大脑如何学习、完善，然后无意识地做出熟练的动作

马里兰大学医学院的一名研究人员和他在哈佛大学的同事在小鼠身上展示了大脑的几个区域是如何协同工作来获得一项技能，并完美地复制它的，每只小鼠都以“跳舞”的形式加入它们自己的个人天赋。

　　

学习系鞋带或演奏乐器等复杂的技术动作需要练习。在一遍又一遍地重复相同的动作之后，人们通常会形成一种公式化的执行任务的方式，甚至可能不再需要再去想它。尽管我们每天都要完成这些重复的任务，但我们对大脑如何学习、重复和完善这些任务知之甚少。

现在,马里兰大学医学院的研究员(UMSOM)和他的同事在哈佛大学小鼠所示数个大脑区域如何需要共同努力,获得技能和复制它完美地与每个小鼠添加他们自己的个人天赋的形式“跳舞”。

他们的研究发表在2022年2月25日的《科学进展》杂志上。

“除了遵循我们的基本好奇心，弄清楚大脑如何工作，以及我们如何学习动作，我们的工作有许多直接的应用。马里兰大学医学院药理学助理教授Steffen Wolff博士说。“更重要的是，希望有一天，从这个基础研究项目中收集到的见解能够帮助那些患有脑损伤或影响运动疾病的人。”

研究小组通过训练小鼠来研究它们的大脑是如何学习和执行新技能的。在这些实验中，小鼠学会了以一种特定的方式按压杠杆来获得水。

“在学习的过程中，它们会跳一段舞蹈，每只小鼠都有自己的舞蹈动作，”沃尔夫博士说。“当他们完善了他们的技术后，他们继续做任何对他们有用的学习:一个动物会挠墙壁，另一个会敲他们的脚，另一个伸出他们的舌头，同时按杠杆。”

这些舞蹈类似于棒球投手每次准备投球时所做的迷信动作，比如拉帽檐或用脚抓沙子。

在之前的一项研究中，该团队表明，当研究人员损坏运动皮层(大脑最外层的一部分)时，这些小鼠就不能学习它们的小舞蹈。然而，一旦他们学会了舞蹈来执行任务，他们就可以在没有这个大脑区域的情况下完成任务。在另一项研究中，研究人员发现了另一个对学习这项任务至关重要的大脑区域——基底神经节，这是大脑深处的一个区域。这个区域在帕金森氏症中也受到影响。

在他们最新的研究中，研究人员将这些碎片整合在一起，询问运动皮层是否教会基底神经节产生新的技能。他们用病毒关闭了两个大脑区域之间的连接。正如研究人员所预料的那样，他们发现，如果没有运动皮层对基底神经节的指导，小鼠就不能再发展它们的任何舞蹈。

然后，研究人员想知道基底神经节是否也与大脑的其他区域一起工作来执行学习到的技能。他们将注意力集中在大脑深处的另一个区域，这个区域也与基底神经节——丘脑有着紧密的联系。

现在，当研究人员用病毒工具破坏了丘脑与基底神经节之间的连接时，这些小鼠仍然按下了杠杆，但它们完全失去了它们特殊的习得舞蹈。小鼠们又开始反复击打杠杆，就像它们刚开始学习这项任务时一样。沃尔夫博士解释说，这些简单的动作可以由大脑的其他更基本的部分产生，比如脑干。

“这项工作有助于揭示个体的大脑区域如何协同工作的逻辑控制技能学习和执行,第一步在我们寻求帮助治疗疾病如帕金森病运动运动,和伤害从外伤或中风电机调速部分的大脑,”巴尔的摩大学医学事务执行副总裁、医学博士、MBA院长E. Albert Reece和马里兰大学医学院John Z. and Akiko K. Bowers特聘教授说。

文章标题

Distinct roles for motor cortical and thalamic inputs to striatum during motor skill learning and execution