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2025年7月1日，加利福尼亚大学Vikaas S. Sohal在Nature communications发表：Context-invariant socioemotional encoding by prefrontal ensembles，揭示了前额叶神经群体能够以一种不受情境影响的方式编码社交情绪信息。

前额叶皮层在社交互动、焦虑相关的回避行为以及灵活的情境依赖性行为中发挥关键作用，这也引出了一个重要的问题：前额叶神经元如何在不同环境中表征社会情绪信息？情境信息与社会情绪表征是彼此分离还是相互混合？这种组织方式是否导致社会情绪编码在不同环境中发生重新映射或泛化？为了解决这些问题，作者在不同环境中观察了小鼠在进行社交互动或表现出焦虑相关回避行为时，其腹内侧前额叶皮层（vmPFC）的神经元活动。结果显示，代表情境信息和社交互动的神经元群体之间的重叠程度高于随机预期，但总体上仍然保持高度正交（即信息相对独立）。类似地，焦虑相关的信息也在不同环境中表现出泛化特性，但仍与情境信息保持较大差异。这表明，腹内侧前额叶皮层通过使用部分重叠的神经群体来实现多个信息流的并行处理，而不是依赖完全分离的神经元群体。这种方式使得大脑既能够实现跨情境的稳定编码，又能在群体水平上根据具体情境进行动态重组。

图一 内侧前额叶皮层对社会信息与情境信息的编码机制

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作者对8只小鼠进行了前额叶多神经元活动模式检测，每只小鼠在两天内分别与新的同性别幼年同类进行连续社交互动测试。在第一天（静态情境）中，所有四次社交互动均发生于小鼠的家笼环境内，新来的幼年个体被依次引入，期间穿插着小鼠独处的时间段。在另一天（动态情境）中，小鼠首先在家笼中与两个新幼年个体互动，随后被转移到另一个熟悉的环境中，继续与另外两个新个体互动。作者在两种情境下记录了相似数量的神经元活动，平均记录到约80个细胞。通过结合PCA/ICA算法识别单个神经元并检测其活动事件，生成二进制点阵图以表示每个神经元活跃的时间段。作者计算了每个神经元在社交互动期间和非社交时期的平均活动水平。社交互动定义为小鼠与幼年个体主动接触的时段，而非社交时期则包括未进行互动的所有时间段。作者发现，在社交互动期间，更多神经元表现出极低或极高的活动水平。社交互动期间高活跃和沉默神经元的数量均显著增加。为了研究神经群体是否稳定编码社交信息，作者构建了每次互动或非互动时期的群体活动向量并计算它们之间的相关性。在静态情境中，不同社交互动的群体活动高度相似，但明显区别于非社交时期的活动模式。而在动态情境中，同一情境下的社交与非社交活动彼此相似而跨情境时差异显著。进一步分析显示，在动态情境中，社交与非社交活动模式在同一情境内部的相似性高于跨情境。即使仅分析在两种情境中都活跃的神经元，这一趋势仍然存在。这些结果表明，内侧前额叶皮层中的神经群体既能维持稳定的社交信息编码，又能根据所处环境灵活调整其活动模式。

图二 在不同情境下，社交互动都得到了稳定的表征

在动态情境条件下，社交活动的神经向量与同一情境下的非社交活动向量之间的平均相关性要高于与另一情境下的社交向量之间的相关性。为了进一步探讨社交互动的编码是否具有跨情境稳定性，作者训练了一个线性分类器，基于观察到的神经活动来区分社交和非社交时间段。无论是在静态还是动态情境下，该分类器在识别社交与非社交阶段方面表现出相似的准确率而对随机打乱数据的分类准确率接近50%。当分类器在一个情境中训练、在另一个情境中测试时，其表现仍显著高于随机水平，无论是在静态还是动态情境中。尽管群体活动模式会根据情境发生重组，但仍存在一些稳定的神经活动模式，能够持续编码社交互动，具有一定的情境不变性。为了进一步研究是否存在一组神经元在不同情境下始终参与社交信息的编码，作者计算了每个时间段内的“社交调制指数”和“非社交调制指数”，结果显示，在AB时间段中被显著增强或抑制的神经元，在CD时间段中通常也表现出类似的调制趋势，表现为AB与CD之间社交调制指数的正相关关系。此外，作者构建了社交与非社交调制指数的相似性矩阵，发现无论是静态还是动态情境，各时间段之间的社交调制指数彼此相似且明显区别于非社交调制指数。这些数据表明尽管群体神经活动模式会因情境变化而发生重组，但那些在社交互动中被显著调制的神经元群体在不同环境中保持高度一致性。

图三 焦虑相关信息与情境信息主要由彼此相对独立的神经群体编码

为了量化焦虑相关信息与情境信息之间的重叠程度，作者构建了神经元调制指数向量用以反映每个神经元在不同环境或迷宫区域之间活动的变化。作者比较了神经元在家笼与迷宫之间、迷宫不同子区域（如高架零迷宫EZM的开放臂与封闭臂）之间的平均活动差异，并将其转化为相对于随机打乱数据的百分位数，从而识别出在不同条件下差异活跃的神经群体。作者进一步评估了编码特定情境或焦虑状态的神经群体之间的重合程度。结果发现，用于区分迷宫与其相邻家笼的调制向量彼此之间的相似性显著高于用于区分不同家笼时间段的向量，表明存在大量重叠的神经群体用于编码EZM、EPM和T迷宫相关的情境信息。此外，EZM和EPM中开放臂与封闭臂之间的调制向量也表现出较高相似性，显著高于家笼内部或迷宫与家笼之间的比较结果，说明编码焦虑相关信息的神经群体在不同情境下具有稳定性。作者训练支持向量机（SVM）来区分不同情境（如EZM vs. 家笼）、不同家笼时间段（如家笼1 vs. 家笼2）以及同一迷宫内的不同区域（如开放臂 vs. 封闭臂）。模型在一个迷宫中训练后，在另一个迷宫中的测试表现依然良好，尤其是在区分迷宫与家笼、以及不同迷宫的开放臂与封闭臂时。然而，当模型在情境任务上训练后，却无法有效泛化到焦虑相关区域的分类任务，这进一步验证编码情境信息的神经群体与编码焦虑信息的群体在整体上是相对独立的。

综上所述，本研究揭示了前额叶神经群体能够在不同情境下稳定编码社会情绪信息，表明大脑具备一种跨情境的神经表征机制。这种“情境不变性”对于个体在复杂多变的环境中维持稳定的社交行为和情绪反应具有重要意义。这一发现不仅加深了对前额叶皮层如何整合社会信息与环境背景的理解，也为探索相关神经疾病的机制提供了新的视角。

文章来源

https://doi.org/10.1038/s41467-025-59575-8