近日，中國科學(xué)院神經(jīng)科學(xué)研究所、腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心、神經(jīng)科學(xué)國家重點實驗室蒲慕明研究組在《美國科學(xué)院院刊》在線發(fā)表論文，系統(tǒng)描述了背外側(cè)紋狀體直接通路和間接通路的同一群神經(jīng)元在運動學(xué)習(xí)過程中的電活動變化，并揭示了神經(jīng)元集群的電活動如何經(jīng)過學(xué)習(xí)依賴的時序重構(gòu)最終形成獨特、穩(wěn)定的順序性發(fā)放模式，同時發(fā)現(xiàn)兩條通路的神經(jīng)元活動在運動行為中具有相對獨立又彼此配合的角色分工。這一新發(fā)現(xiàn)為揭示運動學(xué)習(xí)的環(huán)路原理提供了重要依據(jù)，也為基底神經(jīng)節(jié)相關(guān)的運動障礙疾病研究和治療提供了新線索。

背外側(cè)紋狀體腦區(qū)在正常運動功能的執(zhí)行、運動技能的學(xué)習(xí)及習(xí)慣形成中具有重要作用。已知該腦區(qū)有兩條經(jīng)典通路：直接通路和間接通路。以往的研究中，拮抗模型得出的結(jié)論是，直接通路促進運動，間接通路抑制運動；協(xié)同模型得出的結(jié)論是，直接通路會促進期望運動的產(chǎn)生，間接通路會抑制那些與目的無關(guān)的競爭性運動。在本研究中，科研人員關(guān)注3個重點：運動學(xué)習(xí)將如何影響背外側(cè)紋狀體神經(jīng)元的活動？這種影響在背外側(cè)紋狀體的直接通路和間接通路神經(jīng)元活動中是否有差異？若兩條通路神經(jīng)元活動變化不同，是否能夠揭示通路特異性的功能差異？為解答這些問題，研究人員通過動物實驗來記錄同一批神經(jīng)元在學(xué)習(xí)過程中的電活動變化。

他們訓(xùn)練小鼠學(xué)習(xí)一項聲音提示下的推桿運動任務(wù)，并在此訓(xùn)練過程中使用在體雙光子成像技術(shù)，長時程追蹤背外側(cè)紋狀體同一群神經(jīng)元的電活動。通過特異性標(biāo)記直接通路和間接通路的神經(jīng)元，研究人員觀察到，伴隨著小鼠的學(xué)習(xí)過程，兩條通路的神經(jīng)元集群都逐漸產(chǎn)生了獨特的、穩(wěn)定的、順序性發(fā)放的電活動模式，且直接通路神經(jīng)元傾向于在信號感知和推桿操作時活動，而間接通路神經(jīng)元則更多地在推桿動作之后反應(yīng)。在不同的運動任務(wù)場景中同一群神經(jīng)元的電活動模式會發(fā)生改變。

進一步的化學(xué)抑制實驗結(jié)果表明，特異性抑制直接通路神經(jīng)元會破壞推桿運動的起始，而特異性抑制間接通路神經(jīng)元會引起試驗間隔中錯誤推桿次數(shù)的顯著上升。任一通路的抑制均會降低推桿動作本身的熟練程度。

上述研究表明，直接通路和間接通路的神經(jīng)元都參與到小鼠執(zhí)行向右推桿任務(wù)的過程當(dāng)中：在任務(wù)規(guī)則的貫徹上，前者主要負(fù)責(zé)目標(biāo)運動的起始，后者主要負(fù)責(zé)與任務(wù)目的無關(guān)的運動的抑制；在具體動作的執(zhí)行上，二者都參與了對推桿動作準(zhǔn)確度的調(diào)控。兩條通路彼此配合，共同保證小鼠可以高效、準(zhǔn)確地執(zhí)行學(xué)會的運動任務(wù)。（記者王瀟雨）