我们通过感知视觉、听觉、触觉等信息以及它们的组合来认识外部世界。而面对这些纷杂的信息时,只有我们的大脑对这些信息做出正确的编码,才能高效和正确的做出反应。为了对外界的物体或事件做出更为精确的感知和决策,大脑通常必须对这些感知到的信息进行合成加工,这个过程称为感觉信息编码。这一信息处理过程对于我们的行为、学习和社交有着极为重要的作用。在一个动态的、包含有多种感觉信息的环境时,大脑如何策略性地对不同的刺激进行辨识并依此做出决策,是神经科学研究领域需要回答的一个基本问题,但是目前我们对这一问题仍然知之甚少。内侧前额叶皮层(Medial Prefrontal Cortex,mPFC)是大脑的高级皮层,在感觉信息编码、学习记忆和行为决策中有着很重要的作用,接受来自于所有感觉皮层的投射。在这项研究中,我们以大鼠为实验动物,设计了一个较为新颖的行为学任务,即训练大鼠学会对不同单感觉刺激(3KHz纯音、1OKHz纯音、光)和对不同多感觉刺激(3KHz+光、10KHZ+光)的分辨,当大鼠把头伸入到中间洞时(见图2),可触发其中的一个刺激,如果刺激是3KHz纯音,动物到右边就可以得到水奖励,如果10KHZ+光,到左边可以得到水奖励,其它刺激没有奖励。当动物学会这个任务后,在mPFC区移植多通道电极,记录动物在完成任务的过程中神经元如何对感觉刺激和行为学选择进行编码,并对数据进行深入分析。实验共在8只大鼠上进行,经过4-6个月的训练,总共有8只大鼠能够很好的完成这个任务,行为任务正确率可以达到75%以上。我们随后的神经元记录主要在这8只大鼠上完成,共记录到了 408个神经元,其中有328个神经元的反应与行为任务密切相关;108个神经元对感觉刺激起反应,其中74个神经元对听和视-听刺激有较强的放电反应,其余34个神经元对视、听以及视-听刺激均有反应;而更多的神经元则表现为对行为选择的编码,而没有对感觉刺激表现出明显的反应。74个对听、视-听刺激起反应的神经元对不同的感觉刺激具有较强的分辨能力,总的表现为对与奖励相关的刺激有较强的放电反应,即对3KHz纯音和1OKHz纯音+光的反应要高于对1OKHz纯音和3KHz纯音+光;排除饮水奖励和行为选择等因素,我们发现神经元并未对视-听刺激表现出更强的整合反应,相反,大部分神经元对10KHZ+光的反应要弱于对3KHz纯音的反应,在行为任务状态下,神经元对多感觉刺激的编码不同于我们传统上的认识。与之形成鲜明对比是,34个对三种不同类型的感觉刺激均有反应的神经元,它们对感觉刺激的辨识度比较差,对听、视、视-听刺激的反应差异性较小。对140个与行为决策相关的神经元的反应进行深入分析,发现这些神经元对左和右的方向选择具有较强的辨识性,同时我们还发现这些神经元对多感觉刺激形成决策指令的时间要早于对单感觉刺激,提前大约100ms时间,这一结果与以前在动物上开展的行为学研究和在人上所开展的心理物理研究相似。本文所述的实验结果初步探究了大脑高级皮层如何在行为任务状态下,对不同类型和具有不同意义的感觉刺激以及相应的行为选择进行编码,在理论上丰富了我们对大脑处理外界复杂信息的认识,也部分的揭示了大脑在面对动态刺激时动态的改变选择策略的神经机制。前额叶皮层作为高级皮层,我们很多对于外界的认识和行为决策均由其控制,如果部分受损会影响人或动物的认知和行为,因此我们的研究结果为由于前额叶受损而引起的疾病提供理论上的认识。