文獻(xiàn)速讀第11期

Neuron：揭示皮質(zhì)-紋狀體神經(jīng)元被募集形成運(yùn)動(dòng)記憶印跡的作用機(jī)制

學(xué)習(xí)和執(zhí)行新的運(yùn)動(dòng)技能是大腦的重要功能，涉及到運(yùn)動(dòng)皮層和基底神經(jīng)節(jié)的協(xié)調(diào)活動(dòng)。初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮層（M1）神經(jīng)元的活動(dòng)模式以及紋狀體棘狀突起投射神經(jīng)元（Spiny Projection Neurons, SPNs）在運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)過(guò)程中不斷適應(yīng)，從而與習(xí)得的技能聯(lián)系更加緊密。然而，在運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)過(guò)程中，神經(jīng)元是如何經(jīng)歷突觸變化并被招募來(lái)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(xué)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(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)需要運(yùn)動(dòng)皮層中大量的記憶印跡神經(jīng)元，這些神經(jīng)元在任務(wù)執(zhí)行過(guò)程中被重新激活。此外，運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)導(dǎo)致樹(shù)突棘選擇性的重塑和M1-紋狀體的輸出增強(qiáng)。該研究揭示了皮質(zhì)-紋狀體環(huán)路在形成長(zhǎng)期運(yùn)動(dòng)記憶印跡時(shí)具有高度選擇性的突觸可塑性機(jī)制。

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https://doi.org/10.1016/j.neuron.2022.06.006

Science Advances：運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)過(guò)程中皮層樹(shù)突棘動(dòng)態(tài)活動(dòng)的突觸前監(jiān)督機(jī)制

樹(shù)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(dòng)物新皮層學(xué)習(xí)和記憶形成的細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)。然而，由于突觸前輸入神經(jīng)元的身份未知，在學(xué)習(xí)過(guò)程中樹(shù)突棘重組的生物學(xué)原理仍然難以捉摸。

2022年7月27日，日本國(guó)家生理科學(xué)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(guò)在學(xué)習(xí)過(guò)程中對(duì)運(yùn)動(dòng)皮層的樹(shù)突棘動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行成像，并對(duì)其傳入突觸前神經(jīng)元進(jìn)行事后識(shí)別，展示了在執(zhí)行學(xué)習(xí)任務(wù)過(guò)程中監(jiān)督不同的樹(shù)突棘動(dòng)態(tài)活動(dòng)的兩個(gè)突觸前神經(jīng)環(huán)路。在運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)過(guò)程中，皮層-皮層神經(jīng)元之間新出現(xiàn)的樹(shù)突棘在短暫的接觸后，會(huì)在技能習(xí)得時(shí)消除。相反，皮層中與丘腦神經(jīng)元軸突之間形成的樹(shù)突棘會(huì)持久保持并擴(kuò)大。這些結(jié)果表明，運(yùn)動(dòng)皮層錐體神經(jīng)元樹(shù)突在運(yùn)動(dòng)技能學(xué)習(xí)過(guò)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(dòng)態(tài)學(xué)習(xí)接觸和丘腦軸突驅(qū)動(dòng)的突觸記憶形成。該研究結(jié)果提示，雙重的樹(shù)突棘監(jiān)督也許能夠控制新皮質(zhì)的多種技能學(xué)習(xí)。

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(hào)強(qiáng)化來(lái)驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)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(yùn)動(dòng)功能的康復(fù)。然而，VNS影響中 樞神經(jīng)系統(tǒng)環(huán)路的機(jī)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(duì)行為的影響是非常具體的，這表明VNS對(duì)行為參與的神經(jīng)環(huán)路具有獨(dú)特的可塑性。

2022年7月19日，美國(guó)科羅拉多大學(xué)醫(yī)學(xué)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(dǎo)致特定的環(huán)路調(diào)節(jié)，作者利用了光遺傳學(xué)和在體鈣成像等手段。在小鼠運(yùn)動(dòng)技能學(xué)習(xí)任務(wù)中，VNS通過(guò)膽堿能強(qiáng)化機(jī)制來(lái)增強(qiáng)動(dòng)物運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)的熟練程度并快速鞏固習(xí)得的技能。在初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮層中，VNS能夠驅(qū)動(dòng)對(duì)行為結(jié)果作出反應(yīng)的神經(jīng)元產(chǎn)生精確的時(shí)間調(diào)制。這表明，VNS可能通過(guò)膽堿能信號(hào)來(lái)加速M(fèi)1的運(yùn)動(dòng)細(xì)化，該研究為優(yōu)化VNS靶向特定疾病相關(guān)環(huán)路開(kāi)辟了新途徑。

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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(diǎn)

紋狀體膽堿能中間神經(jīng)元（Striatal Cholinergic Interneurons, CINs）在活動(dòng)短暫停頓后對(duì)顯著或獎(jiǎng)勵(lì)預(yù)測(cè)相關(guān)的刺激做出反應(yīng)，涉及到學(xué)習(xí)和行動(dòng)選擇。這種停頓在帕金森病的動(dòng)物模型中消失，該信號(hào)如何調(diào)節(jié)紋狀體網(wǎng)絡(luò)仍然是一個(gè)開(kāi)放的問(wèn)題。

2022年7月5日，法國(guó)艾克斯馬賽大學(xué)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(duì)皮層和表達(dá)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(dòng)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(qiáng)依賴于M4毒蕈堿受體和蛋白激酶A。通過(guò)光遺傳學(xué)/化學(xué)遺傳學(xué)減少體內(nèi)CINs的激活可以部分地拯救帕金森小鼠MSNs的長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)和運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)缺陷。該研究結(jié)果表明，CINs對(duì)皮層-紋狀體傳導(dǎo)和紋狀體依賴的運(yùn)動(dòng)技能學(xué)習(xí)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(diǎn)。

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https://doi.org/10.1016/j.celrep.2022.111034