一项发表在《科学进展》（Science Advances）上的最新小鼠研究揭示了内侧前额叶皮层（mPFC）一个出人意料的功能：这个传统上被认为是行为灵活性执行驱动的脑区，有时反而会阻碍创造性问题解决。这项由埃默里大学（Emory University）生物学家完成的研究表明，mPFC可能通过固守基于记忆的“赢则留”（win-stay）默认策略，将小鼠锁定在旧习惯中，从而阻碍它们采纳更高效的新策略。
该研究的资深作者、埃默里大学生物学教授罗伯特·刘（Robert Liu）表示：“这是一个令人惊讶的结果。我们证明，在小鼠的特定自然行为中，前额叶皮层会阻碍它们采纳一种更好、更有效的问题解决策略。要实现‘跳出固有思维’，可能需要抑制大脑中这个负责执行决策的部分。”
这项发现为理解人类神经多样性以及某些认知障碍的潜在机制提供了新线索。它也为我们对前额叶皮层作用的理解增添了新的维度，该区域通常被描述为大脑的管理系统，涉及工作记忆、决策、灵活思维和情绪反应的控制。
聚焦当下：习惯与策略的博弈
动物和人类一样，在实现目标时常常倾向于沿用过去成功的经验，这被称为“赢则留”策略。理想情况下，当出现更优策略时，我们会学习并采纳它。
该论文的第一作者、刘实验室的博士后研究员陆凯（Kai Lu）将此比作学习玩扑克。他解释说，新手玩家更倾向于关注数学概率和手中的牌面价值。然而，要达到最佳水平，玩家需要根据其他玩家的细微线索，在每局游戏中调整策略，考虑诈唬的可能性。这两种策略的区别在于，一种主要依赖记忆，而另一种则更多地依赖外部感官线索。
自然行为模型：幼崽找回任务
刘实验室致力于研究刺激诱发行为的功能、机制、发展和进化起源。他们利用声音刺激作为啮齿类动物的实验室模型，结合了实验、计算和化学遗传学技术。以往研究学习神经机制的实验通常只关注通过强化成功或惩罚失败来建立新的关联，而很少考虑行为倾向的作用。
为了深入探究小鼠如何从头开始，用更高效的策略取代根深蒂固的决策策略，研究团队设计了基于小鼠自然行为——找回走失的幼崽并带回巢穴——的实验。刘教授指出：“雌性小鼠有一种寻找幼崽的默认策略，这可能是经过进化和经验积累形成的，即回到上次找到幼崽的地方。但它们也可以通过跟随可靠的声音线索来做得更好，声音会告诉它们在哪里可以找到幼崽。”
策略转变的神经机制
为探究从默认策略转变的神经机制，研究人员在T型迷宫中进行了实验。一只成年雌性小鼠被放置在“T”字底部的“巢穴”中，同时播放人工声音作为信标，引导小鼠走向“T”字形迷宫的左臂或右臂，预示实验者将在哪一侧放置幼崽作为奖励。正如预期，成年雌性小鼠最初会回到上次找到幼崽的“T”字臂——即默认的“赢则留”策略——无论声音位于何处。然而，经过反复试验，它们逐渐表现出策略转变，学会了克服低效的默认策略，转而利用声音线索，首先正确选择有声音的一侧，从而更快地找到幼崽。在实验的12只成年雌性小鼠中，有一半在第四天完成了这种转变，而所有小鼠都在第八天学会了利用声音。
研究人员还在成年小鼠的听觉皮层和内侧前额叶皮层植入了硅探针，以收集小鼠执行找回任务时这些脑区神经元的放电数据。
沉默特定脑区：加速或阻碍学习
随后，研究人员使用化学遗传学方法沉默了成年雌性小鼠的特定脑区：一组沉默听觉皮层，另一组沉默内侧前额叶皮层，并重复了实验。
结果显示，与对照组相比，沉默听觉皮层虽然没有完全消除，但确实损害了声音学习能力。在未完全习得声音关联的动物中，“赢则留”策略依然稳固，即使经过八天的训练也持续存在。
然而，令人意外的是，沉默内侧前额叶皮层反而加速了听觉策略的使用。这与研究人员最初预期决策会变得更随机的设想相悖。大多数内侧前额叶皮层被沉默的小鼠仅在两到三天内就学会了听觉策略。
研究人员随后恢复了这些小鼠内侧前额叶皮层的活动并重新进行了实验。结果显示，小鼠再次选择了默认策略。这些结果进一步证实，内侧前额叶皮层主要有助于部署“赢则留”策略，而非促使小鼠采纳更高效的声音线索。
旧习难改：mPFC在其中扮演的角色
这些发现表明，学习更好的策略需要克服一个积极促进旧习惯的脑区。研究人员推测，内侧前额叶皮层帮助大脑关注过去的经验或未来的计划，这可能会增加形成新习惯的挑战。陆凯将其比作学习抑制反刍思维，转而专注于钟声来引导冥想。“你不能沉溺于过去或思考未来，而是需要通过关注当下，专注于当前时刻。”他解释道。
刘实验室目前正在对基因经过改造以反映人类自闭症相关遗传标记的小鼠进行研究。这些实验有望为内侧前额叶皮层在神经多样性中的作用提供更多见解。研究人员还与合作者合作，利用非侵入性神经科学技术，在成年人类受试者中测试他们的模型。例如，经颅磁刺激（TMS）可用于调节人类特定脑区的神经细胞活动。
刘教授表示：“最终，我们希望基于我们对前额叶皮层与外部刺激作用的发现，尝试开发一种治疗范式，以期对与执行功能相关的认知障碍患者提供治疗帮助。”
该论文的共同作者包括前埃默里大学研究专家开尔文·黄（Kelvin Wong），以及作为埃默里大学本科生参与项目的杨成成（Chengcheng Yang）、周林（Lin Zhou）、施一可（Yike Shi）和玛雅·科斯特洛（Maya Costello）。该研究得到了美国国立卫生研究院（U.S. National Institutes of Health, R01DC008343, P50MH100023）的资助。