Cell | 大脑全景：记忆引导下的运动规划与神经活动解析

该研究旨在探究大脑多区域神经活动是如何协同工作，共同完成记忆引导的运动任务，解析不同大脑区域间的动态互动，以及这些互动如何影响运动决策和执行。

研究采用经典的小鼠模型进行实验，这些小鼠具有良好的学习和记忆能力，适合进行记忆引导运动的研究。实验前，所有小鼠经过至少一周的适应期，以减少环境变化对其行为的影响。根据具体的实验需求，小鼠被随机分为对照组和实验组，每组至少20只，确保实验数据的统计学意义。

神经活动记录技术

为了精确记录大脑多区域的神经活动，研究采用了高端的Neuropixels探针。这种探针能够同时从数千个神经元接收信号，分辨率高，信噪比低，非常适合进行大脑范围内的神经活动记录。在实验过程中，根据预先设计的方案，将Neuropixels探针准确地植入小鼠大脑的特定区域，以实时监测其神经活动变化。

行为任务设计

研究设计了一套记忆引导运动的行为任务，旨在评估小鼠在接收到特定记忆刺激后的运动表现。任务分为训练阶段和测试阶段，训练阶段主要让小鼠学习特定的声音信号与相应运动的关联；测试阶段则观察小鼠在听到声音信号后的反应时间和运动准确性，从而评估其记忆引导运动的能力。

数据处理与分析方法

收集到的神经活动数据和行为表现数据，将通过一系列预处理流程，包括信号去噪、数据同步和归一化处理，以确保数据的准确性和可靠性。之后，采用统计学方法和机器学习算法对数据进行深入分析，旨在揭示记忆引导运动过程中大脑多区域神经活动的动态变化规律及其相互之间的关系。

神经活动的大脑范围内分布

多区域神经回路的活动模式：在探索记忆引导运动的过程中，大脑各区域的神经活动展现出复杂而细腻的交互模式。通过精确的Neuropixels探针记录，研究人员发现这些神经活动不仅限于单一脑区，而是在大脑范围内的多个区域间动态分布和协调。

前额侧运动皮层（ALM）：作为决策和运动计划的关键区域，ALM在记忆引导运动中展现出强烈的活动模式。特别是在运动计划阶段，ALM神经元的活动强度显著增加，表明其在运动准备中的重要作用。

基底神经节与小脑：这两个区域在运动执行过程中起着调节和精细控制的作用。神经活动数据显示，运动计划一旦形成，基底神经节和小脑的活动模式会随之调整，以确保运动的准确性和流畅性。

感觉皮层：感觉输入对于形成记忆引导的运动至关重要。研究发现，感觉皮层在接收到相关刺激后，会迅速传递信息至决策和运动规划相关脑区，影响运动计划的形成。

动作编码的神经机制：记忆引导运动的神经机制探索，不仅揭示了大脑如何协调各区域的活动，还展现了大脑如何编码和执行基于记忆的运动决策。

动作选择与计划：在动作选择阶段，ALM及其连接的网络开始编码特定的运动计划。这一过程涉及到对不同运动方案的评估和选择，神经活动数据表明，这一选择过程在大脑中形成了特定的活动模式。

记忆与动作的关联：记忆对于引导运动至关重要。神经活动分析显示，在形成与特定记忆相关的运动计划时，大脑会激活与该记忆相关的神经回路，以此来引导后续的运动执行。

运动执行：一旦运动计划被确定，与运动执行相关的脑区（如基底神经节、小脑及运动皮层）会展现出同步的活动增强，指导身体完成精确的运动。

记忆引导运动中的决策编码

ALM区域与运动计划：前额侧运动皮层（ALM）在记忆引导运动的决策编码过程中扮演着至关重要的角色。ALM不仅参与运动的计划和决策过程，还直接影响运动的执行阶段。研究表明，ALM区域的神经元活动与运动准备阶段密切相关，这些活动模式预示着个体即将执行的运动类型。

决策编码：在记忆引导的运动任务中，ALM区域的神经元会根据接收到的记忆刺激编码特定的运动决策。这一过程体现了ALM在整合感知信息和记忆信息，以形成运动计划中的核心作用。

运动预备活动：在运动执行前的预备阶段，ALM神经元的活动增强，反映了其在运动准备中的重要功能。这种活动模式的变化为运动的启动提供了神经基础。

与其他脑区的协同：ALM与基底神经节、小脑等运动相关脑区形成复杂的网络，共同参与运动计划的形成和调整。ALM的活动不仅指示了运动计划的存在，还通过与其他脑区的交互调节运动的细节和准确性。

多区域回路中的决策信号传递：记忆引导运动的决策信号在大脑内部的传递和转换，是一个涉及多个脑区的复杂过程。ALM区域的决策编码信号通过精细的神经回路传递至运动执行相关区域，指导后续的运动行为。

信号传递路径：ALM区域编码的决策信号首先传递至下游的运动执行区域，如初级运动皮层和脑干的运动控制中心。这一传递过程确保了决策与运动执行的紧密联系。

信号转换机制：在信号的传递过程中，原始的决策编码信号会根据不同脑区的功能特点进行适当的转换和调整。例如，在基底神经节中，决策信号会影响运动的选择和启动；而在小脑中，信号则参与运动的精细调节。

网络动态调整：整个过程中，大脑内部的神经网络会根据任务需求和环境变化动态调整信号传递的强度和路径。这种灵活的网络调整机制是大脑完成复杂记忆引导运动的基础。

模式图（Credit: Cell）