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同一个脑区,怎样分工社交与注意?前扣带皮层的两条输出

Science Advances · 2026-07-08

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Science Advances · 研究前沿

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。

根据论文主题制作的 AI 科学概念插画

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。

关键发现

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。

原论文图 3任务相关输出与细胞重叠
任务相关输出与细胞重叠
原论文 Figure 3。A–F 展示社交与注意任务相关输出,G–K 通过双靶区标记展示 ACC 两类投射细胞的重叠,勾勒它们的解剖分布。
来源:Wang F et al. · Science Advances · CC BY-NC
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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。

原论文图 4投射细胞的多层次特征
投射细胞的多层次特征
原论文 Figure 4。B–E 展示电生理,F–I 展示树突形态,J–M 展示转录分析及通路富集,比较两类投射细胞的特征。
来源:Wang F et al. · Science Advances · CC BY-NC
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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。

原论文图 5两条输出与同伴探索
两条输出与同伴探索
原论文 Figure 5。E–H 展示 ACC→ZI 抑制后的同伴探索减少,I–L 展示 ACC→lTRN 抑制后的相应行为变化不显著;该组实验使用雄性小鼠。
来源:Wang F et al. · Science Advances · CC BY-NC
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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。

原论文图 6两条输出与注意任务
两条输出与注意任务
原论文 Figure 6。A–L 展示不同阶段的 ACC→lTRN 抑制,M–X 展示 ACC→ZI 对应比较,观察正确表现与提前反应;实验使用雄性小鼠。
来源:Wang F et al. · Science Advances · CC BY-NC
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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。

原论文图 8遗传模型中的投射调节
遗传模型中的投射调节
原论文 Figure 8。E–H 展示 ACC→ZI 激活后的社交行为,I–T 展示 ACC→lTRN 激活后的注意任务表现,来自雄性 Shank3b 缺失小鼠。
来源:Wang F et al. · Science Advances · CC BY-NC
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论文信息

Wang F, Chen M, Lyu M, Zhang Y, Sun H, Lu Y, Cui D, Xu W, Lyu Y, Zhai Y, Han J, Li J, Xu H, Wang W, Chen L, Ma X, Li Y.
Parallel anterior cingulate cortex pathways underlie dissociable social and attentional outputs
Science Advances · 2026-07-08
DOI: 10.1126/sciadv.aec8032