同一个脑区,怎样分工社交与注意?前扣带皮层的两条输出
小鼠研究发现,前扣带皮层分别通过未定带与边缘丘脑网状核输出,调节同伴互动和注意任务表现。
与同伴互动需要调动注意,而注意任务也需要等待、选择和控制反应。大脑如何在这些交织的行为中分配工作?2026 年《Science Advances》的一项研究走进前扣带皮层(ACC),这个经常同时出现在社交与注意研究中的脑区。通过追踪细胞输出、观察细胞特征并调节不同投射,研究者发现两群重叠很少的神经元,分别连向未定带(ZI)与边缘丘脑网状核(lTRN)。同一脑区的多种功能,因此显现出更加细致的内部组织。
在小鼠任务中,ACC→ZI 主要调节同伴探索,ACC→lTRN 主要调节注意任务表现与提前反应;增强两条输出,分别改善 Shank3b 缺失小鼠的对应行为。
阅读目录 · 6个部分
社交与正确选择,都招募了 ACC
接触同伴时,ACC 中 CaMKII 阳性神经元群体钙信号升高,撤离时下降;挖掘、竖立和自我梳理并未出现相同变化。在五选择连续反应任务中,小鼠等待视觉提示并选择正确孔位,ACC 信号在等待和提示阶段增强,主要出现在正确完成的试次中。这个脑区在两类任务中都呈现了相关活动。
抑制整个 ACC 兴奋性群体后,同伴探索与任务正确表现下降,提前反应增加,而运动与物体记忆等表现保持相近。区域层面的影响在雌雄中均有观察,部分注意和提前反应指标还呈现性别差异。共同参与之后,问题走向更深一层:哪些输出承担了不同任务中的工作?
两群细胞,连接不同的下游位置
活动依赖性标记勾勒出两类任务相关输出:社交招募的 ACC 细胞更突出地投向 ZI,注意任务招募的细胞则更突出地投向 lTRN。双逆行标记进一步显示,同时投向两者的细胞仅约占 1.61%。按输出靶点划分,研究者找到了两群大体分离、又保留少量重叠的细胞。
这幅地图让 ACC 的功能变得更加具体。同一片皮层中,投向不同位置的神经元可能通过各自连接参与不同的行为。沿着两条输出继续比较细胞特征,再观察它们受到调节时的行为变化,就能把解剖分布与功能分工联系起来。
来源:Wang F et al. · Science Advances · CC BY-NC
查看原图与英文图注 ↗
两条输出,也有不同的细胞底色
两类投射细胞的静息膜电位接近,但 lTRN 投射细胞起始放电所需电流更低、膜电阻更高,在刺激下产生更多放电;ZI 投射细胞则具有更复杂、更长的树突。电生理与结构特征共同显示,投射的分工伴随着细胞本身的差异。
靶区光诱发兴奋性电流对突触阻断剂敏感,支持两条输出具有功能性的谷氨酸能连接。转录分析还发现差异表达基因,为两群细胞增加了分子层面的特征。从树突、放电到基因表达,这些差异为继续探索各自如何参与网络计算提供了线索。
来源:Wang F et al. · Science Advances · CC BY-NC
查看原图与英文图注 ↗
到 ZI 的输出,影响同伴探索
抑制 ZI 内的 ACC 末梢后,小鼠对装有同伴的杯子嗅探减少,三箱社交偏好降低,自由互动时的接触也缩短。相同思路抑制 ACC→lTRN,同类社交读出却没有显著改变。两个输出在相同问题下表现出不同的影响,社交相关分工由此落到了具体投射上。
光照对照与基础行为观察帮助将这一变化联系到投射活动,而非总体运动减少。多种同伴探索任务得到的相近方向,也使 ZI 输出的作用更加清晰。接下来,研究转向注意任务,检验另一个输出是否承担了不同工作。
来源:Wang F et al. · Science Advances · CC BY-NC
查看原图与英文图注 ↗
到 lTRN 的输出,影响任务表现
在五选择任务中,抑制 ACC→lTRN 降低正确表现,并增加提前反应。覆盖整个试次,或仅在等待、提示阶段调节,都出现相关变化;抑制 ACC→ZI 则没有显著改变这些注意指标。与社交结果对应起来,两条输出展现出双重分离:在一种任务中重要的投射,在另一种任务中呈现不同作用。
这项任务把等待、视觉选择和反应控制联系在一起。lTRN 输出的作用,因此涉及动物怎样利用提示并控制反应时机。行为分工与解剖分布相互呼应,让 ACC 如何通过不同连接组织行为获得了直接线索。
来源:Wang F et al. · Science Advances · CC BY-NC
查看原图与英文图注 ↗
分别增强输出,改善对应行为
Shank3b 缺失小鼠同时出现社交与注意任务异常,注意问题在任务后期更为突出。两类 ACC 投射细胞的兴奋性输入和树突棘也发生变化,ZI 与 lTRN 连接的细节各有特点。在这一背景下,增强 ACC→ZI 改善社交,增强 ACC→lTRN 改善任务正确表现,将平行输出的发现延伸到了遗传模型中。
多数投射行为和模型改善实验来自雄性小鼠,区域干预及部分细胞分析包括雌雄。不同性别中的完整分工,以及自然互动中社交与注意如何协同,将继续拓展这项研究。已经呈现的细胞与连接组织,则使同一脑区的多种功能有了更细致、可继续检验的解释。
来源:Wang F et al. · Science Advances · CC BY-NC
查看原图与英文图注 ↗