研究表明，大脑皮层控制着熟练动作的表现

中枢神经系统的基本功能是协调运动。熟练的动作需要很多元素，包括计划、启动、执行和细化。霍华德·休斯医学研究所詹尼利亚研究校园的科学家们已经在老鼠身上进行的实验中证明，大脑的感觉运动皮层对于发起和执行一个复杂的动作至关重要。暂时关闭大脑的这部分会使老鼠在训练任务中突然停顿，一旦运动皮层活动恢复，它们就会成功地恢复。

目前还不清楚运动皮层是大脑自主运动的主要主管，还是它的作用是微调复杂的运动。这项由Janelia小组负责人亚当·汉特曼(Adam Hantman)领导的新研究于2016年2月1日发表在《eLife》杂志上，研究表明大脑这部分的活动对学习技能至关重要。

当动物计划和执行动作时，运动皮层的神经元会放电，但这种活动的确切影响尚不清楚。尽管人工刺激大脑皮层可以唤起动物复杂的动作，但其他研究人员已经发现了这一点老鼠在运动皮层受到不可逆损伤的情况下，仍能保持完成学习过的一系列动作的能力。这些动物确实倾向于失去灵活性，例如，通过摆动肢体来适应，而不是小心地将爪子移动到目标上。

汉特曼和他的同事们认为，他们可以通过光遗传学来操纵运动皮层，从而对运动皮层的精确作用有更多的了解。光遗传学是一种可以对神经活动进行精确时间控制的技术。这项技术包括将光敏蛋白传递到特定的神经细胞中，然后使用适当波长的激光脉冲来打开或关闭这些神经细胞的活动。使用这种方法，Hantman和他的团队可以在老鼠执行任务时的特定时刻抑制运动皮层。每次只关闭运动皮层活动几秒钟，也会使老鼠不可能学会补偿运动控制方面的任何障碍，这是先前试图探索运动皮层作用的一个潜在的混淆因素。

郭建忠(Jay)是汉特曼实验室的资深科学家，他花了几个月的时间耐心地训练老鼠够到并抓住一个食物颗粒，然后把它送到嘴里吃掉。然后，科学家们利用光遗传学来操纵动物运动皮层的活动。在动物们开始伸手去拿食物后，郭用激光束激活控制动作的运动皮层区域的抑制性神经元。的抑制性神经元，进而关闭了附近的兴奋性神经元。汉特曼解释说:“我们实际上是在利用大脑皮层自我关闭。”他们认为，这样做可能会让老鼠努力成功完成任务。

事实上，效果要戏剧化得多。在老鼠开始用右爪抓取食物球后的任何时刻，汉特曼和他的同事可以通过打开使左爪运动皮层沉默的激光，突然停止这一动作。汉特曼说:“当我们在实验室里看到它发生时，这是一件令人激动的事情。”“只要激光开着，动物的爪子就不能向前移动。这就好像我们实现了对鼠标的远程控制。”

在某些情况下，科学家们在老鼠抓住小球后抑制了运动皮层，然后观察老鼠用另一只爪子(由未操作的皮质半球控制)将停滞的肢体引导到嘴里。汉特曼说:“它的胳膊就是抬不起来吃东西。”“它知道自己有一粒食物，它非常想吃它，但它就是不能把它放进嘴里。”

在所有的实验中，汉特曼的团队都记录了动物的行为，并使用了由詹尼利亚团队负责人克里斯汀·布兰森和同事开发的新的机器学习算法来有效地跟踪它们的运动。通过自动化分析，研究小组可以测试在各种情况下抑制运动皮层的效果。但当他们检查不同的行为时，如舔食或梳理毛发，老鼠继续不受干扰的活动，尽管运动皮层受到抑制。科学家们得出的结论是，暂停效应是特定于一种习得性的、复杂的、目标驱动的朝着目标运动。

值得注意的是，在抓取食物的任务中，科学家一关闭激光，老鼠就会重新开始它们停止的动作，从而使运动皮层的正常活动恢复。事实上，科学家们发现，一只熟悉这项任务的饥饿老鼠在正常的运动皮层活动恢复后，会立即去吃一个食物球，即使没有食物球存在，而且之前也没有启动这项行动。汉特曼说:“仅仅是抑制和释放这种抑制似乎就唤起了整个运动序列。”尽管没有真正的小球，也不考虑爪子的起始位置，动物们可靠地伸向了它们知道小球应该在的地方。汉特曼说:“这向我们表明，也许大脑皮层不是在指定运动的运动学，而是在指定学习到的终点位置。”

汉特曼和他的团队现在急于调查如何运动皮层保留关于移动方向的信息。他说:“我们在这些干扰中注意到的一些事情为我们提供了切入点，试图揭示可能导致这种熟练动作的皮层动力学。”