立刻马上动起来！科学家们发现了一个大脑回路，可以触发有计划的运动

有计划的行动对我们的日常生活至关重要，而且往往需要延迟执行。小时候，我们蜷缩着站着，做好了准备，但等待着“出发！”的喊声就是不动。作为成年人，我们会等到交通灯变绿后再转弯。新的研究探索了环境中的线索如何触发有计划的运动。

　　

这一发现发表在Cell上，是由马普神经科学研究所、HHMI的Janelia研究园区、艾伦脑科学研究所和其他机构的科学家合作得出的结果。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，科学家们着手研究环境中的线索是如何触发有计划的运动的。

“大脑就像一个管弦乐队，在交响乐中，乐器用不同的节奏和音色演奏出不同的曲调。这些声音的集合构成了一个乐句。同样，大脑中的神经元也会因不同的模式和时间而活跃。神经元活动的集合调节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。在运动的计划阶段和执行阶段，运动皮层的活动模式有很大的不同。这些模式之间的转换是触发移动的关键。然而，控制这种转变的大脑区域还不为人知。“一定有大脑区域扮演着指挥的角色，”Inagaki博士说，“这些区域监测环境线索，协调神经元活动，使之从一种模式转变为另一种模式。指挥确保计划在正确的时间转化为行动。”

为了确定是哪个神经回路起到了启动计划中的运动的指挥作用，研究小组在小鼠执行一个由线索触发的运动任务时，同时记录了数百个神经元的活动。在这项任务中，小鼠被训练在胡须被碰的情况下舔向右边，而胡须没有被碰的情况下舔向左边。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。动物们不得不推迟它们的动作，直到播放一个音调，或者“go cue”。只有在发出信号后动作正确才会获得奖励。因此，小鼠会保持一个计划的方向，它们将舔，直到提示，并执行计划后的舔。

然后，科学家们将复杂的神经元活动模式与行为任务的相关阶段联系起来。研究人员发现，大脑活动在发出“走”信号后，以及在运动计划和执行之间的转换过程中立即发生。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了导体的作用，研究小组使用了光遗传学技术。这种方法使科学家能够利用光激活或关闭这个电路。在行为任务的计划阶段激活这个回路，将小鼠的大脑活动从运动计划切换到执行，并导致小鼠去舔。另一方面，在打围棋线索时关闭电路，抑制了线索的移动。小鼠仍然处于运动规划阶段，就像它们没有收到发出信号的信号一样。

研究人员在这项工作中发现了一个神经回路，它对触发对环境线索的反应至关重要。Inagaki博士解释了他们的发现是如何展示行为控制的普遍特征的。“我们已经发现了一种电路，可以改变运动皮层的活动，从运动规划到在适当的时间执行。这让我们了解到大脑是如何协调神经元活动来产生复杂行为的。未来的工作将集中于了解这个回路和其他回路是如何重组许多大脑区域的神经元活动的。”

除了这些在理解大脑功能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，如帕金森氏症，患者在自主运动方面有困难，包括行走困难。然而，增加环境线索来触发动作，比如地板上的线条或听觉音调，可以极大地提高病人的行动能力。这一现象被称为矛盾运动症，表明大脑中不同的机制被召集来进行自我启动的运动和线索触发的运动。发现与线索触发运动有关的大脑网络，这在帕金森氏症中相对较少，可能有助于优化治疗。

Journal Reference:

1. Hidehiko K. Inagaki, Susu Chen, Margreet C. Ridder, Pankaj Sah, Nuo Li, Zidan Yang, Hana Hasanbegovic, Zhenyu Gao, Charles R. Gerfen, Karel Svoboda. A midbrain-thalamus-cortex circuit reorganizes cortical dynamics to initiate movement. Cell, 2022; DOI: 10.1016/j.cell.2022.02.006