J Neurosci. IF 4.4 || 纹状体在控制反应行为和自我计时行为中的等待过程中的作用

等待行为在认知功能中至关重要，简单反应时（SRT）任务需在刺激前抑制反应，刺激出现后快速反应，而反应时（RT）可衡量个体能力。目前关于等待行为的神经基础尚不清楚。

通过使用Direct多通道电生理信号采集系统(Blackrock Neurotech)结合硅神经探针(Diagnostic Biochips)记录发现，运动皮层（MO）和感觉运动背外侧纹状体（DLS）神经元在等待和反应期有相似放电模式，但双侧 DLS 损伤会使大鼠在反应时任务中持续出现更多过早反应，在自我计时任务中反应时间提前，同时运动活力降低。这表明感觉运动纹状体在调节与时间相关任务的等待行为中起关键作用，为理解大脑对行为时间控制的神经机制提供了重要依据。

首先展示了大鼠进行 SRT 任务的相关情况，包括任务的实验装置与流程，以及所有大鼠的行为表现和反应时间分布，体现了大鼠在该任务中按要求持杆等待刺激并适时释放以获取奖励的能力。

图 1. 大鼠执行 SRT 任务。

通过展示大鼠在 SRT 任务中 MO 和 DLS 的神经记录位点、示例神经元放电活动（光栅图和 PSTH），表明两个脑区的神经元在任务执行中均有活动且受行为相关事件调制，同时体现出二者在放电率等活动特征上存在差异。

图 2. SRT 任务中 MO 和 DLS 的神经记录。

大鼠 SRT 任务中 MO 和 DLS 神经元的时间扭曲 PSTH、平均 z 评分化放电率、不同任务阶段平均绝对 z 评分对比及 PCA 分析结果，揭示了两个脑区在任务中的神经动力学特征，即活动模式相似但 MO 神经元调制程度略高。

图 3. SRT 任务中 MO 和 DLS 的神经动态变化。

利用尼氏染色、免疫荧光染色及脑图谱映射等方法，展示了MO 和 DLS在进行兴奋性毒性损伤手术后的组织学特征，包括损伤区域的位置、范围及神经元变化情况，为研究脑区损伤对行为的影响提供解剖学依据。

图 4. 病变大脑的组织学重建。

不同类型脑损伤（uMO、bMO、uDLS、bDLS）前后，大鼠在 SRT 任务中反应概率密度函数、不同时间点的具体反应情况、持杆持续时间概率密度函数以及预期函数的变化等，直观呈现了各类脑损伤对大鼠行为表现的影响。

图 5. 病变前后的行为表现示例。

不同类型脑损伤（uMO、bMO、uDLS、bDLS）下大鼠在 SRT 任务中反应时间、过早反应比率和正确反应比率随时间的变化等，揭示了不同脑区损伤对大鼠行为表现的差异影响及恢复情况。

图 6. 不同类型病变后的行为障碍和恢复情况。

假手术对大鼠在 SRT 任务中的过早反应率和反应时间没有产生显著影响，且随着训练次数增加，大鼠行为表现有轻微改善趋势，说明实验操作和术后恢复过程本身不会干扰大鼠正常行为表现。

图 7. 假手术没有产生系统性行为障碍。

大鼠在双侧 DLS 损伤前后进行自我计时任务的表现，包括不同阶段的概率密度函数、各session的相关指标变化以及反应分布模式，表明双侧 DLS 损伤导致大鼠在该任务中正确反应率下降、过早反应率上升且反应时间提前。

图 8. 双侧 DLS 损伤后自我计时任务的行为障碍。

对比不同类型脑损伤（uMO、bMO、uDLS、bDLS）及假手术组大鼠从杠杆释放到获取奖励的时间变化，揭示双侧 DLS 损伤对大鼠运动活力（身体运动速度）影响最为严重且持久。

图9. 病变对整体运动的影响。

跟踪双侧 DLS 损伤前后大鼠的运动轨迹，计算轨迹相关性，表明双侧 DLS 损伤虽未使大鼠运动模式发生剧烈异常改变，但显著降低了运动轨迹相关性，增加了运动变异性。

图10. 双侧DLS病变对自发运动轨迹的影响。

对比双侧 DLS 损伤前后大鼠的爪运动轨迹、速度及轨迹相关性变化，表明双侧 DLS 损伤会降低爪运动速度和轨迹相关性，且这种影响在损伤早期更明显，损伤后运动模式发生持久改变但大鼠仍能完成任务。

图11.  双侧DLS病变对爪轨迹和运动速度的影响。

该研究围绕反应行为和自我计时行为中等待过程的神经机制展开，通过对大鼠进行条件性杠杆释放和自我计时任务实验，深入探究运动皮层（MO）和感觉运动背外侧纹状体（DLS）的作用。

实验结果显示，MO和DLS神经元在任务中的活动模式相似，但损伤效应不同。双侧DLS损伤导致大鼠在反应时任务中过早反应持续增多，自我计时任务中反应时间提前，同时运动活力明显下降，表现为身体和爪部运动速度减慢、运动变异性增加；而MO损伤主要使反应时延长。这些发现突出了感觉运动纹状体在调节与时间相关任务等待行为中的关键作用，为理解大脑对行为时间控制的神经机制提供了重要依据，也为相关行为障碍的研究提供了参考。

笔名：Feng zhihua

原文链接：

https://doi.org/10.1523/JNEUROSC1.1820-24.2025