脑桥脚核光遗传刺激通过阻断海马θ节律实现运动暂停的神经机制研究

本研究通过光遗传学激活脑桥脚核(PPN)诱导大鼠运动暂停，发现其同步阻断海马θ节律(6-9 Hz)，揭示PPN介导的运动抑制不伴随恐惧情绪相关脑电活动，为理解运动-认知耦合机制及帕金森病运动障碍提供新视角。

　　

运动与认知的神经耦合机制一直是神经科学的核心问题。海马θ节律（6-9 Hz振荡）在空间导航和运动协调中起关键作用，但其与运动指令的因果关系尚不明确。同时，脑桥脚核(PPN)作为中脑运动区(MLR)的重要组成部分，虽已知能诱发运动，但其诱导运动暂停的机制及对高级脑功能的影响仍是未解之谜。这项由哥本哈根大学团队发表在《Scientific Reports》的研究，通过精妙的光遗传学干预，揭示了PPN对运动和海马节律的双重控制机制。

研究采用AAV9-CamKIIa-ChrimsonR病毒载体靶向PPN谷氨酸能神经元，结合加速计和CA1-DG区局部场电位(LFP)记录技术。通过光遗传刺激自由活动大鼠的PPN，同步采集运动参数与海马电活动，并采用RNAscope和免疫组化鉴定神经元亚型。

运动暂停的PPN诱导
光遗传激活PPN可在200 ms内迅速终止大鼠运动（图2），这与既往小鼠研究一致但时间常数更长（157 ms），可能与体重差异有关。加速计数据显示运动幅度在刺激后下降90%（图2E-F），同时动物保持"屈爪姿势"（图2C），证实PPN对运动的强效抑制。

海马θ节律的同步阻断
关键发现是PPN刺激不仅暂停运动，还立即阻断海马θ节律（图3）。时频分析显示θ波段（6-9 Hz）功率在刺激后显著降低（图3E-F），其衰减时间常数（90-200 ms）与运动暂停高度同步（图4D-F）。这种效应区别于恐惧冻结（后者伴随θ节律持续），支持PPN诱导的是纯运动抑制而非情绪反应。

神经元亚型与通路机制
组织学证实转染主要发生在PPN吻侧区谷氨酸能神经元（VGluT2⁺占54%），部分共表达胆碱能标记物ChAT（图5E-G）。值得注意的是，PPN胆碱能纤维通常促进θ节律（补充图6），而本研究观察到的θ阻断提示运动抑制可能通过非胆碱能通路实现，与Goni-Erro等报道的Chx10⁺神经元机制形成对比。

研究结论指出，PPN通过谷氨酸能通路实现的运动暂停会同步重置海马θ节律，这种效应独立于情绪系统。这挑战了"θ节律反映运动意图"的传统观点，支持其更可能编码实际运动状态。在讨论中，作者提出PPN可能作为"全功能运动暂停开关"，其同时影响脊髓运动回路和高级认知中枢的特性，为理解帕金森病运动冻结（freezing of gait）提供了新思路。该发现对开发针对基底节-脑桥回路的神经调控疗法具有重要启示。