在运动学习中新发现的脑回路

大脑如何获得新的运动技能?今天(2月9日)发表在科学杂志上的一项新研究科学的进步揭示了一种新发现的大脑回路，它可能赋予我们这种非凡的能力。

皮层如何与纹状体对话

大脑皮层是大脑皮层的外层大脑她是一个终极的多任务者，从语言、认知到记忆和自主行动，她都参与其中。你现在正在用它来读这个句子。但它并不是单独起作用的，它与许多其他大脑区域建立了广泛的联系。

“我们对皮层中两种主要类型的细胞特别感兴趣，即IT(脑内)和PT(锥体束)神经元，”尼古拉斯·摩根斯特恩说，他是这项研究的第一作者，当时由葡萄牙里斯本尚帕利莫基金会的瑞·科斯塔领导的小组进行了这项研究。IT细胞和PT细胞都将信号从皮层发送到另一个埋藏在大脑深处的区域，称为纹状体。这些“皮质-纹状体”连接(即从皮层到纹状体的连接)对运动学习非常重要，并已涉及运动障碍比如帕金森症。”

这就是我们故事中的第三个主要角色出现的地方:刺状投射神经元(SPNs)，它占纹状体神经元的95%。spn与IT细胞和PT细胞直接接触。“我们想了解IT细胞和PT细胞在其中的不同作用大脑电路这对运动学习和行为非常重要。”

用光照射大脑，发现新的路径

为了更好地理解这些皮质纹状体之间的联系，作者使用了一种(几乎)每个神经科学家的工具箱中都有的技术:光遗传学，一种利用光控制细胞活动的方法。正如Morgenstern解释的那样，“我们对小鼠的IT或PT细胞进行了基因工程改造，允许我们使用光遗传学独立激活这些细胞类型，并测量它们对纹状体中spn的不同影响。”

使用这种方法，在记录体外神经元活动的同时，作者发现了一种新的皮质纹状体通路。在这一途径中，出现了第四个主要参与者:纹状体胆碱能中间神经元(ChIs)。作为三人接力中的“中间人”，纹状体中的chi接收来自PT细胞的输入，并反过来激发SPNs。Morgenstern说:“我们发现PT细胞优先连接到chi，这间接激活了spn。”

使用药理学方法，作者能够精确地显示ChIs如何激发SPNs。当被PT神经元激活时，ChIs释放一种称为乙酰胆碱(ACh)的神经递质。神经递质是将信号从一个细胞传递到另一个细胞的化学信使。当ChIs释放ACh时，它们会导致附近细胞的神经纤维激发spn。

兴奋两次

这些结果表明，SPN被激发了两次:第一次，通过已知的直接路径(IT→SPN和PT→SPN)，第二次，通过之前未知的间接电路(PT→ChI→SPN)，它放大了初始激发。这种双重激励的目的是什么?作者推测，直接的IT→SPN连接最初准备特定的运动动作，而PT→ChI→SPN连接随后触发运动。

尼古拉斯·摩根斯特恩指出:“除了运动执行外，由PT神经元介导的第二兴奋阶段可能对通过神经递质ACh诱导特定连接强度的持久变化很重要。”这对行为可能很重要，因为当脑细胞之间的联系发生变化时，学习就会发生。”

因此，除了深入研究控制运动和行为的大脑回路线路，并帮助我们理解IT和PT的不同角色细胞这项研究也可能为我们解开学习之谜提供重要的线索。

“还有很多东西需要探索，”该研究的资深作者、哥伦比亚大学祖克曼脑脑行为研究所教授兼主任Rui Costa说。“例如，我们有兴趣了解这种电路是否会受到帕金森病或亨廷顿病等疾病的影响。”虽然还有很多东西需要解开，但多亏了这项研究，我们学到了更多关于学习的知识。