《Developmental Cognitive Neuroscience》：Population-level encoding of task information is stronger in the adolescent compared to adult frontal cortex.
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本研究针对青春期大脑为何对经验更敏感这一科学问题，通过双光子钙成像技术，比较了青少年期与成年期小鼠在学习听觉go/no-go任务时背内侧前额叶皮层（dmPFC）的神经活动。研究发现，尽管单神经元编码水平相当，但青少年小鼠dmPFC的群体活动能更准确地解码任务信息，且这种优势与更高的噪声相关性有关，提示青春期前额叶皮层存在一种增强信息编码的独特神经机制。
青春期常被认为是大脑发育的“敏感期”，此阶段的经历往往对个体产生深远影响，但其背后的神经机制尚不明确。一个核心的科学问题是：为何青春期的经验会比成年期的经验留下更深刻的烙印？是青少年的大脑在结构和功能上具有某种独特的优势，使其能够更有效地“捕获”和“编码”经验信息？以往的研究多集中于观察青春期行为上的不成熟，例如冲动、冒险倾向增加等，但对于支持这种敏感性增强的皮层微环路活动特征，尤其是如何在群体神经元水平上表征任务信息，仍知之甚少。背内侧前额叶皮层（dmPFC）作为高级认知控制的关键脑区，其第二/三层（L2/3）神经元在青春期经历了显著的抑制性神经递质GABA能传递的成熟和树突棘的修剪，这些变化被认为是大脑成熟的重要标志，但它们究竟如何影响皮层群体信息处理能力，是促进还是阻碍了信息编码？为此，研究人员开展了一项精细的动物实验。
为了回答上述问题，研究团队训练了处于青少年期（出生后30-45天，P30-45）和成年早期（P60-75）的小鼠学习一项头固定的听觉go/no-go任务。小鼠需要学会区分提示奖励的“go”音调和非奖励的“no-go”音调，并做出相应的舔水或抑制舔水的行为反应。重要的是，研究人员通过双光子显微镜，在小鼠执行任务的同时，实时记录其dmPFC区域L2/3表达GCaMP6s钙指示剂的神经元的活性。这使得能够直接在细胞分辨率上比较两个年龄组在学习和执行相同任务时，前额叶皮层神经活动模式的差异。
本研究所依托的关键技术方法主要包括：利用双光子钙成像技术记录小鼠dmPFC的L2/3神经元在行为任务中的活动；采用支持向量机（SVM）解码器分析群体神经活动所编码的任务信息（如刺激身份、行为选择）；运用多重线性回归模型量化单个神经元对任务变量（如刺激、选择、奔跑速度）的编码程度；通过计算噪声相关性（包括配对相关性和群体相关性）来评估神经元活动之间的协同性；并通过构建伪群体（打乱试次标签以消除噪声相关性而保留信号相关性）来探究噪声相关性对信息解码的贡献。
2.1. 青少年小鼠比成年小鼠更快学会听觉辨别任务
行为学结果显示，青少年小鼠学习任务的速度显著快于成年小鼠，更早达到熟练标准（d‘ > 1.8）。然而，一旦成为“专家”后，两个年龄组在任务表现（如击中率、虚报率）上并无差异。这表明青少年在学习效率上具有优势，而非最终的绩效水平。
2.2. 在单细胞水平，成年和青少年dmPFC编码任务信息的神经元比例相似
对单个神经元活动的分析表明，在行为表现匹配的专家小鼠中，编码任务相关变量（如刺激类型、行为选择）的神经元比例在青少年和成年组之间没有显著差异。两组小鼠都有相当比例的神经元对任务变量有显著响应。
2.3. 从青少年大脑中解码任务变量的完整性优于成年大脑
尽管单神经元编码无差异，但利用支持向量机对群体神经活动进行解码时，发现了关键区别。在学习的后期（专家阶段），解码器能够从青少年dmPFC的群体活动中更准确地解码出刺激身份（“go” vs. “no-go”），其解码准确率显著高于成年组。这种优势在解码不同的“no-go”线索时尤为明显，提示青少年dmPFC对任务信息的群体表征更精确、更特异。
2.4. 青少年解码能力的增强不能由奔跑差异解释
为排除青少年小鼠可能更活跃（奔跑更多）对神经活动和解码结果的影响，研究人员进行了多项控制分析，包括比较奔跑速度调制相似的线索对间的解码、在回归模型中控制奔跑速度的影响、以及使用调整后（剔除奔跑贡献）的钙信号进行解码。结果均表明，青少年解码优势独立于奔跑行为，确实反映了其神经群体对任务信息本身更强的编码能力。
2.5. 噪声相关性可能解释青少年在信息解码上的优势
进一步分析揭示，青少年专家小鼠dmPFC的群体噪声相关性（反映神经元活动共享波动程度的指标）高于成年专家小鼠。当研究人员通过打乱试次标签的方式构建“伪群体”以消除噪声相关性后，青少年组原有的解码优势消失了，其解码准确率下降至与成年组相当的水平。这表明，青少年dmPFC中较高的噪声相关性非但没有损害信息处理，反而有助于提升群体水平的信息编码效能。
研究结论与讨论部分强调，这项研究揭示了青少年前额叶皮层的一个潜在功能优势：通过增强的群体噪声相关性，该脑区在青春期表现出更强大的分布式信息编码能力。这为理解青春期为何是经验依赖型塑脑的关键窗口提供了新的神经机制视角。以往研究多强调青春期前额叶的“不成熟”特性，而本研究则发现，这种“不成熟”（如更高的噪声水平）可能恰恰是其在特定条件下实现更优信息处理的基石。这种增强的编码能力可能部分解释了为何青少年能更快学习新任务，以及为何青春期的经历能产生持久影响。当然，这种编码优势也可能是一把“双刃剑”，在促进适应性学习的同时，也可能使青少年对负面经历（如压力、成瘾性物质）更敏感。该研究将经典敏感期理论从感觉皮层拓展至联合皮层，提出了前额叶皮层青春期敏感期可能存在的细胞水平调控机制。未来研究可进一步探索调控噪声相关性的具体神经环路（如GABA能抑制、多巴胺调制、局部连接性等），以及这种编码优势在不同认知任务和脑区的普适性。研究成果发表于《Developmental Cognitive Neuroscience》，深化了对青春期大脑发育和可塑性的理解。
