2026年7月28日，中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心（神经科学研究所）姚海珊研究团队发表了题为《Control of associative learning by the mediodorsal thalamus-orbitofrontal cortex circuit》的研究论文。该研究由中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心（神经科学研究所）姚海珊研究组完成，揭示了背内侧丘脑-眶额叶皮层环路通过前馈抑制机制调控关联学习。相关论文发表在 Nature Communications。

关联学习是大脑适应复杂环境、指导行为决策的重要能力。当天空中出现厚重的乌云，我们会带着伞出门；远远望见快餐店的金色M招牌，我们会联想到汉堡和薯条；走到路口看到亮起的红灯，我们会自然而然地停下脚步。这些看似习以为常的反应，都源于大脑的关联学习能力——通过经验建立环境线索与其可能后果之间的联系，从而预测未来事件并选择恰当行为。

大量研究表明，眶额叶皮层（Orbitofrontal cortex, OFC）是关联学习和价值决策的重要脑区。在学习过程中，OFC神经元会动态更新对任务相关信息的编码，并整合感觉线索、行为后果和既往经验等信息，形成对当前任务的表征，使个体能够根据线索-后果关联的变化灵活调整行为。OFC并非独立完成这一过程，其重要的信息来源之一是背内侧丘脑（Mediodorsal thalamus, MD）。在小鼠和猴的研究中发现，MD受损会导致学习速度减慢、行为灵活性下降等认知功能障碍。丘脑向皮层的投射不仅提供兴奋性输入，也通过招募局部抑制性神经元调节皮层神经元活动。以往研究发现，MD向前额叶皮层的投射可通过前馈抑制机制调控认知功能。然而，MD-OFC环路如何参与关联学习，以及MD向OFC的投射是否通过前馈抑制调控OFC神经元对任务相关信息的编码，仍有待深入研究。

为了回答这些问题，研究团队建立了头部固定小鼠的嗅觉Go/No-Go关联学习行为范式。小鼠先经过条件化训练，使其建立特定气味与奖励之间的关联，随后在新的气味-奖励配对条件下进行刺激区分学习：Go刺激出现后舔水可获得奖励，而No-Go刺激出现后舔水不会获得奖励也没有惩罚。研究团队发现，光遗传失活MD在OFC的轴突末梢会显著减慢小鼠的刺激区分学习（图 1），表明MD-OFC投射环路在关联学习中发挥因果作用。光遗传失活MD脑区、OFC脑区或特异性失活投向OFC的MD神经元，也会导致学习受损。

图1 光遗传抑制MD在OFC的轴突末梢导致关联学习变慢

为了揭示其神经机制，研究人员利用多通道胞外电生理记录和单光子钙成像，记录了MD神经元、OFC神经元和投向OFC的MD神经元在学习过程中的活动，并结合广义线性模型分析神经元对刺激价值和行为后果的信息编码特征。发现随着学习进展，MD和OFC神经元的刺激价值选择性逐渐增强，同时对有奖励和无奖励后果的反应选择性也发生动态变化。结合光遗传操纵和电生理记录发现，在学习过程中失活MD向OFC投射的轴突末梢，会显著削弱OFC神经元的刺激价值选择性和后果选择性随学习的动态变化。

研究人员进一步解析了MD调控OFC功能的神经环路机制。脑片电生理实验表明，MD输入不仅直接兴奋OFC锥体神经元，还可通过激活表达小清蛋白（Parvalbumin，PV）的抑制性神经元，对锥体神经元产生前馈抑制。在学习过程中，失活OFC中接收MD输入的 PV神经元，会削弱OFC兴奋性神经元的刺激价值选择性和后果选择性随学习的动态变化（图 2），其效应与失活MD轴突末梢的结果一致。

图2接收MD输入的OFC PV神经元对任务相关信息编码的调控

综上，该研究揭示了MD向OFC的投射通过招募由OFC局部PV神经元构成的抑制性环路，动态调控OFC神经元对刺激价值和行为后果的信息编码，从而促进关联学习（图 3）。该发现也为理解学习障碍及相关神经精神疾病中的认知功能异常提供了新的线索。

图3 MD-OFC环路通过前馈抑制机制调控关联学习

该研究在中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心脑智卓越中心姚海珊研究员的指导下完成。博士研究生乐子薇为该论文的第一作者，博士研究生黄璨、任靖宇以及副研究员刘德陈、张雯也参与本研究并做出重要贡献。该研究得到科技部、中国科学院和国家自然科学基金委的资助。