现有神经活动观测手段包含单电极胞外记录、功能磁共振成像（fMRI）与静态组织免疫荧光染色，分别可获取少量神经元放电信号、全脑宏观血氧活动、离体固定脑组织细胞分型信息。但单电极仅能捕捉零星神经元信号，fMRI 空间分辨率无法区分棘突投射神经元亚型，静态染色无法追踪同一细胞随行为变化的动态响应，学界仍不清楚自主发起与外界线索触发两类动作是否依赖完全分离的纹状体神经群体。

双光子钙成像可在活体动物深部脑区长期追踪上千个神经元的钙离子荧光动态，同时结合 Cre 工具鼠可区分 D1 型棘突投射神经元（D1-SPN）、D2 型棘突投射神经元（D2-SPN）两大通路细胞，具备单细胞分型与动态记录双重优势。但该技术难以同步对照两种不同发起模式下的标准化运动行为，无法剥离运动轨迹差异带来的神经信号干扰，也缺少维度分解手段区分上下文信息与运动执行信息的编码通路。

（A）梯度折射率（GRIN）透镜植入背外侧纹状体的示意图
（B）D2-tdTomato 基因小鼠中，GRIN 透镜植入位置与 GCaMP8m 钙指示剂表达的组织学验证示例图
（C）GRIN 透镜采集的典型成像视野
（D）单次成像实验识别出的神经元感兴趣区域（ROI），实验小鼠与图 C 为同一只

该团队构建线索驱动 / 自主间隔压杆交替行为范式，搭配梯度折射率透镜（GRIN）植入背外侧纹状体（DLS）开展长时程双光子钙成像，结合无监督分层聚类、主成分分析（PCA）与支持向量机（SVM）解码解析神经群体动态。核心性能参数包含：成像帧速率 30 帧 / 秒，成像视场 1000 μm×1000 μm，激发激光波长 920 nm，成像深度覆盖透镜下 200–400 μm 脑组织，单次实验记录 1261 个纹状体神经元；该成果刊发于《Science Advances》2026 年。

整套成像与分析体系以 GCaMP8m/GCaMP8f 钙离子指示剂转染标记神经元，通过 tdTomato 红色荧光通道实现 D1-SPN、D2-SPN 分型区分，再依靠沃德法分层聚类将神经元划分为线索响应、运动同步、动作后奖赏响应三大功能集群。例如 5 kHz 纯音线索窗口可特异性激活第二类神经元集群，压杆动作前后 200 ms 窗口同步激活第一类共享运动编码集群，动作完成后 1–2 s 窗口第三类集群出现奖赏相关荧光抬升，PCA 可将群体活动拆分为上下文编码、运动执行编码两个正交活动维度，SVM 可在 66 ms 时间窗口内完成行为发起模式分类解码。

左：显示GCaMP8m（绿色）和tdTomato（红色）表达的视场的双光子图像

成像系统搭配 HARP 行为采集板卡、BONSAI 行为控制软件、MATLAB 离线分析脚本形成多模态同步采集平台，同步记录压杆位移、奖赏发放、钙荧光三类时序信号。该团队以 8–16 周龄 D1-Cre/Ai14、D2-Cre/Ai14 基因工程小鼠背外侧纹状体为观测样本完成验证，绿色 GCaMP 通道输出全神经元钙活动时序，红色 tdTomato 通道区分直接 / 间接通路细胞，行为通道精准区分线索块与自主压杆块，实验证实两类动作共享同一运动编码神经元集群，仅群体活动时序轨迹存在上下文特异性分化。

该研究证实背外侧纹状体依靠共享神经元群体的动态重构实现两种动作模式的灵活编码，更新了基底节运动调控的经典通路认知。研究团队下一步计划拓展至多维度肢体运动范式开展验证，并开展荧光蝇蕈醇局部失活联合成像实验，推动相关神经编码机制向帕金森病线索康复干预方案临床转化。后续研究有望依托该成像解析框架，开发靶向纹状体群体动态的神经调控治疗新策略。

作者信息

第一作者：Jan L. Klee，纽约大学格罗斯曼医学院精神病学与神经科学系；

通讯作者：Tanya Sippy，纽约大学格罗斯曼医学院精神病学与神经科学系。

论文信息

声明：本文仅用作学术目的。

Jan L. Klee et al. ,Shared striatal neurons exhibit context-specific dynamics for internally and externally driven actions.Sci. Adv.12,eaed9386(2026).

DOI:10.1126/sciadv.aed9386