Neuron：研究人员对教科书上关于大脑如何指定运动的观点提出了挑战

使用一种新的系统，HHMI的Janelia研究校区的研究人员和合作者发现基底神经节中被称为纹状体的部分并不像以前认为的那样参与行动选择。相反，纹状体和运动皮层一起工作，指定运动参数来执行一个动作。

　　

当你在权衡两个可能的动作时，你的大脑需要决定做什么以及如何做。例如，如果一本书和一个杯子并排放在桌子上，你的大脑必须决定你是想读小说还是喝咖啡——选择要采取的动作。你的大脑还需要弄清楚你是需要将手伸向一个方向20度去拿书，还是向另一个方向20度去拿杯子——明确动作的具体执行。

数十年来，大多数神经科学家认为，大脑的一个区域——基底神经节——负责动作的选择，而另一个区域——运动皮层——负责动作的具体执行。然而，现在，借助在Janelia开发的一种新系统，由Dudman实验室领导的研究人员发现，基底神经节的一个部分——纹状体——并不像之前认为的那样参与动作选择。相反，纹状体和运动皮层共同工作，以确定动作的参数，从而完成动作。

这项新研究揭示了纹状体在运动控制中的作用，这些信息有助于研究人员更好地理解运动障碍，如帕金森病和亨廷顿病。Janelia高级研究小组负责人Josh Dudman说：“现在我们可以开始思考：纹状体是如何控制运动速度的，我们如何将其恢复，如何改善它。一个更准确的概念模型，关于纹状体是如何工作的，最终将有助于我们更清晰地思考如何恢复功能。”

这个项目始于十年前，当时Dudman和他的团队开始看到来自纹状体的数据，这些数据与关于该大脑区域作用的现有模型相悖。他们的数据与其他关于纹状体的观察结果一致，这些观察结果质疑了其传统角色。例如，该区域与运动系统相连，暗示它可能涉及行为的更机械方面。此外，患有影响基底神经节的运动障碍的患者，如帕金森病或亨廷顿病，并不是在决定他们想做什么上有困难，而是在移动肢体去完成动作上有困难。

该团队着手测试他们的假设，即纹状体可能涉及灵活、目标导向行为的更机械方面。为了区分不同可能性，研究人员设计了一个实验，其中的动作几乎相同——拿起一本书的动作与拿起一个杯子的动作只有细微的差别。在这种情况下，神经活动模式在动作的具体执行上会相似，但在动作选择上会不同。这使得研究人员能够区分这两种动作。

研究人员与Janelia实验技术团队合作，设计了一个新颖的“拉杆”系统，其中操纵杆可以处于两个略有不同的位置，需要几乎相同的动作才能到达。研究人员同时记录了小鼠在伸手并拉动操纵杆以获取水奖励时纹状体和运动皮层的神经活动。他们发现，当动物在不同位置伸手并拉动操纵杆时，这两个大脑区域的神经活动是相同的。这些结果表明，纹状体和运动皮层都参与了动作的具体执行，而不是选择，并且它们共同工作，使动物能够选择如何执行动作。

该团队的研究提出了关于这两个大脑区域如何协调以贡献相同功能的问题。与其让多个大脑区域执行完全相同的功能——可能会出现“人多手杂”的情况——似乎每个区域更可能贡献细微的变化。新发现表明，行为并非由单一主体产生，而是许多部分主体共同作用的结果。

研究还详细描述了一种用于测试关于不同大脑区域在灵活、目标导向行为中作用的假设的新系统——研究人员表示，这个项目得益于Janelia的支持。Dudman说：“我们处于一个能够及时构建实验硬件以执行我们设计的实验的环境中，这产生了巨大的影响。这不仅仅是加快速度——而是将机会成本从高于阈值降低到低于阈值，我们真的可以尝试。”