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A054 Nat Neurosci：大脑如何开启“降噪模式”？眶额皮层对感觉信息的预测性过滤机制

来源：公众号 PSY-Brain_Frontier ｜发布：2026-03-09 ｜原文链接

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基本信息

Title:Orbitofrontal cortex drives predictive filtering of sensory responses

发表时间：2026.2.24

发表期刊: Nature Neuroscience

影响因子：20.0

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研究背景

坐在喧闹的咖啡馆里，最初咖啡机的轰鸣声可能非常刺耳，但没过多久，你的大脑就会自动将其“静音”。这种过滤熟悉且无关紧要刺激的能力被称为习惯化，它是大脑最基础但也最重要的“垃圾信息过滤器”。如果这个过滤器失效，世界将变得极其嘈杂和令人难以忍受，而这种感觉超载正是自闭症谱系障碍（ASD）和精神分裂症等精神疾病的核心症状之一。

一直以来，习惯化被视为“最简单的学习形式”，传统理论常将其归结为自下而上的外周机制，比如感觉受体的疲劳或突触抑制。然而，这些简单的机制无法解释我们在复杂感官环境中长达数周的长期习惯化现象。为了解释这一难题，科学界提出了自上而下的调控理论，其中存在两大核心争议：“预测性负向镜像”假说认为大脑学习了刺激的规律并主动生成预测信号来抵消它，而“新异性”假说则认为大脑仅在初次遇到新刺激时放大信号，随后这种放大效应自然消退。尽管争论已久，驱动长期习惯化的确切神经环路始终是个未解之谜。本研究巧妙地解决了这一争议，并出人意料地发现，眶额皮层（OFC）才是掌控这一高级感觉过滤过程的“幕后黑手”。

Fig. 1 | Distinct mechanisms underlie within-day and across-day habituation in A1.

研究核心总结

一、眶额皮层是听觉习惯化的“主控开关”

研究团队连续五天向小鼠播放相同频率的纯音，观察到初级听觉皮层（A1）的神经元反应出现了显著的长期习惯化。为了验证自上而下的调控来源，研究人员在小鼠完成习惯化后，通过药理学方法失活了腹外侧眶额皮层（OFCvl）。结果显示，OFCvl的失活完全逆转了A1区域原本已经建立的习惯化，使其对声音的反应重新增强。值得注意的是，如果在未经历习惯化的初始小鼠中失活OFCvl，A1的反应并没有任何改变。这一关键对比直接推翻了新异性假说，证明OFC并不是单纯传递“新奇感”，而是长期感觉习惯化得以表达的必要条件。

Fig. 2 | Inactivation of OFC reverses across-day habituation in A1.

二、生成预期的“负向镜像”以消除刺激

OFC究竟是如何操控A1的？通过解剖学追踪和钙成像技术，研究发现OFCvl向A1发出了直接的谷氨酸能投射。随着每天的声音暴露，这条OFC到A1的轴突末端活动逐渐增强，这表明它携带着随着经验累积而生长的预测信号。更深入的病毒示踪表明，这些自上而下的投射主要支配A1中表达生长抑素（SST）的抑制性神经元。当预期的声音出现时，OFC的预测信号会强效激活A1的SST细胞，进而由SST细胞广泛抑制锥体神经元以及VIP和PV等其他中间神经元。换句话说，OFC通过在感觉皮层中生成预期刺激的“负向镜像”，直接抵消了自下而上的感官输入。

Fig. 3 | Post-habituation inactivation of OFC suppresses SST neuron activity in A1.

三、声音特异性与局部突触可塑性的双重保险

这种大脑内置的“降噪机制”极其精准。当研究人员在测试中加入全新的声音（Tone B）时，OFC到A1的轴突和A1神经元均没有表现出习惯化抑制，预测性过滤仅针对已经熟悉的特定声音（Tone A）生效。此外，习惯化不仅依赖OFC的预测指令，还需要A1局部的配合。通过敲除特定细胞的NMDA受体，研究发现A1区SST细胞内依赖于经验的突触可塑性会进一步放大这种自上而下的感觉习惯化效应。

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Fig. 4 | OFC top-down projection conveys predictive signals and suppresses A1.

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Fig. 5 | Both OFC top-down projections and A1 neurons show sound-selective plasticity.

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研究意义

该研究不仅打破了长期以来认为OFC仅参与价值和奖励评估的传统观念，首次确认了其在中性感觉预测过滤中的核心功能，更为自闭症等神经发育障碍中常见的感觉超敏症状提供了极具潜力的神经环路治疗靶点。

图13

Fig. 6 | NMDA receptors in A1 and SST cells are required for habituation.

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Abstract

Habituation is a crucial sensory filtering mechanism whose dysregulation can lead to a continuously intense world in disorders with hypersensitivity. Although habituation is often termed the simplest form of learning, its circuit mechanisms remain elusive. Conventional peripheral explanations fail to fully account for long-term habituation in complex sensory environments, leading to theories proposing top-down regulation. Here we evaluated two competing top-down mechanistic explanations for habituation in mice (growth in predictive filtering and waning of novelty-driven amplification) and identified an unexpected role for the orbitofrontal cortex (OFC) in predictive filtering. After daily sound exposure, neural habituation in the primary auditory cortex (A1) was reversed by inactivating the OFC. Top-down projections from the OFC, but not other frontal areas, carried predictive signals that grew with daily sound experience and suppressed A1 via somatostatin-expressing inhibitory neurons. Thus, prediction signals from the OFC cancel out anticipated stimuli by generating their ‘negative images’ in sensory cortices.

图15