任何運動系統(tǒng)的一個關(guān)鍵功能都是對外界的刺激(包括其他人的行為)做出快速而靈活的反應(yīng)。

假設(shè)對所執(zhí)行和觀察到的行為有強健的表現(xiàn)，那么就會增加許多物種的生存價值，因為它可以提供最佳的行動選擇，來獲得食物或避開捕食者。

然而，哪些神經(jīng)環(huán)路整合了執(zhí)行的和觀察到的動作，以及如何整合，還不是很清楚。

在不同種類的靈長類和鳴禽中，這種相互作用的顯著表現(xiàn)形式是鏡像神經(jīng)元。鏡像神經(jīng)元首先在猴子的運動皮層，然后是后頂葉皮層第四層（PPC4），后來在人類和鳥類的報道中也指出，當(dāng)個人執(zhí)行特定的動作時，這些鏡像神經(jīng)元觀察到同種人執(zhí)行的相同動作時，它們都會做出可靠的反應(yīng)�；�于這些特性，鏡像神經(jīng)元被假設(shè)為具有特定的社會功能，即從根據(jù)觀察到的行為選擇適當(dāng)?shù)膭幼鞯嚼斫庖鈭D和模仿他人的動作。然而，經(jīng)過多年的研究，鏡像神經(jīng)元是否建立在動作理解的基礎(chǔ)上，或者它們的生理特性是否可以更好地用簡單的、暫時的感覺-運動聯(lián)系來解釋，仍然存在爭議。

如果有可能在基因易馴化的動物模型中訪問潛在的社會學(xué)習(xí)的細胞網(wǎng)絡(luò)，那么找到這些問題的機械解決方案將會帶來巨大的好處。 

因此，科研人員試圖確定在小鼠額運動區(qū)或PPC中是否存在鏡像樣神經(jīng)元。和其他嚙齒動物一樣，小鼠可以在社會上獲得感覺運動和基于恐懼的行為，它們最近證明了研究移情社會學(xué)習(xí)的神經(jīng)生物學(xué)的有效模型。新出現(xiàn)的證據(jù)還表明，嚙齒動物和靈長類動物的后頂葉皮層和運動皮層包括一個支持目標(biāo)導(dǎo)向行為的幾個方面的大腦皮層網(wǎng)絡(luò)，包括決策，感覺運動轉(zhuǎn)換和運動計劃。嚙齒動物模型還帶來了方法論上的優(yōu)勢，包括在不受限制的受試者中使用Inscopix自由活動超微顯微鈣成像系統(tǒng)進行大規(guī)模的神經(jīng)記錄，這使得在動物自然的行為期間記錄大規(guī)模的神經(jīng)元自我發(fā)放，能夠分析神經(jīng)集合的動力學(xué)。反過來，就可以獨立于實驗者的偏見，揭示由行為驅(qū)動的神經(jīng)群體活動的內(nèi)在特征，例如狀態(tài)空間結(jié)構(gòu)。

在本篇中，科研人員使用Inscopix自由活動超微顯微鈣成像系統(tǒng)(圖1A），在小鼠執(zhí)行或觀察到獲得食物顆粒和跑輪的任務(wù)（圖1B)時，一次對數(shù)百個神經(jīng)元的活動進行成像（圖1C）�？蒲腥藛T證實觀察者動物在任務(wù)中注意力集中，對視覺刺激表現(xiàn)出可靠的神經(jīng)反應(yīng)。

圖1 自由行為小鼠PPC和M2中神經(jīng)群體成像的實驗范式

通過對行為實驗的記錄進行降維，我們發(fā)現(xiàn)在表演和觀察到的行為過程中，總體反應(yīng)的結(jié)構(gòu)有明顯的差異。這推動了隨后使用洗牌分析和使用廣義線性模型(GLM)的統(tǒng)計建模來量化單個細胞對特定行為的選擇性。所有的測試都表明PPC和M2受到行為行為的強烈驅(qū)動，類似于在更典型的任務(wù)中所顯示的，但這里擴展到了行為自由的動物。另一方面，觀察到的行為的神經(jīng)編碼在兩個大腦區(qū)域都低于隨機水平，即使是在表現(xiàn)有很強相關(guān)性的神經(jīng)元中也是如此。這些結(jié)果表明，測試觀察到的動作的表征發(fā)生在小鼠的頂額環(huán)路之外，或者說嚙齒類動物的這種表征需要視覺以外的額外感覺輸入。

參考文獻:

Tuce Tombaz, Benjamin A. Dunn, Yasser Roudi. Action representation in the mouse parieto-frontal network. Scientific Reports volume 10, Article number: 5559 (2020) 

 

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