2025年12月6日，Nature Communications杂志上在线发表题为《激活下丘脑-脑桥-脊髓通路促进小鼠运动起始和脊髓损伤后的功能恢复》的研究文章。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）李毅团队与南京医科大学第一附属医院（江苏省人民医院）的蔡卫华团队合作完成（纪城越，张云帆和林泽宇为第一作者）。该研究以小鼠作为研究的模型动物，揭示外侧下丘脑（lateral hypothalamic area，LHA）尾背侧区域兴奋性神经元在动机驱动运动行为中的关键作用，结合单神经元分辨率全脑介观投射图谱和光遗传学操控，发现了LHA谷氨酸能神经元通过脑桥网状核（PnO）投射至脊髓的全新运动控制通路。进一步验证了LHA在脊髓损伤（SCI）后运动功能恢复中的功能重塑及其必要性，由此构建闭环脑机接口-深部脑刺激（BCI-DBS）系统，为脊髓损伤后的神经调控治疗提供了创新性干预手段。

运动是生物生存的核心基础行为，丘脑下运动区（SLR）整合内外部信号主导运动指令向脊髓中枢模式发生器的传递，但是其如何参与运动控制及其调控运动的具体神经环路仍需系统解析。此外，脊髓损伤后，大脑与脊髓连接被破坏导致瘫痪的发生，但绝大多数患者仍存在少部分脊髓束和休眠的脑-脊髓中继通路，这些保留的神经结构可能成为神经调控策略促进运动恢复的重要基础。深部脑刺激（DBS）作为潜在干预手段，已在帕金森模型及SCI模型中显示出运动改善的潜力，但作为SCI干预的精准靶点及刺激范式仍需探索。

本研究首先采用逆向跨突触病毒示踪结合全脑透明化三维成像和光遗传学操控，系统性地鉴定了LHA尾背侧区（cLHA）作为SLR运动控制的核心组成部分，特异性激活该脑区兴奋性神经元可促进小鼠运动启动和维持。我们通过光纤钙成像和在体多通道电生理记录进一步发现，LHA尾侧部谷氨酸能神经元群与动机驱动运动行为（如觅食行为）显著相关。消融这群神经元小鼠基础运动功能无显著变化，但觅食实验中进入中心觅食区域的次数及总运动距离显著减少，证实其对动机驱动运动的特异性调控作用。

基于单神经元分辨率全脑介观投射图谱，将LHA神经元分为4个主集群和7个投射亚型，其中内侧隔区-布罗卡对角带（MSDB）投射亚群调控逃跑样运动行为，而PnO投射亚群调控动机驱动运动行为。此外，两群投射神经元胞体在LHA存在空间分布偏好性，投射向PnO的LHA胞体主要分布在尾背侧区域，投射向MSDB的胞体主要分布在头腹侧区域。我们进一步证实cLHA谷氨酸能神经元通过激活PnO投射至脊髓的网状脊髓束控制运动的启动。

通过构建具有自发运动恢复的脊髓半切损伤偏瘫模型，本研究揭示了脊髓损伤后cLHA-PnO-SC的环路连接及功能重塑在运动功能恢复中的重要作用，提示LHA可作为脊髓损伤后神经康复的调控靶点。在更严重的Stagger SCI（脊髓不完全损伤）全瘫模型，本研究创新性地构建了一个闭环BCI-LHA-DBS系统，该系统通过整合运动意图解码与深部脑刺激技术，实时解码皮层运动意图并门控深部脑刺激，作为神经调控的长期康复手段。实验结果表明，这种新型的闭环BCI-DBS训练范式不仅能有效克服传统单纯DBS的刺激非特异性问题，更能通过"运动意图-电刺激"的精准时空匹配，实现严重脊髓损伤截瘫后运动功能的长期稳定恢复。这一技术突破为临床脊髓损伤的神经调控及康复提供了更加精准的刺激靶点，神经机制及潜在的闭环脑机接口解决方案。

下丘脑-脑桥-脊髓通路激活促进小鼠运动启动与脊髓损伤功能恢复的示意图

外侧下丘脑尾背侧谷氨酸能神经元（cLHA Vglut2）通过投射至PnO的网状脊髓束激活脊髓运动环路，调控觅食等动机驱动的运动行为。脊髓半切损伤偏瘫中，LHA-SC环路功能发生重塑，促进运动功能自发恢复；在严重脊髓损伤导致的全瘫模型中，利用BCI-LHA-DBS实时解码皮层运动意图并精准控制LHA深部脑刺激，实现瘫痪动物运动长期稳定功能重建。

中国科学院脑智卓越中心李毅研究员与南京医科大学第一附属医院（江苏省人民医院）的蔡卫华教授为本工作的共同通讯作者。脑智卓越中心纪城越博士（与南京医科大学联合培养）、博士研究生张云帆、特别研究助理林泽宇为该论文共同第一作者。脑智卓越中心博士研究生赵子琪、焦卓磊博士、史晓雪、郑智元（海军军医大学附属长海医院）等做出了重要贡献。复旦大学脑科学研究院许晓鸿研究员、脑智卓越中心喻晓研究员为该工作提供了重要指导。该研究得到国家基金委、科技部、上海市和中国科学院相关基金的资助。