《Current Biology 》小鼠新皮质中细胞类特异性口面部运动图谱：解锁运动控制的神秘密码

为探究皮质运动图谱结构，瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）研究人员研究小鼠口面部运动图谱，发现其可分解为特定细胞类模块，对理解运动控制有重要意义。

　　

在神经科学的神秘世界里，大脑如何精准控制身体运动一直是科学家们不懈探索的谜题。皮质运动图谱（Cortical motor maps）作为 voluntary motor control 的基本组织原则，其背后的结构却如同隐藏在迷雾之中，让研究者们难以捉摸。无论是经典的额叶运动皮层，还是感觉皮层和顶叶皮层等区域，它们在运动控制中所扮演的角色和相互之间的协作机制，都亟待深入挖掘。

为了揭开这层神秘的面纱，来自瑞士洛桑联邦理工学院（E′cole Polytechnique Federale de Lausanne，EPFL）的 Keita Tamura、Pol Bech 等研究人员，踏上了探索之旅，专注于研究小鼠新皮质中细胞类特异性口面部运动图谱。这一研究成果为我们理解大脑运动控制的奥秘提供了新的视角，意义非凡。

研究人员为了深入探究皮质运动图谱的结构，采用了一系列先进的技术方法。首先是光遗传学（Optogenetics）技术，通过将 Channelrhodopsin-2（ChR2） 表达在不同类型的神经元中，实现对特定神经元的精准刺激，从而绘制出不同细胞类别的运动图谱。同时，结合高速摄像技术，对清醒且头部固定的小鼠在刺激过程中的口面部运动进行详细记录。此外，利用钙成像（Calcium imaging）技术，研究人员能够实时监测神经元的活动，分析不同脑区之间的功能连接。在实验动物选择上，研究使用了多种转基因小鼠品系，如 Emx1^Cre 小鼠、Rasgrf2^Cre 小鼠等，通过不同品系小鼠来研究不同类型神经元对运动控制的贡献。

研究结果

1. 细胞类特异性口面部运动图谱：研究人员通过光遗传学刺激不同类型的皮质兴奋性神经元，发现口面部运动图谱存在空间上分离的模块。在表达 ChR2 的所有兴奋性神经元的 Emx1^ChR2 小鼠中，诱发下颌张开的区域广泛分布于前外侧皮层。然而，对于不同基因定义的细胞类，如 Rasgrf2^ChR2-L2/3 小鼠、Scnn1a^ChR2-L4 小鼠等，其下颌张开的运动图谱热点分别集中在初级运动皮层（tjM1）、次级运动皮层（tjM2）或初级躯体感觉皮层（tjS1） 等不同区域，这表明运动图谱存在细胞类特异性模块。

2. tjM1 作为驱动下颌张开的潜在共同节点：通过同时进行钙成像和光遗传学刺激实验，研究人员发现不同细胞类小鼠在刺激 tjS1、tjM1 和 tjM2 时，tjM1 区域的钙信号与刺激诱发最大下颌张开的区域相关性最佳。例如，在 Rasgrf2^ChR2-L2/3 小鼠中，刺激 tjM2 诱发 tjM1 最大的钙信号，且 tjM2 也是该品系小鼠诱发下颌张开的热点区域。这表明 L5PT 神经元所在的 tjM1 可能是驱动下颌张开的重要汇聚节点。

3. 运动学习对运动图谱的影响：研究人员对部分小鼠进行水限制训练，让其学习舔舐对侧远处的饮水口以获取水奖励。结果发现，整体上不同 ChR2 小鼠品系的运动图谱在学习过程中变化不大，但 Tlx3^ChR2-L5IT 小鼠的运动图谱发生了显著变化，其驱动下颌张开的区域从 tjS1 扩展到 tjM2。这表明在学习过程中，一些 L5IT 神经元可能改变了其连接性，以增强下颌张开的运动。

研究结论与讨论

这项研究揭示了口面部皮质运动图谱根据基因定义的兴奋性神经元类别存在意想不到的分离现象。这种分离可能与不同细胞类与 tjM1 的功能连接差异有关，同时在舔舐学习过程中，运动图谱表现出细胞类特异性的稳定性和可塑性。

对于 Rasgrf2^ChR2-L2/3 神经元，tjM2 区域的神经元可能通过与 tjM1 的强功能连接驱动下颌张开；而对于 Scnn1a^ChR2-L4、Tlx3^ChR2-L5IT 和 Ntsr1^ChR2-L6CT 神经元，tjS1 区域在驱动下颌张开中起更重要作用。这些结果为理解大脑如何通过不同细胞类别的神经元协作控制口面部运动提供了重要依据。

未来，研究人员计划开展更多深入研究，如进行失活实验以探究特定模块的因果贡献，研究其他基因定义的神经元类别的运动图谱，以及研究不同复杂学习行为过程中各种细胞类的活动、连接性和可塑性。这些研究将进一步拓展我们对大脑运动控制机制的理解，为相关神经科学领域的发展奠定更坚实的基础。