首先，研究者在小鼠大腦的顳聯(lián)合皮層（TeA）里發(fā)現(xiàn)了一類特殊的神經(jīng)元：只要小鼠一跑，它們就活躍，而且跑得越快，它們放電越頻繁。更重要的是，它們的放電先于奔跑行為發(fā)生——說明它們是發(fā)令者，不是跟隨者。放電頻率和奔跑速度的關(guān)系，可以用一個單相締合方程完美擬合。
順著這條線索往下找，發(fā)現(xiàn)它們主要投射到中腦導水管周圍灰質(zhì)背側(cè)（dPAG），而dPAG里也有同類神經(jīng)元，對速度的響應更敏感、延遲更短。
因此，TeA和dPAG里都有能對奔跑速度響應的神經(jīng)元。
研究者用光遺傳學直接激活TeA-dPAG這條通路。結(jié)果和預想的一樣：刺激頻率越高，小鼠跑得越快，而且刺激頻率和奔跑速度的關(guān)系，正好符合那個單相締合方程。這就證明了這條通路不僅是表觀速度變化，而是因果性地驅(qū)動奔跑行為。
而且dPAG神經(jīng)元的編碼效率，比TeA高出一倍——說明信號越往下游，處理越高效。
用神經(jīng)示蹤發(fā)現(xiàn)，還有另一條通路也投射到dPAG，但來源于不同腦區(qū)——上丘（SC）。
而且SC-dPAG和TeA-dPAG的神經(jīng)元群體，幾乎沒有重疊，說明它們是兩條獨立的通路。用光激活SC-dPAG，小鼠的反應完全不一樣：有的停住，有的往后退，有的退一步后又沖出去（反彈奔跑）。但有意思的是，后退和反彈奔跑的速度，和刺激頻率的關(guān)系，居然也符合單相締合方程。
也就是說，SC-dPAG是后退和急停的另一套系統(tǒng)，與 TeA-dPAG 通路共享速度編碼模型，只是介導的行為類型不同。
兩條通路都匯入dPAG，那它們是怎么協(xié)調(diào)的？研究者發(fā)現(xiàn)，dPAG里生長抑素（SOM）神經(jīng)元是關(guān)鍵調(diào)控者，它通過單向抑制實現(xiàn)行為切換：
奔跑：TeA-dPAG激活，SC-dPAG被抑制
后退/停止：SC-dPAG激活，SOM抑制TeA-dPAG
反彈奔跑：SC-dPAG先激活，然后SOM抑制消退，TeA-dPAG反彈
因此，SOM神經(jīng)元就像個交通指揮員，讓兩條路不同時開綠燈，從而實現(xiàn)奔跑、后退、停止、反彈奔跑四種行為狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。
該研究解析了 TeA-dPAG、SC-dPAG 兩條分離神經(jīng)回路的功能，發(fā)現(xiàn)其雖分別調(diào)控奔跑和后退，卻共享單相締合方程的速度編碼模型；明確了 dPAG 內(nèi) CaMKIIα 神經(jīng)元為核心行為單元、SOM 神經(jīng)元為抑制調(diào)控單元，介導四種運動行為狀態(tài)轉(zhuǎn)換，還驗證了編碼模型的因果性，揭示了大腦運動中樞的行為調(diào)控邏輯。
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