今天分享的文献是来自日本理研脑科学中心(CBS) Aya Takeoa团队于2024年04月12日在Science发表的题为“Two inhibitory neuronal classes govern acquisition and recall of spinal sensorimotor adaptation”的文章。该文章证实了脊髓中存在“感知-运动记忆”现象，且证实了该过程由两类脊髓神经元介导，二者分别调控“学习”与“回忆”部分。该研究在一定程度上，将为脊髓损伤后的运动康复训练提供指导。

研究背景：

    已有多项研究表明，即使没有大脑的存在，在对肢体进行重复运动训练后，脊髓仍能够接受、整合躯体感觉信息，并独立地产生运动反馈。甚至在训练后可以将该反馈以“记忆”的形式进行存储与调动，从而表现出持久地自主运动调整。例如，在昆虫及猫上利用肢体撤回条件反射范式（limb-withdrawal conditioning paradigm）对于感觉运动学习的研究结果显示，脊髓在训练后存在运动适应以及持续的条件反射效果。但受限于脊髓中神经元的多样性与复杂性，及对实验动物清醒状态下脊髓神经元记录的难度，该脊髓“记忆”的神经机制仍不明晰。

科学问题：

    脊髓如何实现记忆的获取与重现？具体又是哪些神经元类群参与其中？

内容简述：

1、脊髓在无大脑输入的情况下，仍能表现出运动适应现象。

    作者首先开发出了一套学习范式，证明小鼠存在脊髓“记忆”。通过将已截断脊柱T10动物的体感后肢位置与电击刺激相关联，作者发现在没有大脑输入的情况下，实验组小鼠在运动学习后仍能呈现出腿一直抬高，从而避免电刺激的现象。而对照组小鼠由于其接收的电刺激并不与后肢位置相关联，故无法形成“记忆”模态，其后肢位置无法持续保持抬起状态。与此同时，作者证实了该脊髓“记忆”存在持续效果，而非简单的条件反射。

图1. 脊髓的“学习”适应现象及其对运动输出的持续影响。

2、脊髓背侧抑制性神经元Ptf1α神经元调节“学习”过程。

    作者随后利用多种Cre-line转基因小鼠特异性地消融专一类群的神经元，从而逐一并细致的去探究脊髓中参与“学习-记忆”过程的神经元类型及可能的微环路。消融脊髓背角的Ptf1a神经元将使得动物对刺激模式的“学习”能力消失，而脊髓腹角的神经元消融则无影响。且通过在体电生理与光纤记录等方式，作者推测Ptf1a 神经元可能通过突触前调制，对外周获取的电刺激信息进行降噪与处理，从而指导肢体运动进行躲避。

图2. 背角Ptf1a神经元调节脊髓“学习”过程

3、脊髓腹侧抑制性神经元En1神经元调节“回忆”过程。

    通过对已建立起脊髓“记忆”的小鼠进行特异性神经元消融后，利用逆转学习的行为测试来验证特定类群的神经元对于该表型的必要性。结果显示En1神经元存在对于“回忆”是必要的。操纵（激活/抑制）该类群神经元将影响动物的“回忆”（增强/减弱）。已有研究证实，En1神经元亚群之一的Renshaw cells (RCs) 会接收来自运动神经元的输出备份，并反向调制运动神经元活性，形成特定环路。作者也进一步证实了该环路对于“回忆”过程是必要的。

图3. 腹角En1神经元调节脊髓“回忆”过程

启示：作者利用多种转基因小鼠及记录操纵手段，对脊髓“记忆”相关的神经机制进行了探究。较为严谨地明晰出参与该过程的脊髓神经元类群 - 背侧Ptf1a神经元与腹侧En1神经元，二者分别参与“学习”与“回忆”过程。该文章结果将对康复训练的模式及时程等起到一定指导作用。

作者简介：论文通讯作者Aya Takeoa目前于日本理研脑科学中心(CBS)及比利时KU Leuven大学任职，主要研究方向为感觉反馈回路如何编码调控复杂运动行为，特别是体感和视觉反馈。近年来在Nature Communications(2023)，Cell Reports(2023)，Nature Neuroscience(2023)等杂志发表了诸多高质量文章。

原文索引：DOI: 10.1126/science.adf6801

注：本文仅为作者个人解读，如有纰漏，请参照原文。

撰文：王铭弘

审稿：马玉乾

编辑：成美君