在復(fù)雜社交互動中，大腦對社交個體的神經(jīng)編碼和有效區(qū)分，對社交進(jìn)程至關(guān)重要。這種區(qū)分不同社交個體的能力，使群居動物能夠在合作或競爭的社交場景中做出正確反應(yīng)，例如準(zhǔn)確識別交配對象，或辨別潛在威脅性外來個體。腹側(cè)海馬（ventral hippocampus, vHPC）和前額葉皮層（medial prefrontal cortex, mPFC）作為社交行為調(diào)控的關(guān)鍵腦區(qū)，雖已被證實均參與社交信息的處理，然而二者是否采用不同的神經(jīng)編碼策略，以實現(xiàn)社交個體的身份識別，目前仍不明確。

12月10日，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院腦認(rèn)知與腦疾病研究所/深港腦科學(xué)創(chuàng)新研究院詹陽研究員團(tuán)隊在《美國國家科學(xué)院院刊》（PNAS）雜志上發(fā)表了題為"Distinct neural dynamics in the ventral hippocampus and medial prefrontal cortex during social information processing"的研究論文。該研究整合在體多通道電生理記錄、信息論方法與神經(jīng)解碼分析等多種技術(shù)手段，揭示了vHPC與mPFC在社交信息處理中具有不同的神經(jīng)振蕩特性與群體編碼機制，并進(jìn)一步提示mPFC在社交信息表征中具有更強的編碼能力。

研究中，團(tuán)隊記錄了自由活動小鼠在三箱社交互動范式中vHPC與mPFC中的神經(jīng)元放電活動（spike）和局部場電位（local field potential, LFP）。單神經(jīng)元放電頻率分析與群體解碼結(jié)果顯示，盡管在vHPC與mPFC中均存在對不同社交刺激表現(xiàn)出增強或抑制反應(yīng)的神經(jīng)元響應(yīng)群體，但兩個腦區(qū)的神經(jīng)元響應(yīng)比例是有差異的，且mPFC神經(jīng)元表現(xiàn)出更廣泛的選擇性。研究還進(jìn)一步分析了興奮性和抑制性神經(jīng)元對不同社交刺激的反應(yīng)模式。

為量化神經(jīng)群體對社交刺激的信息編碼能力，研究團(tuán)隊采用了香農(nóng)信息熵分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，mPFC所編碼的信息量顯著優(yōu)于vHPC。基于機器學(xué)習(xí)的分類解碼分析進(jìn)一步表明，隨著納入分析的神經(jīng)元數(shù)量增加，mPFC的解碼準(zhǔn)確率始終高于vHPC。信息熵與貝葉斯解碼分析共同證實，mPFC在表征不同社交個體時具備更高的信息含量與解碼準(zhǔn)確性。

該研究通過有線與無線雙記錄系統(tǒng)，明確揭示了vHPC和mPFC在社交互動中表現(xiàn)出頻段特異的神經(jīng)振蕩差異：vHPC主要表現(xiàn)為低頻伽馬（low gamma, 30-60 Hz）增強；而mPFC則在高頻伽馬（high gamma, 60-120 Hz）活動更為顯著。這兩個腦區(qū)還表現(xiàn)出明顯差異的相位-振幅耦合模式，表明兩個腦區(qū)在振蕩機制上存在差異，提示二者在信息處理中可能采用不同的計算策略。

此外，研究還發(fā)現(xiàn)，將spike與LFP的特征相結(jié)合，能進(jìn)一步提升對社交刺激的解碼準(zhǔn)確率。典型相關(guān)分析（canonical correlation analysis, CCA）顯示，mPFC中high gamma與神經(jīng)群體動態(tài)的相關(guān)性最強。進(jìn)而，基于單試次的貝葉斯解碼顯示，mPFC具有更為清晰且穩(wěn)定的社交信息表征。最后，基于信號-噪聲夾角的表征幾何學(xué)分析表明，mPFC神經(jīng)群體表征的信噪夾角更大，說明其結(jié)構(gòu)更有利于信息的讀取與判別。

綜上所述，本研究揭示了vHPC與mPFC在社交信息處理中具有互補性功能分工機制：vHPC可能負(fù)責(zé)初步的社交線索檢測與社交記憶編碼；mPFC則作為高級整合中樞，具有更強的社交個體辨別與社交信息表征能力。該發(fā)現(xiàn)不僅深化了對“社交腦”腦區(qū)功能的理解，也為自閉癥、精神分裂癥等社交功能障礙疾病的機制研究與干預(yù)策略開發(fā)提供了新的理論框架。

博士生汪鑫年是本項工作的第一作者，詹陽研究員是本項工作的獨立通訊作者。詹陽團(tuán)隊長期致力于運用交叉學(xué)科方法解析大腦信息處理機制，探索神經(jīng)疾病病理機制，以及社交行為與神經(jīng)環(huán)路的機制研究。該項目受到國家自然科學(xué)基金委、深圳市科創(chuàng)委等資助。

圖1?社交過程中，vHPC和mPFC的神經(jīng)元差異化響應(yīng)

圖2?與vHPC相比，mPFC的社交編碼能力更強

圖3 spike-LFP協(xié)同解碼提高了對社交刺激的解碼準(zhǔn)確率

原文鏈接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2516279122