况。
- 持续性并非“非理性”:坚持策略可能反映了探索-利用之间的折衷。
神经编码:前MOs是“坚持信号”的核心来源
研究者使用Neuropixels硅探针插入多个前额叶亚区,包括MOs(前部和尾部)、PL(前边缘皮层)和IL(下边缘皮层)。
关键发现:
- 在MOs的前部,大量神经元的活动在选择期间显著编码“是否与上一试次选择相同”(即持续性变量)。
- 部分神经元还编码反应时间:活动越强,反应越快,且这一相关性仅存在于坚持试次中。
- 其他前额叶亚区的持续性编码非常微弱或不存在。
结论:MOs专门在“决策前/决策中”阶段整合过去选择的历史信息,并生成一个“坚持/切换”的决策变量,进而影响行为。
因果操控:MOs驱动持续性行为
光遗传抑制:在选择期通过病毒表达抑制性视蛋白特异性抑制MOs中的神经元,结果显示:
- 小鼠的持续性行为显著减少。
- 反应时间差异消失,原本“坚持 > 快速”的现象被消除。
- 整体奖励获得增加。
对照实验表明,抑制MOs的尾部无行为效果,表明前MOs的功能是特异的。
功能分离:mPFC负责学习,而非持续执行
在选择期光遗传抑制mPFC(包括PL和IL)对持续性行为无影响,但在奖励反馈期抑制mPFC会显著损害小鼠对奖励概率变化的学习能力。
双系统模型:
| 脑区 | 参与时间窗口 | 功能角色 |
|---|---|---|
| 前MOs | 选择期(决策执行前/中) | 驱动持续性行为,介导“过去选择→当前选择”的惯性 |
| mPFC | 反馈期(结果评估后) | 从奖励反馈中学习,更新行为策略 |
这一分离解释了某些精神疾病中患者的行为特征,例如无法停止旧行为或无法从错误中学习。