对Marie Carlén关于前额叶皮层构成之综述的解读
本文作者Marie Carlén隶属瑞典卡罗林斯卡学院（Karolinska Institutet）的神经科学系以及生物科学与营养系。该文章以观点综述（Perspective）的形式于2017年10月27日发表于国际顶尖学术期刊《Science》上，标题为“What constitutes the prefrontal cortex?”。
本文聚焦于神经科学领域中的一个基础但悬而未决的核心问题：如何定义和研究前额叶皮层（prefrontal cortex, PFC）。随着以小鼠（Mus musculus）为代表的啮齿类动物在系统神经科学研究中日益成为主流模型，而该领域的大量经典知识又源于对灵长类（包括人类）的研究，如何跨越物种差异理解“前额叶皮层”这一概念的结构与功能同源性，已成为一个紧迫且充满争议的议题。Carlén博士的这篇综述旨在梳理相关历史脉络、剖析现有定义困境、探讨跨物种比较研究的可行性与挑战，并呼吁神经科学界重视术语与概念的精确性，以推动对该脑区本质的深入理解。
主要观点与论述：
一、 前额叶皮层缺乏统一的、结论性的定义，其跨物种同源性仍存争议。 作者开篇即指出，尽管前额叶皮层在进化中相对扩大，在人类大脑中占据了整个皮层面积的30%，且其复杂性日益增长，但神经科学界至今仍缺乏一个结论性的定义。这种定义困境源于历史上两种主要定义方式的局限。首先是以细胞构架学（Cytoarchitecture）为基础的Brodmann定义，即根据是否存在显著的颗粒细胞层（第IV层）来界定“额颗粒皮层”。这一定义导致只有灵长类动物才拥有真正意义上的“前额叶皮层”，因为非灵长类哺乳动物（如啮齿类）的相应区域均为无颗粒型（Agranular）。其次是以连接组学（Hodology）为基础的Rose和Woolsey定义，即认为接受丘脑背内侧核（mediodorsal nucleus of the thalamus, MD）投射的皮层区域即为前额叶皮层。这一定义试图为所有哺乳动物找到一个同源结构。然而，后续研究发现MD不仅投射到前额叶区域，也投射到其他皮层；同时，前额叶皮层也接受来自MD之外其他丘脑核团的投射。因此，仅凭MD投射无法精确定义前额叶皮层的边界。作者强调，由于缺乏单一、普适的定义，不同物种间前额叶皮层的结构与功能比较变得异常复杂，同源性（源于共同祖先）与类似性（源于趋同进化）的争论持续不断。
二、 不同物种间前额叶皮层的解剖结构划分与命名存在显著差异，啮齿类模型内部亦未统一。 文章详细比较了人类、非人灵长类与啮齿类（主要为大鼠和小鼠）前额叶皮层的解剖学特征。在人类和非人灵长类中，前额叶皮层通常包含颗粒型（如背外侧前额叶皮层，DLPFC）和无颗粒型（如前扣带皮层，ACC）区域，并广泛使用Brodmann分区进行描述。然而，在啮齿类动物中，所有的前额叶皮层区域都被描述为无颗粒型。尽管研究人员普遍接受啮齿类拥有前额叶皮层，但其具体区域的划分和命名却存在显著不一致。作者以小鼠为例，指出不同研究团队（如Van de Werd, Paxinos & Franklin, Allen脑图谱）对前额叶亚区（如前边缘皮层Prelimbic，下边缘皮层Infralimbic，眶额皮层Orbital）的边界和术语使用存在分歧。例如，同一个解剖位置在不同图谱中可能被冠以不同名称，或同一名称指代不同的区域范围。这种术语和图谱的不统一，增加了研究者之间交流误解的风险，也使得基于立体定位坐标的实验结果比较变得困难。作者认为，这种现状突显了建立一个关于小鼠前额叶皮层解剖结构的共识的迫切性。
三、 以小鼠为模型研究前额叶皮层功能是否具有意义，取决于对“进化保守”与“物种特异”两种视角的权衡。 这是本文探讨的核心议题之一。反对使用啮齿类模型的观点主要基于“物种特异化”视角：灵长类（尤其是人类）的背外侧前额叶皮层（DLPFC）在细胞构架（六层颗粒型）、空间位置（与无颗粒皮层相邻而非与古皮层相邻）和连接模式（如与背侧纹状体的连接）上显示出独特性，可能是在进化后期出现的新结构。因此，啮齿类可能缺乏与之完全同源的脑区，不适用于研究DLPFC相关的独特高级认知功能。然而，支持使用啮齿类模型的观点则倾向于“进化保守”或“功能同源/类似”视角：尽管神经基质（脑区）可能不同，但前额叶皮层所支持的基本功能可能是“类共通的”（class-common）。例如，工作记忆、反应抑制、策略转换、注意力控制等功能在灵长类和啮齿类中都有表现，且都依赖于各自的前额叶皮层。大量损伤研究表明，不同哺乳动物在前额叶受损后会出现相似的行为缺陷。因此，研究啮齿类前额叶皮层有助于揭示这些基础功能的神经计算原理。作者指出，啮齿类模型的价值可能在于探索那些在进化早期就已出现、并被各类哺乳动物共享的前额叶核心功能，而非直接模拟灵长类特有的、高度分化的区域功能。
四、 “认知”等概念过于宽泛，可能阻碍对前额叶皮层核心功能的精准探索。 作者回顾了行为主义（Behaviorism）和认知科学（Cognitive Science）对神经科学，特别是前额叶功能研究的影响。行为主义强调可观测的行为，避免使用“心智主义”术语；而认知科学则重新将“心智”概念引入心理学，将认知视为信息处理。如今，“认知”（Cognition）已成为一个涵盖广泛心理过程的伞状术语，常与前额叶皮层紧密关联。然而，作者引用批评意见指出，这种过于宽泛的概念可能没有对应的大脑机制，且可能误导研究，使不同研究之间的比较变得模糊。前额叶皮层涉及情绪、社会、动机、知觉等多种过程，将其功能笼统地归为“认知控制”或“执行功能”可能掩盖了其更具体、更本质的计算角色。因此，作者主张发展更具描述性、更贴近已证实神经过程的术语和概念，这将有助于跨物种、跨研究的清晰比较。
五、 前额叶皮层的核心功能可能在于行为的时间组织，这为跨物种比较提供了理论框架。 文章最后探讨了关于前额叶皮层核心功能的理论。作者提及了一个反复出现的观点：前额叶皮层对于行为的时间组织（temporal organization of behavior）至关重要。这一功能涉及利用过去经验预测未来，并为了达成目标而组织、规划、执行一系列在时间上延伸的新颖的、目标导向的行动。无论是心理的、情绪的抑或运动相关的行动，其表征和产生都可能依赖于前额叶皮层。该脑区可能通过发出“自上而下”（top-down）或“偏置”（biasing）信号，来选择和塑造下游脑区的信息处理流程，从而整合输入、内部状态和输出，以服务于当前目标。作者指出，这一理论框架（尽管很大程度上源于对灵长类DLPFC的研究）具有超越特定物种区域的潜力，因为它指向了一个可能更基础、更通用的计算需求——在时间维度上整合信息以指导适应性行为。这为在不同物种（包括小鼠）中研究前额叶皮层的整体功能提供了有价值的视角。
文章的意义与价值： Marie Carlén的这篇综述具有重要的学术警醒与指导价值。它系统性地揭示了一个被许多研究者可能忽视或默认接受的根本性问题：我们正在广泛研究的“前额叶皮层”本身是一个定义模糊、跨物种同源性存疑的概念。文章并非否定小鼠模型的价值，而是强调在使用模型时保持概念上的清醒和严谨的必要性。它呼吁神经科学界在享受技术进步（如光遗传、钙成像）带来的实验能力飞跃的同时，需要并行发展精确的、基于神经生物学术语的描述体系，并加强对跨物种比较的理论思考。本文促使读者反思：当我们谈论小鼠的“前额叶皮层”时，我们究竟在指代什么？我们从中获得的知识，在多大程度上以及何种层面上，能够帮助我们理解人类复杂认知行为的神经基础？这篇文章为未来前额叶皮层的研究设定了一个更审慎、更具批判性的基调，强调了整合比较解剖学、进化生物学和系统神经科学视角的重要性，以最终回答“前额叶皮层是什么以及它为何存在”这一根本性问题。