2023年5月31日，《Neuroscience Bulletin》期刊在线发表题为《次级运动皮层-纹状体环路对感知抉择行为中不恰当反应的抑制调控》的研究论文，该研究由中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心（神经科学研究所）、神经科学国家重点实验室姚海珊研究组完成。该研究发现，在视觉感知抉择行为中，次级运动皮层向背侧纹状体的投射以及该环路中的间接通路纹状体神经元对不恰当反应具有抑制调控作用。 

　　在感知抉择行为中，人和动物需要识别和分辨外界环境的刺激，根据自身的目标和过往的经验，对感觉信息进行加工处理，并产生恰当的行为输出。感知抉择行为包含感觉运动转换的过程，需要皮层和基底神经节环路等多个脑区神经元活动的参与。在神经精神疾病如孤独症谱系障碍和强迫症中，感知、抉择和认知等功能发生异常，皮层-基底神经节环路的连接和活动也表现异常。研究感知抉择行为的神经环路机制，不仅对于理解大脑如何利用感觉信息来指导行为具有重要的理论意义，对于神经精神疾病的治疗也具有指导意义。 

　　在啮齿类动物中，参与感觉运动转换的一个关键区域是次级运动皮层（secondary motor cortex，M2）。M2接受感觉皮层和联合皮层的输入，并输出到与运动相关的脑区，其中包括基底神经节的背侧纹状体（dorsal striatum，DS）。前人的研究表明，M2和DS神经元具有与抉择相关的信号，并对感知抉择行为有因果贡献。然而，M2如何调节DS神经元的抉择相关活动来影响感知抉择行为尚不清楚，接受M2输入的直接通路和间接通路纹状体神经元在感知抉择行为中的作用也有待研究。 

　　为了研究这些问题，研究人员训练头部固定的小鼠执行Go/No-Go视觉任务。在Go/No-Go视觉行为中，视觉刺激的呈现时间包括等待期和应答期，小鼠在Go刺激出现后的应答期舔水可以获得奖励，而在No-Go刺激出现后的应答期舔水则为错误报告。研究人员发现，失活投向DS的M2神经元或者失活M2神经元在DS的轴突末梢，都使得小鼠对No-Go刺激的错误报告率增加，但不影响Go刺激时的行为表现。电生理记录的实验发现，M2神经元对No-Go刺激的选择信号与行为表现显著相关。结合M2光遗传操纵和DS电生理记录发现，失活投向DS的M2神经元能够显著减弱DS神经元对No-Go刺激的选择信号。接着，研究人员对DS中接受M2输入的直接通路或间接通路纹状体神经元进行光纤记录，发现间接通路神经元对No-Go刺激的反应潜伏期比直接通路神经元更短。进一步实验发现，在刺激出现后的等待期早期阶段，光遗传失活接受M2输入的间接通路神经元比失活直接通路神经元引起更高的错误报告率（图 1）。该研究表明，在感知抉择行为中，M2向DS的投射以及接受M2输入的间接通路纹状体神经元对不恰当反应具有抑制调控作用。 　  

　　该研究在姚海珊研究员的指导下，主要由研究生刘婧完成，博士后刘德陈、研究生蒲晓天和邹可欣也积极参与。本工作得到科技部、国家自然科学基金委员会、中国科学院和上海市的资助。 

　　图 1 M2-DS环路对视觉感知抉择行为的调控作用。A Go/No-Go视觉行为的任务结构。B 小鼠在Go/No-Go视觉行为训练过程中的学习进展。C 失活M2神经元在DS的轴突末梢使得小鼠对No-Go刺激的错误报告率增加，但不影响小鼠对Go刺激的行为表现。D M2神经元对No-Go刺激的选择信号与行为表现相关。E 左图，失活投向DS的M2神经元并记录DS神经元活动的病毒策略示意图。中图和右图，失活投向DS的M2神经元使得小鼠对No-Go刺激的错误报告率增加，并减弱DS神经元对No-Go刺激的选择信号。F 接受M2输入的直接或间接通路纹状体神经元光纤记录的病毒策略示意图。G 接受M2输入的间接通路纹状体神经元的反应潜伏期更短，在等待期早期的反应幅度更大。H 失活接受M2输入的直接或间接通路纹状体神经元的病毒策略示意图。I 失活接受M2输入的间接通路神经元引起更大程度的错误报告率增加。