Neuron
前额叶眶回皮层更新主观信念以推断环境状态

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该研究揭示了前额叶眶回皮层（OFC）在动物推断隐藏状态中的关键作用，并通过电生理记录和群体神经元分析方法，识别出与状态推断相关的神经因子。OFC的失活显著影响动物的信念更新能力，而这些神经动态在其他皮层区域并不普遍，说明OFC在认知推理中的独特功能。

 

文献概述

本文《The orbitofrontal cortex updates beliefs for state inference》，发表于《Neuron》杂志，回顾并总结了Schiereck等人关于大鼠如何通过推断隐藏奖励状态来调整等待时间的研究。研究团队通过行为实验、神经电生理记录及计算建模，揭示了前额叶眶回皮层（OFC）在推断任务状态中的神经机制，并发现其在状态推断过程中表现出独特的神经动态特征。

背景知识

前额叶眶回皮层（OFC）在认知功能中具有重要地位，尤其在状态推断（state inference）和信念更新方面。状态推断是一种基于不完整观察推断环境潜在结构的过程，广泛存在于学习和决策行为中。然而，OFC如何在神经层面支持这一过程，特别是在群体神经元水平的动态变化，仍不清楚。研究团队设计了一种时间赌注任务，通过奖励体积与等待时间的关系，考察大鼠如何推断隐藏状态。同时，他们结合电生理记录和新型群体分析方法，识别出与状态推断相关的神经因子，并探讨OFC在不同策略（如推断与归一化）中的因果作用。早期研究中，大鼠在状态推断任务中表现出行为敏感性，而这种敏感性在OFC失活后显著降低，说明OFC在信念更新中具有关键作用。此外，通过hLDS模型分析，研究团队验证了OFC在不同时间尺度上的神经动态特征，进一步支持其在抽象状态推断中的功能。

 

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研究方法与实验

研究团队训练大鼠执行一种时间赌注任务，其中奖励体积由声音提示，奖励位置由LED指示。大鼠可选择等待奖励或在任意时间终止试验。奖励体积在高低区块和混合区块中变化，通过分析大鼠在不同区块中的等待时间变化，推断其采用的策略。OFC失活实验通过双侧注射GABA受体激动剂muscimol，观察其对状态推断的影响。使用电生理记录和群体神经元分析方法，研究团队识别出与状态推断相关的神经因子。此外，他们开发了分层线性动态系统模型（hLDS）来分析神经动态在多个时间尺度上的整合机制。

关键结论与观点

• OFC在状态推断过程中表现出显著的神经动态变化，而失活OFC后大鼠对隐藏状态的敏感性下降，行为调整变慢
• 通过hLDS模型分析，研究团队识别出OFC中慢速和快速潜在神经因子，这些因子反映了状态推断和感知刺激的整合
• 在高低区块向混合区块的转换中，大鼠表现出信念更新的非对称性：从低区块到混合区块的调整更快，而从高区块到混合区块的调整更慢，说明其信念更新具有过度乐观倾向
• 单神经元和群体分析表明，OFC的神经活动在状态推断任务中表现出特异的编码模式，而在其他皮层区域（如M1、piriform cortex）并不具备这种特征
• hLDS模型成功预测了神经活动在状态推断过程中的动态变化，验证了OFC在推断抽象、隐藏状态中的计算作用

研究意义与展望

研究揭示了OFC在状态推断中的精确计算机制，以及其在信念更新中的神经动态特征。未来可进一步研究OFC如何与其他脑区（如海马、纹状体）协作支持状态推断，以及该机制在人类认知任务中的保守性。此外，OFC在不同认知任务中的计算模式是否具有普遍性，仍需进一步探索。

 

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结语

本文研究通过高通量行为训练和电生理记录，系统分析了前额叶眶回皮层在状态推断任务中的神经机制。研究发现，OFC在大鼠推断隐藏奖励状态时表现出独特的神经动态变化，失活该区域会显著影响信念更新过程。此外，研究团队使用hLDS模型揭示了OFC中多时间尺度的神经整合机制，为理解认知推断的神经基础提供了新视角。这些发现不仅深化了对OFC在抽象认知计算中的作用的理解，也为相关脑疾病和认知障碍的神经机制研究提供了理论支持。

 

Shannon S Schiereck, Danilo Trinidad Pérez-Rivera, Andrew Mah, Cristina Savin, and Christine M Constantinople. The orbitofrontal cortex updates beliefs for state inference. Neuron.