PNAS：何时行动？也许是这个脑环路说了算| 脑科学顶刊导读49期

✎ 顶刊导读目录 

1，顶下小叶在书写痉挛中的作用

2，将刺激、反应和规则连接起来的表征对于行动选择至关重要

3，人类关于何时行动的决定起源于基底前脑-黑质环路 

4，猕猴的行为灵活性与额叶皮层网络中分布的结构和功能的变化有关

5，运动对不同年龄组和健康状况下大脑和认知的影响

1，顶下小叶在书写痉挛中的作用

期刊：Brain

作者：CholeFu            

实验流程

人类在精细运动控制方面有独特的能力，这是由高度进化的皮层运动神经元网络辅助的。获得一项特殊的运动技能需要一系列的练习动作，包括尝试和犯错，调整和完善。在皮层，这种获取开始于颞顶感觉区，随后在运动前皮层巩固和分层。任务特异性肌张力障碍可以被看作是局限于单一运动技能的运动控制缺陷或丧失。

采用神经影像学和非侵入性脑刺激相结合的多模态实验方法，我们探索了书写痉挛患者和健康对照组的精细运动控制网络的主要节点之间的相互作用。患者和健康的志愿者接受了临床评估、纤维追踪的扩散加权MRI和手指敲击时的功能MRI检查。任务fMRI的激活图被用于目标选择和经颅磁刺激的神经导航。

单脉冲和双脉冲经颅磁刺激（TMS）评估测量输入-输出补充曲线，以及皮层静息期和由运动前区腹侧(PMv)-运动皮层(M1)、顶下小叶前部(aIPL)-M1之间的皮层相互作用形成的运动诱发电位的振幅。此外，在随机、假干预的设计中，顶下小叶背侧(dIPL)-M1可通过连续的TMS诱导dIPL节点产生长期的消沉样的可塑性改变。在健康的志愿者中，dIPL-M1和aIPL-M1的皮层相互作用分别是促进性和抑制性的，而在书写痉挛患者中，这两种相互作用是相反的，且存在显著差异。

基线PMv-M1相互作用在两组间均有抑制作用且相似。与对照组相比，患者的dIPL-PMv静息状态的功能连接增加，但未观察到节点之间的结构连接的差异。书写痉挛患者皮层静息期明显延长。对dIPL节点进行长期的消沉样的可塑性改变，可将aIPL-M1相互作用转化为抑制(类似于健康的志愿者)，并仅在书写痉挛组中消除PMv-M1的抑制。

这些结果表明，顶叶多模态感觉联合区可能对书写痉挛的精细运动控制网络产生异常的下游影响，基于此可以通过治疗恢复书写痉挛的正常功能。

https://doi.org/10.1093/brain/awaa138

2，将刺激、反应和规则连接起来的表征对于行动选择至关重要

期刊：PNAS  

作者：Loren

人们可以使用抽象规则来灵活地配置和选择特定情况下的动作，但是相关的规则如何准确地按照特定的感觉和运动要求来塑造动作还不清楚。基于动物和人类层面的行动控制理论的研究都认为，高度集成的连续的表征在动作塑造中发挥了重要作用。例如，网球运动员在击球前必须考虑各种信息：击球的方式、来球的轨迹以及具体的击球点。这些不同的、与动作相关的方面被整合在一个连续的表征中，而不是以零散的方式进行处理。

这些表征被认为以非线性的方式将规则与其他与目标相关的感觉和运动特征结合在一起，并代表了动作选择的必要条件。然而，到目前为止，还不存在以足够的时间分辨率在动作选择期间跟踪人类中的这种表征的方法。

本研究中，参与者负责执行基于提示的和基于规则的两类动作选择任务，通过将时间分辨表征相似性分析应用于脑电图信号的频谱-时间剖面，我们发现在两个实验中连续表征在整个选择过程中都是活跃的，并且在功能上与组成特征的表征是分离的。

具体地说，连接的强度是反应时间中逐个试验可变性的一个高度稳健的预测因子，并且选择性地与连续表征的一个重要的行为指标（部分重叠启动模式）相关。这些结果为连续表征作为人类行为选择的关键前兆提供了直接证据。

https://www.pnas.org/content/117/19/10603

3，人类关于何时行动的决定起源于基底前脑-黑质环路 

期刊：PNAS 

作者：Loren

决策研究通常侧重于在目标和行动之间进行选择的大脑机制。但是，人类决策的另一个重要且经常被忽略的方面是，在任意给定的时间点，是否值得采取行动。我们的研究表明，可以通过一个简单模型来解释自愿采取行动的很大一部分差异，该模型考虑了当前环境的关键特征。

通过使用超高场强MRI，我们在人脑中发现了一个多层回路，它远远超出了通常认为的与人类自主行为相关的内侧额叶区域，从基底前脑和脑干开始，汇聚在多巴胺能的中脑，然后才投射到纹状体和皮层。

具体而言，除了内侧额叶皮层内的前扣带皮层外，还有一组皮层下结构编码了各个试次中反应时的变化，包括纹状体、黑质、基底前脑(BF)、脚桥核(PPN)和缰核(HB)。进一步分析每个区域的活动模式，以及心理生理学互动分析和结构方程模型，我们提出了一个模型，其中BF结合了背景信息，该信息将影响何时采取行动并进行交流，与PPN和HB的影响并行，进入黑质纹状体通路。

https://www.pnas.org/content/117/21/11799

4，猕猴的行为灵活性与额叶皮层网络中分布的结构和功能的变化有关

期刊：Plos Biology

作者：Aleah-Jing   

学习辨别逆转任务伴随着分布式灰质的增加

对中央眶额皮层的功能最有影响力的解释之一是它调节了行为的灵活性，但这一发现一直受到挑战，有研究发现当通过注射而非吸入兴奋性毒素损伤眶额皮层时，猕猴的辨别逆转能力（行为灵活性的经典测试）不受影响。这表明在逆转任务中介导行为灵活性的关键脑回路不仅限于中央眶额皮质。为了确定这些脑回路，我们在研究中教一组（9只）猕猴进行辨别逆转学习任务，并测量了其对灰质的影响。

在学习前后进行磁共振成像扫描，并将其与两个对照组的影像扫描进行比较，每个对照组包括10只动物。其中一个对照组学习了相似的辨别任务，但是任务中没有任何逆转成分，另一组则没有学习。灰质的变化在眶后额叶皮层/前脑岛中很明显，但结果发现灰质在其他三个额叶皮层区也发生了变化，其中包括眶额叶皮层（区域12 的眼眶部分），扣带状皮层和外侧额叶皮层。

在第二个分析中，测量了静息态下眶后额叶皮层/前脑岛的神经活动，并评估该区域与其他额叶皮层区域的耦合模式。与对照组相比，逆转学习组的耦合活动显著增加。在最后一组实验测试中，我们使用了类似的结构成像程序和分析来证明吸入式损害中央眶额叶皮层（采用已知会影响辨别学习的类型）影响同一额叶皮层回路中的结构和活动。这些结果确定了与行为灵活性相关的分布式额叶皮层回路。

https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3000605

5，运动对不同年龄组和健康状况下大脑和认知的影响

期刊：Trends in Neuroscience

作者：Freya  

运动对认知有益作用的循证机制（仅包括经随机对照试验证实的部分）

运动已被证明有利于大脑的结构和功能，特别是在老龄人口中。然而，运动发挥作用的机制，特别是对人类的作用，还没有完全了解。本文认为，造成这种知识差距的一个原因是，运动锻炼可能存在多个层次的机制。此外，运动的机制可能因年龄和健康状况等因素而异。

我们讨论了三个分析层次（分子/细胞、大脑结构/功能、精神状态和高阶行为）中每一个层次的证据状态，并强调了这些层次之间的一致性、不一致性和知识差距。最后，基于这些发现，我们推测哪些运动机制可能在不同年龄组和人群中普遍存在，而哪些机制可能在特定年龄范围或人群间各异。

https://doi.org/10.1016/j.tins.2020.04.010

作者信息

 

校审：Freya（brainnews编辑部）

题图：Singularity Hub

前 文 阅 读 

 

---

欢迎加入超过 18000人的

全球最大的华人脑科学社群矩阵