短暂的额极皮质刺激会引发反事实思维（即对假设情境的思考）功能的长期紊乱

《PLOS Biology》：Transient frontopolar cortex stimulation induces prolonged disruption to counterfactual processing

　　本研究通过多电极阵列记录恒河猴前额叶皮层（FPC）的局部场电位（LFP），发现55-95 Hz的gamma振荡与奖励反馈相关，而15-30 Hz的beta振荡则与反事实规则的价值评估相关。通过微刺激干预，发现FPC活动变化可显著影响决策行为，表现为减少临近规则切换时的探索性错误和增加切换后的持续性错误。这些结果揭示了FPC通过协调gamma和beta振荡来监控替代目标价值，进而调节探索与利用行为的神经机制。

　　研究聚焦于前额极皮层（Frontopolar Cortex, FPC）在灵长类动物和人类决策行为中的作用，特别是FPC在监控替代目标价值和规则切换中的功能。FPC被认为是前额叶皮层中一个独特的区域，其在人类和非人灵长类动物中的存在表明它可能在更高层次的认知功能中扮演重要角色，例如推理、计划和抽象思维。然而，尽管FPC的总体功能在一些研究中有所提及，其具体神经机制仍不清楚。为此，研究者通过使用多电极阵列记录两个猕猴在执行类似威斯康星卡片分类测试（Wisconsin Card Sorting Test, WCST）任务时FPC的局部场电位（Local Field Potentials, LFPs），并进一步利用电刺激手段验证FPC对决策行为的因果影响。研究结果不仅揭示了FPC与规则切换行为之间的神经联系，还提供了关于FPC如何支持基于规则的决策机制的见解。

在WCST任务中，猕猴需要根据当前的规则选择匹配的刺激物，而规则在无提示的情况下会周期性地改变。这一任务要求动物在不明确规则的情况下进行试错学习，并在规则变化后适应新的选择策略。研究者发现，FPC中出现的伽马（gamma）和贝塔（beta）频率的LFP活动与反事实规则的价值相关，而非当前规则的价值。这种发现表明，FPC可能在评估不同规则的相对价值时发挥关键作用，尤其是在动物在规则变化前和变化后调整其行为策略的过程中。值得注意的是，研究还表明，通过单次试验的电刺激可以显著影响FPC的LFP活动，并进而改变动物在后续试验中的行为表现，例如减少对反事实规则的探索行为，以及延迟对新规则的适应过程。这种因果关系的证据表明，FPC中的神经活动不仅仅是与决策相关的信号，更可能是规则切换和适应行为的直接调控因素。

为了进一步分析FPC中LFP活动与反事实规则价值之间的关系，研究者采用了强化学习（Reinforcement Learning, RL）模型，通过拟合动物行为数据来评估不同模型对决策行为的预测能力。结果显示，当模型同时更新当前规则和反事实规则的价值时，其对动物行为的预测效果显著优于仅更新当前规则的模型。这表明，动物在执行任务时可能不仅仅依赖当前规则，而是同时评估当前规则和反事实规则的价值，从而在规则变化时做出更合理的决策。此外，研究还发现，电刺激FPC后，动物在任务中的表现发生显著变化，包括对反事实规则的探索减少以及在规则变化后对新规则的适应延迟。这种变化伴随着FPC中贝塔和伽马频率活动的波动，进一步支持了FPC在监控和调整规则价值中的作用。

研究还分析了FPC在不同时间点的LFP活动，包括任务开始时、决策过程中以及任务结束后。结果显示，FPC中的伽马活动主要与奖励反馈相关，而贝塔活动则与反事实规则的价值评估相关。这表明，FPC中的不同频率活动可能分别对应不同的认知功能：伽马活动可能反映外部奖励信息的处理，而贝塔活动可能与内部价值评估和规则更新相关。此外，研究者发现，电刺激FPC后，动物在任务中的表现发生了变化，例如在规则变化前减少探索行为，而在规则变化后增加固执性错误。这些变化表明，FPC在维持和更新规则价值方面起着关键作用，而其活动的中断可能影响动物对规则变化的适应能力。

进一步的分析表明，FPC的神经活动不仅与决策过程相关，还可能在不同时间点对行为产生影响。例如，在规则变化后，FPC中的低伽马和贝塔活动显著降低，而这些活动的减少可能与动物对新规则的适应过程有关。同时，研究还发现，FPC中的活动在任务开始时和决策过程中具有不同的特征，这可能反映了FPC在不同认知阶段的功能差异。这些结果为理解FPC如何协调和调控探索与利用行为提供了新的视角。

研究者还比较了FPC的活动与灵长类动物在不同任务中的行为表现，发现FPC的神经活动与规则切换和适应行为密切相关。这种关联不仅体现在LFP的频率特征上，还体现在动物行为的统计分析中。例如，电刺激FPC后，动物的探索行为减少，而固执性错误增加，这与FPC在监控反事实规则价值中的作用相一致。此外，研究还发现，FPC中的活动在任务结束后仍然存在，这可能表明FPC在任务结束后仍然参与信息处理和决策调控。这种发现对于理解FPC在任务执行后的持续影响具有重要意义。

研究还探讨了FPC在人类和非人灵长类动物之间的功能差异。尽管FPC在人类中被认为与更复杂的认知功能相关，但在非人灵长类动物中，其功能可能更偏向于基本的规则监控和适应。这种差异可能与FPC在不同物种中的结构和连接方式有关。此外，研究还发现，FPC可能与其它前额叶区域（如侧前额叶皮层）存在功能上的联系，这种联系可能在不同任务中表现出不同的特征。例如，在某些任务中，FPC的活动可能与反事实规则的评估相关，而在其他任务中，其活动可能与任务执行的其他方面相关。

总的来说，这项研究通过结合行为实验、神经记录和电刺激手段，揭示了FPC在规则切换和适应行为中的关键作用。FPC中的伽马和贝塔频率活动可能分别与奖励反馈和反事实规则的价值评估相关，而这些活动的动态变化可能影响动物在任务中的探索和固执行为。此外，研究还表明，FPC的神经活动对决策行为具有因果影响，其中断可能导致行为策略的改变。这些发现不仅加深了我们对FPC功能的理解，也为未来研究FPC在认知过程中的具体作用提供了新的方向。例如，未来的研究可以进一步探讨FPC与其它脑区之间的相互作用，以及不同频率活动在决策过程中的具体功能。此外，研究还可以扩展到其他认知任务，以验证FPC在不同情境下的作用。这些研究不仅有助于理解FPC在认知过程中的角色，也可能为神经疾病的治疗提供新的思路。