日本国立研究开发法人理化学研究所（以下称“理研”）脑神经科学研究中心学习与记忆神经回路研究团队的Joshua Johansen团队负责人与Xiaowei Gu研究员的研究团队，首次揭示了大脑在根据某次体验产生的“愉悦”“不快”等情绪信息，推测其他体验中可能产生的情绪时发挥作用的内部模型部分计算机制。相关研究结果已发表在期刊《Nature》上。
图1 感觉前置条件化（供图：理化学研究所）
A.感觉前置条件化的实验范式。在环境A中实施的前置条件化处理中，向“配对提示组”成对地呈现声和光这两种对动物而言是中性的感官刺激。另一方面，向对照实验的“非配对提示组”不成对地呈现相同时长和次数的声刺激和光刺激。然后，在环境B中对动物进行联合给予光刺激和轻微电击的厌恶条件化处理。次日，通过在初始环境A中测量动物对声刺激和光刺激分别表现出的僵直反应时间，评估其不快体验的记忆唤起程度。若僵直反应时间比例（%）较高，表明动物唤起了不快记忆；反之，若比例较低，则表明动物未唤起不快记忆。
B.在第二天记忆唤起时，观察僵直反应时间比例（%）可以看出：对于声刺激，前置条件化处理中接受了成对呈现的组表现出僵直反应，而“非配对提示组”则未表现出该反应。另一方面，对于光刺激，无论是“配对提示组”还是“非配对提示组”，均表现出僵直反应。厌恶条件化记忆的唤起通过僵直反应时间比例（%）得到体现。
***：显著性水平0.1%；n.s.：not significant（无显著差异）的缩写。
即使在不清楚未经历过的新的感官刺激引发的是“愉悦”还是“不快”体验的情况下，动物仍需推测将产生的情绪体验并采取适当行动。心理学领域曾经提出理论，称“这类高阶情绪信息的推测需通过比较过去体验的情景与当前情境的大脑内部模型来实现”，然而，实际上这种情绪信息的内部模型是通过何种计算机制来实现推测的，这一点一直未明确。
研究团队关注了与负责情绪记忆的小脑扁桃体、参与环境信息记忆的海马体、眶额皮层、嗅周皮层、嗅内皮质等区域相连的背内侧前额叶皮层（dmPFC），认为它可能是负责情绪信息内部模型的主要候选区域之一。
研究团队设置了“dmPFC中构筑的灵活内部模型可以推测出与情感体验并无直接关联的感官刺激可能带来的情感体验”的假说，并对大鼠同时施加光和声这两种感官刺激使之学习（成对呈现），随后进行同时给予光刺激与电击的厌恶条件化处理。结果发现，大鼠实现了不仅对关联电击这一不快体验的光刺激，也对并无直接关联的声刺激表现出“僵直反应”的“感觉前置条件化”。在此过程中，研究团队记录并分析了dmPFC的神经活动，发现伴随光刺激和声刺激的成对呈现，dmPFC神经元中对光和声两种感官刺激产生反应的特定神经元被标记，并与后续的不快体验相关联（刺激与反应结合），从而使依据少量经验灵活推测情绪信息的计算机制发挥作用。
动物凭借从与某种情绪体验并无直接关联的感官刺激中推测出情绪信息的能力，例如，只需遇到与自己曾有过可怕体验的情境相关联的感官刺激，就能推测出“可能会经历可怕的体验”，从而规避危险。本次研究揭示的内部模型计算机制是一种能够依据少量经验预测情绪体验、具备高度灵活性的高效机制。此类内部模型计算机制的研究，将有助于理解大脑特有的低能量消耗运作机制。未来，该成果有望推动焦虑障碍及PTSD等疾病的治疗方法的开发。
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：Nature
论文：Prefrontal encoding of an internal model for emotional inference
DOI：10.1038/s41586-025-09001-2
