近日，中國科學院神經科學研究所、腦科學與智能技術卓越創新中心、神經科學國家重點實驗室蒲慕明研究組在《美國科學院院刊》在線發表論文，系統描述了背外側紋狀體直接通路和間接通路的同一群神經元在運動學習過程中的電活動變化，并揭示了神經元集群的電活動如何經過學習依賴的時序重構最終形成獨特、穩定的順序性發放模式，同時發現兩條通路的神經元活動在運動行為中具有相對獨立又彼此配合的角色分工。這一新發現為揭示運動學習的環路原理提供了重要依據，也為基底神經節相關的運動障礙疾病研究和治療提供了新線索。

背外側紋狀體腦區在正常運動功能的執行、運動技能的學習及習慣形成中具有重要作用。已知該腦區有兩條經典通路：直接通路和間接通路。以往的研究中，拮抗模型得出的結論是，直接通路促進運動，間接通路抑制運動；協同模型得出的結論是，直接通路會促進期望運動的產生，間接通路會抑制那些與目的無關的競爭性運動。在本研究中，科研人員關注3個重點：運動學習將如何影響背外側紋狀體神經元的活動？這種影響在背外側紋狀體的直接通路和間接通路神經元活動中是否有差異？若兩條通路神經元活動變化不同，是否能夠揭示通路特異性的功能差異？為解答這些問題，研究人員通過動物實驗來記錄同一批神經元在學習過程中的電活動變化。

他們訓練小鼠學習一項聲音提示下的推桿運動任務，并在此訓練過程中使用在體雙光子成像技術，長時程追蹤背外側紋狀體同一群神經元的電活動。通過特異性標記直接通路和間接通路的神經元，研究人員觀察到，伴隨著小鼠的學習過程，兩條通路的神經元集群都逐漸產生了獨特的、穩定的、順序性發放的電活動模式，且直接通路神經元傾向于在信號感知和推桿操作時活動，而間接通路神經元則更多地在推桿動作之后反應。在不同的運動任務場景中同一群神經元的電活動模式會發生改變。

進一步的化學抑制實驗結果表明，特異性抑制直接通路神經元會破壞推桿運動的起始，而特異性抑制間接通路神經元會引起試驗間隔中錯誤推桿次數的顯著上升。任一通路的抑制均會降低推桿動作本身的熟練程度。

上述研究表明，直接通路和間接通路的神經元都參與到小鼠執行向右推桿任務的過程當中：在任務規則的貫徹上，前者主要負責目標運動的起始，后者主要負責與任務目的無關的運動的抑制；在具體動作的執行上，二者都參與了對推桿動作準確度的調控。兩條通路彼此配合，共同保證小鼠可以高效、準確地執行學會的運動任務。（記者王瀟雨）