2026年1月29日，美国杜克大学于《Nature Neuroscience》发表了一篇名为“Corticothalamic communication for action coordination in a skilled motor behavior”的文章。解析小鼠伸手 - 取回 - 饮水（RWD） 行为中，前肢与口面部动作协调的神经机制，明确次级运动皮层中央区（MOs-c）及其皮层 - 丘脑通路在该复杂运动行为中的调控作用。

一、研究目的
定位调控 RWD 行为的关键皮层网络节点，明确 MOs-c 在动作时序推进与协调中的核心功能。区分 MOs-c 内两种投射神经元 —— 锥体束神经元（PTFezf2）和皮层丘脑神经元（CTTle4）的活动特征与功能差异。阐明皮层 - 丘脑环路如何通过突触可塑性机制，选择性增强与 RWD 行为相关的丘脑神经元活动，实现动作协调。

二、研究方法
1 动物模型与行为学范式
采用多种基因编辑小鼠品系，构建头部固定的RWD行为范式。设置不同位置的饮水口，利用高速摄像结合DeepLabCut深度学习算法，提取多项肢体运动时序特征，划分“伸手-取回-饮水”三个动作阶段。

2 宽场钙成像与神经活动编码分析
通过Cre依赖的病毒载体，在特定神经元群体中表达钙指示剂，对小鼠背侧皮层进行宽场钙成像。结合广义线性模型，分析皮层活动与前肢运动时序的相关性，定位与RWD行为高度相关的皮层节点。

3 光遗传学操控与电生理记录
光抑制实验：在特定小鼠或特定神经元群体中表达抑制性视蛋白，通过闭环光抑制或持续性光抑制，阻断特定皮层区域或神经元类型的活动，观察RWD行为缺陷。

光遗传学标记与电生理记录：在目标神经元中表达ChR2，结合线性硅探针或Neuropixels探针进行在体电生理记录，通过光脉冲触发动作电位，标记并区分不同类型神经元的放电特征。

4 神经环路示踪技术
顺行示踪：通过AAV病毒标记特定神经元轴突投射，明确其仅靶向丘脑特定核团。
逆行单突触狂犬病毒示踪：标记特定神经元的上游输入，发现其接收来自前肢体感皮层、口面部运动皮层等区域的直接投射，并与丘脑神经元形成双向环路。

三、研究内容
1 RWD 行为的动作时序与运动特征分析
行为学拆解：RWD 行为分为伸手、取回、饮水三个阶段，其中伸手阶段包含抬手-瞄准-推进-抓取步骤，取回阶段为旋前，饮水阶段为舔舐。

目标位置依赖性：小鼠针对不同位置饮水口，通过调整上臂外展/内收、腕部屈曲实现精准瞄准，对侧目标的伸手动作需要更大的角度修正，运动轨迹更复杂。

手-口协调特征：取回阶段手部旋前角度与舌部伸出精准匹配，旋前角度随动作阶段发生规律性变化。

图1 | 消耗过程中伸展与回缩的协调进展

2 调控 RWD 行为的皮层网络定位
皮层活动全景：宽场钙成像显示，RWD 行为中背侧皮层多个区域存在显著活动，且活动模式与目标位置高度相关。

核心节点确认：GLM 分析表明，MOs-c 的两类神经元活动与 RWD 运动学特征相关性最高，其中一类表现为“快速激活峰”，另一类表现为“延迟持续激活”。

皮层节点功能验证：对侧 MOs-c 的光抑制导致伸手动作失败，且取回阶段手部旋前和舔舐动作严重受损，证实 MOs-c 是调控 RWD 行为的核心节点。

图2 | 皮层子网络差异性报告运动进程

3 MOs-c 内不同投射神经元的功能差异
神经元类型特异性抑制实验：抑制一类神经元主要影响对侧目标的伸手精准度，缺陷程度与目标位置难度相关；抑制另一类神经元则导致手-口协调严重紊乱，且缺陷不受目标位置影响。

动作阶段调控差异：一类神经元活动在伸手阶段达到峰值，取回阶段迅速下降；另一类神经元活动在伸手-取回转换阶段达到峰值，并在饮水阶段持续维持高放电水平。

图3 | MOs-c PT与CT是RWD进展及协调所必需的。
 

图4 | MOs-c PT与CT动力学与动作相进展呈差异性相关。

4 皮层-丘脑环路的功能机制
特定神经元对丘脑神经元的选择性调控：特定神经元轴突投射至丘脑特定核团，其激活可通过突触易化机制，选择性增强与 RWD 行为相关的丘脑神经元活动；抑制该类神经元则会显著降低对应丘脑神经元的放电频率，破坏手-口协调。

两类投射神经元的突触可塑性差异：一类投射神经元与丘脑神经元的突触表现为短时程压抑，主要参与运动准备阶段的丘脑活动调控；另一类投射神经元与丘脑神经元的突触表现为短时程易化，负责维持运动执行阶段的丘脑神经元持续激活。

图5 | MOs-c CTTle4神经元选择性增强与RWD相关的丘脑动力学。
 

图6 | MOs-c PTThal亚群对丘脑动力学的影响

四、创新点
1 首次定位 MOs-c 为调控复杂运动协调的核心皮层节点
通过皮层全域宽场钙成像与闭环光抑制实验，明确次级运动皮层中央区（MOs-c）是调控小鼠 RWD 行为动作时序推进与手 - 口协调的关键枢纽，填补了高级运动皮层调控复杂摄食行为的研究空白。

2 揭示 PT 与 CT 神经元在运动调控中的分工协作模式
首次在功能层面区分 MOs-c 内 PTFezf2和 CTTle4神经元的活动特征与功能：PTFezf2负责目标导向的伸手动作精准控制，依赖目标位置难度；CTTle4负责动作全程的时序协调，尤其是手 - 口动作匹配，且具有位置非依赖性。

3 阐明皮层 - 丘脑环路的突触可塑性编码机制
发现 CTTle4神经元通过短时程突触易化，选择性增强丘脑神经元中与 RWD 行为相关的活动；而 PTThal神经元通过短时程突触压抑调控运动准备阶段的丘脑活动。两种不同的突触可塑性机制，实现了皮层对丘脑活动的精准调控。

五、启发
1 研究思路层面：从行为拆解到环路解析的系统策略
精细化行为分析：借助深度学习工具对复杂运动进行分阶段、多维度量化，为后续神经机制研究提供精准的行为学指标。

从全域到局部的定位逻辑：先通过宽场钙成像确定核心皮层网络，再利用神经元类型特异性操控，实现从 “网络 - 区域 - 细胞类型” 的层层递进式解析。

2 技术方法层面：多技术融合的神经环路研究范式
将宽场钙成像、光遗传学操控、在体电生理、环路示踪等技术有机结合，实现了 “活动观测 - 功能验证 - 机制解析” 的完整研究闭环，为复杂神经环路的研究提供了可借鉴的技术框架。

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参考文献：
Li Y, An X, Mulcahey PJ, Qian Y, Xu XH, Zhao S, Mohan H, Suryanarayana SM, Bachschmid-Romano L, Brunel N, Whishaw IQ, Huang ZJ. Corticothalamic communication for action coordination in a skilled motor behavior. Nat Neurosci. 2026 Jan 29. doi: 10.1038/s41593-025-02195-8. Epub ahead of print. PMID: 41612025.

创作声明：本文是在原英文文献基础上进行解读，存在观点偏向性，仅作分享，请参考原文深入学习。

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