文獻速遞：多篇運動學習機制研究新進展文獻匯總

文獻速讀第11期
Neuron：揭示皮質(zhì)-紋狀體神經(jīng)元被募集形成運動記憶印跡的作用機制

學習和執(zhí)行新的運動技能是大腦的重要功能，涉及到運動皮層和基底神經(jīng)節(jié)的協(xié)調(diào)活動。初級運動皮層（M1）神經(jīng)元的活動模式以及紋狀體棘狀突起投射神經(jīng)元（Spiny Projection Neurons, SPNs）在運動學習過程中不斷適應，從而與習得的技能聯(lián)系更加緊密。然而，在運動學習過程中，神經(jīng)元是如何經(jīng)歷突觸變化并被招募來形成記憶印跡的，目前的研究尚未完全闡明。

2022年7月8日，斯坦福大學的研究人員在《Neuron》雜志上發(fā)表題為“Motor learning selectively strengthens cortical and striatal synapses of motor engram neurons”的文章。該研究發(fā)現(xiàn)運動學習需要運動皮層中大量的記憶印跡神經(jīng)元，這些神經(jīng)元在任務執(zhí)行過程中被重新激活。此外，運動學習導致樹突棘選擇性的重塑和M1-紋狀體的輸出增強。該研究揭示了皮質(zhì)-紋狀體環(huán)路在形成長期運動記憶印跡時具有高度選擇性的突觸可塑性機制。
 

原文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.neuron.2022.06.006

Science Advances：運動學習過程中皮層樹突棘動態(tài)活動的突觸前監(jiān)督機制
樹突狀結(jié)構(gòu)的可塑性涉及到棘的形成和轉(zhuǎn)換，是哺乳動物新皮層學習和記憶形成的細胞學基礎。然而，由于突觸前輸入神經(jīng)元的身份未知，在學習過程中樹突棘重組的生物學原理仍然難以捉摸。

2022年7月27日，日本國家生理科學研究所的研究人員在《Science Advances》雜志上發(fā)表題為“Presynaptic supervision of cortical spine dynamics in motor learning”的文章，在該研究中，作者通過在學習過程中對運動皮層的樹突棘動態(tài)變化進行成像，并對其傳入突觸前神經(jīng)元進行事后識別，展示了在執(zhí)行學習任務過程中監(jiān)督不同的樹突棘動態(tài)活動的兩個突觸前神經(jīng)環(huán)路。在運動學習過程中，皮層-皮層神經(jīng)元之間新出現(xiàn)的樹突棘在短暫的接觸后，會在技能習得時消除。相反，皮層中與丘腦神經(jīng)元軸突之間形成的樹突棘會持久保持并擴大。這些結(jié)果表明，運動皮層錐體神經(jīng)元樹突在運動技能學習過程中具有神經(jīng)環(huán)路分工，包括自上而下的皮質(zhì)內(nèi)軸突的動態(tài)學習接觸和丘腦軸突驅(qū)動的突觸記憶形成。該研究結(jié)果提示，雙重的樹突棘監(jiān)督也許能夠控制新皮質(zhì)的多種技能學習。
 

原文鏈接：
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abm0531

Neuron：迷走神經(jīng)刺激依賴膽堿能信號強化來驅(qū)動運動學習環(huán)路的調(diào)制
迷走神經(jīng)刺激（Vagus Nerve Stimulation, VNS）是是一種神經(jīng)調(diào)節(jié)療法，在臨床上可用于癲癇、抑郁和神經(jīng)損傷的治療以及運動功能的康復。然而，VNS影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)環(huán)路的機制尚未明確，極大的限制了治療的優(yōu)化。VNS能夠?qū)е聫V泛的大腦激活，但其對行為的影響是非常具體的，這表明VNS對行為參與的神經(jīng)環(huán)路具有獨特的可塑性。

2022年7月19日，美國科羅拉多大學醫(yī)學院的研究人員在《Neuron》雜志上發(fā)表題為“Vagus nerve stimulation drives selective circuit modulation through cholinergic reinforcement”的文章。在該研究中，為了了解VNS如何導致特定的環(huán)路調(diào)節(jié)，作者利用了光遺傳學和在體鈣成像等手段。在小鼠運動技能學習任務中，VNS通過膽堿能強化機制來增強動物運動學習的熟練程度并快速鞏固習得的技能。在初級運動皮層中，VNS能夠驅(qū)動對行為結(jié)果作出反應的神經(jīng)元產(chǎn)生精確的時間調(diào)制。這表明，VNS可能通過膽堿能信號來加速M1的運動細化，該研究為優(yōu)化VNS靶向特定疾病相關環(huán)路開辟了新途徑。

原文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.neuron.2022.06.017

Cell Reports：紋狀體膽堿能中間神經(jīng)元可作為帕金森病潛在的治療靶點
紋狀體膽堿能中間神經(jīng)元（Striatal Cholinergic Interneurons, CINs）在活動短暫停頓后對顯著或獎勵預測相關的刺激做出反應，涉及到學習和行動選擇。這種停頓在帕金森病的動物模型中消失，該信號如何調(diào)節(jié)紋狀體網(wǎng)絡仍然是一個開放的問題。

2022年7月5日，法國艾克斯馬賽大學的研究人員在《Cell Reports》雜志上發(fā)表題為“Cholinergic interneuron inhibition potentiates corticostriatal transmission in direct medium spiny neurons and rescues motor learning in parkinsonism”的文章。在該研究中，作者研究了CINs放電抑制對皮層和表達多巴胺D1受體的中等多棘神經(jīng)元（Medium Spiny Neurons, MSNs）之間谷氨酸傳遞的影響。CINs活動的短暫停頓能夠增加帕金森狀態(tài)下D1 MSNs的皮質(zhì)紋狀體傳遞。這種增強依賴于M4毒蕈堿受體和蛋白激酶A。通過光遺傳學/化學遺傳學減少體內(nèi)CINs的激活可以部分地拯救帕金森小鼠MSNs的長時程增強和運動學習缺陷。該研究結(jié)果表明，CINs對皮層-紋狀體傳導和紋狀體依賴的運動技能學習的控制依賴于多巴胺能輸入的完整性。這些發(fā)現(xiàn)使得CINs成為帕金森病潛在的治療靶點。
 

原文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.celrep.2022.111034