准备好了,……走吧!科学家们发现了一种大脑回路，可以触发计划动作的执行

有计划的行动在我们的日常生活中是必不可少的，它往往需要延迟执行。作为孩子，我们蹲着站着，准备着，等待着“出发!”的呼喊，然后从起跑线冲刺。作为成年人，我们要等到交通灯变绿才转弯。在这两种情况下，大脑都已经计划好了我们的精确动作，但直到出现特定的提示(例如，喊“开始!”或绿灯)时才会执行它们。现在，科学家们已经发现了大脑网络，它会根据这一线索将计划转化为行动。

这一发现发表在科学杂志上细胞这项研究是由马克斯·普朗克佛罗里达神经科学研究所、HHMI的Janelia研究园区、艾伦脑科学研究所等科学家合作完成的。在共同第一作者Hidehiko Inagaki博士和Susu Chen博士以及资深作者Karel Svoboda博士的带领下，科学家们开始了解我们环境中的线索如何触发有计划的运动。

“大脑就像一个管弦乐队，”稻垣博士说。在交响乐中，乐器以不同的节奏和音色演奏出不同的曲调。这些音的集合构成了乐句。同样，大脑中的神经元也以不同的模式和时间活跃。神经元活动的集合调节了我们行为的特定方面。”

例如，运动皮层是大脑中控制运动的区域。运动皮层的活动模式在运动的计划和执行阶段有很大的不同。这些模式之间的转换对于触发运动至关重要。然而,大脑区域控制这种转变的方法是未知的。稻垣博士说:“一定有大脑区域起到了导体的作用。“这些区域监测环境线索，并协调神经元活动从一种模式到另一种模式。指挥员确保计划在正确的时间转化为行动。”

为了确定作为导体启动计划运动的神经回路，当一只老鼠执行提示触发的运动任务时，该团队同时记录了数百个神经元的活动。在这项任务中，老鼠被训练去舔右边的胡须，如果没有舔左边的胡须。如果这些动物朝着正确的方向舔，它们就会得到奖励。然而，这里有一个陷阱。动物们不得不延迟他们的动作，直到一个音调，或“开始提示”响起。只有在“开始”提示后正确的动作才会得到奖励。因此，老鼠保持一个舔方向的计划，直到go提示，然后执行计划的舔。

然后，科学家们将复杂神经元联系起来活动模式行为任务的相关阶段。研究人员发现，大脑活动发生在行动提示后，以及在运动计划和执行之间的转换过程中。这种大脑活动源于中脑、丘脑和皮层的神经元回路。

为了测试这个电路是否起到导体的作用，研究小组使用了光遗传学。这种方法使科学家能够利用光激活或灭活这个电路。在行为任务的计划阶段激活这个电路切换鼠标的大脑的活动从运动计划到执行，引起老鼠的舔舐。另一方面，在播放go提示时关闭电路会抑制所提示的运动。老鼠仍然处于运动计划阶段，就好像它们没有收到行动的提示一样。

稻垣博士及其同事的这项工作确定了一种神经回路对于触发对环境线索的反应至关重要。稻垣博士解释了他们的发现如何证明了行为控制的可概括特征。“我们已经发现了一个可以改变大脑活动的电路运动皮层从电机规划到执行在适当的时间。这让我们深入了解大脑如何协调神经元活动来产生复杂的行为。未来的工作将集中于了解这个电路和其他电路如何在许多大脑区域重新组织神经元活动。”

除了这些在理解大脑如何运作方面的基本进展之外，这项工作还具有重要的临床意义。在运动障碍中，如帕金森氏病，患者在自主运动方面遇到困难，包括行走困难。然而，添加环境线索来触发动作，如地板上的线条或听觉音调，可以极大地改善患者的活动能力。这种现象被称为“矛盾运动症”，它表明大脑中不同的机制被用于自我发起的运动和线索触发的运动。发现了大脑与提示触发的运动相关的网络，在帕金森病中相对较少，可能有助于优化治疗。