单根触须肌肉的“幕后操控神经系统”

这篇研究通过狂犬病病毒逆向跨突触标记技术，首次系统揭示了控制大鼠C3触须肌肉的广泛皮层神经环路。研究发现超过2/3的第三级神经元（L5PNs）分布于初级运动皮层（vM1）外的额顶叶区域，其中体感皮层桶状区（vS1）的L5PNs密度与vM1相当，颠覆了传统认为vS1仅参与触须回缩的观点。研究提出vM1-vS1通过兴奋-抑制平衡协同调控触须运动的创新模型，为皮层运动控制机制提供了重要范式。

　　

多皮层系统协同调控单根触须肌肉

研究背景

啮齿类动物的触须是其核心感觉运动器官，具有两种典型运动模式：双侧协调的"拂动"（whisking）和单根触须的复杂个体化运动。这些运动由两类肌肉控制：调控多根触须的外在肌和驱动单根触须前伸的内在肌。尽管已知大脑皮层是精细运动控制的关键中枢，但单根触须肌肉的神经基质尚未阐明。

研究方法

研究团队将N2c株狂犬病病毒注射到大鼠C3触须的内在前伸肌，利用病毒逆向跨突触传播特性：

1. 一级感染：支配目标肌肉的运动神经元（MNs）

2. 二级感染：脑干中连接MNs的 premotor neurons（preMNs）

3. 三级感染：皮层中连接preMNs的第五层锥体神经元（L5PNs）
   通过3天存活期获得特异性标记三级神经元的样本（n=8），结合免疫荧光和全脑重建技术进行系统分析。

主要发现

1. 广泛分布的皮层输出系统：

• 70.3%的vL5PNs位于对侧半球，29.7%位于同侧

• 仅29.1%位于初级运动皮层（vM1），其余分布于次级运动区（M2）、初级体感皮层（vS1）、次级体感区（S2）和前岛叶（AI）

• vS1贡献了18%的vL5PNs，其神经元密度峰值与vM1相当

2. 体感皮层的运动调控功能：

• 桶状区（barrel field）vL5PNs不仅分布于C3对应桶柱，还覆盖70%的桶状区

• 提出vS1通过脊髓三叉核抑制前伸肌MNs的新机制，解释其电刺激引发触须回缩的现象

3. 双侧控制特征：

• 对侧vM1_contra与前伸肌MNs的连接比为15:1

• 同侧vM1_ipsi位于vM1_contra前外侧1.5mm处，连接比反转（1:5）

4. 与肢体运动系统的对比：

• 前肢伸肌（EDC）的L5PNs 98.6%集中在对侧，且无岛叶投射

• vM1内触须与肢体L5PNs高度重叠（84%），而vS1内呈现区域分离

创新模型

研究提出"配对启动-抑制"模型：

• vM1→网状结构通路：激活前伸肌MNs + 抑制回缩肌MNs

• vS1→三叉神经通路：激活回缩肌MNs + 抑制前伸肌MNs
  该模型得到以下证据支持：

1. 病毒标记显示三叉核存在前伸肌preMNs

2. vS1失活会增强vM1刺激引发的前伸

研究意义

这项研究改写了传统认知：

1. 揭示非初级运动区（尤其vS1）在运动输出中的核心作用

2. 阐明皮层通过兴奋-抑制平衡实现精细运动控制的普适机制

3. 为感觉-运动整合研究提供新范式，对理解神经系统疾病运动障碍具有启示价值

材料与方法

实验采用P28-35 Wistar大鼠，通过立体定位注射N2c狂犬病毒（10⁹ pfu/mL）。采用50μm厚切片进行双通道共聚焦成像，使用Amira软件进行三维重建和量化分析。所有操作符合NIH生物安全规范，原始数据已公开。