計劃和預期運動動作能夠快速準確地執(zhí)行運動。然而，如果預期動作沒有得到適當?shù)目刂?，可能會導致過早的沖動行為。沖動行為被定義為考慮不周、往往具有風險和不恰當?shù)男袨椤Ｒ酝难芯恐?，沖動行為被認為主要由額葉皮層和基底神經(jīng)節(jié)控制。最近，另外兩個大腦區(qū)域，腹內側丘腦（VM）和前外側運動皮層（ALM），已被證明在小鼠的沖動行為中發(fā)揮著重要作用。

近日，維爾紐斯大學生命科學中心Robertas Guzulaitis和弗洛里神經(jīng)科學與心理健康研究所Lucy M. Palmer在Trends in Neurosciences發(fā)表OPINION文章，探索了丘腦皮層通路的作用，并提出了可能參與驅動皮層活動的細胞機制，這些活動導致了沖動行為。

1. 沖動行為的大腦通路

沖動行為可分為沖動行為和沖動選擇，前者由運動抑制障礙引起，后者與魯莽行為代價的糟糕決策有關。沖動行為和沖動選擇通常被認為涉及不同的神經(jīng)機制，本文中主要關注沖動行為。在嚙齒類動物中，沖動行為先前被證明主要由前額葉皮層（PFC）和基底神經(jīng)節(jié)驅動。然而，由于沖動行為涉及運動反應，協(xié)調和驅動運動的大腦區(qū)域也可能起作用。VM丘腦和ALM是通常與運動功能相關的大腦區(qū)域，最近被證明會影響沖動行為。這種丘腦皮質通路是否與已知的PFC和基底神經(jīng)節(jié)通路連接，以正確或錯誤地啟動運動？

2. 嚙齒類動物預期和沖動行為的神經(jīng)回路探索

PFC和基底神經(jīng)節(jié)共同形成了一條公認的通路，該通路已被證明在控制沖動行為方面很重要[Fig.1]。但最近有兩個通常與運動功能相關的額外大腦區(qū)域與沖動行為有關：ALM[11]和VM丘腦。這些代表了傳統(tǒng)PFC和基底神經(jīng)節(jié)通路之外的另一種通路，它們可能協(xié)同作用來驅動沖動行為。

盡管沖動行為存在性別差異，但對沖動控制細胞基礎的大鼠研究大多或僅在雄性動物身上進行。小鼠在沖動行為領域的使用最近才出現(xiàn)，性別偏見也不那么明顯；然而，在這種背景下解決性別差異仍然是未來工作的一個重要考慮因素。

3. 參與沖動行為的丘腦皮質通路

如果不考慮動作計劃（motor planning）背后的神經(jīng)回路，任何關于沖動行為的細胞基礎的討論都是不完整的。由于ALM直接連接到體感和運動皮層的初級和次級區(qū)域，因此它完全可以直接驅動動作計劃。事實上，在運動輸出之前，ALM神經(jīng)元的持續(xù)活動增加，這與正確的表現(xiàn)和運動時機密切相關。VM丘腦與ALM相互連接，也被證明參與動作計劃。具體來說，ALM內的VM丘腦投射在運動前是活躍的，在小鼠中操縱這些輸入會改變運動反應的速度。由于ALM和VM丘腦都參與動作計劃和輸出，因此兩者都被證明會影響沖動行為。在沖動行為過程中，這兩個大腦區(qū)域的神經(jīng)活動都有所增加，當小鼠在計劃的運動輸出過程中受到干擾時，沖動行為會減少。

ALM和VM丘腦共同形成丘腦皮質通路，該通路可能與已建立的PFC至基底神經(jīng)節(jié)通路共同作用，以驅動沖動行為。這兩種途徑中的協(xié)調活動可能涉及PFC和ALM之間的直接聯(lián)系，也可能涉及通過黑質網(wǎng)狀結構（SNr）協(xié)調的間接途徑，黑質網(wǎng)狀組織是基底神經(jīng)節(jié)的主要輸出核，它既接收來自其他基底節(jié)核的輸入，又將輸出發(fā)送到VM丘腦。

4. 動作計劃期間驅動ALM輸出的細胞機制

VM丘腦投射靶向ALM的上層，與位于那里的錐體神經(jīng)元的遠端簇狀樹突形成突觸?？紤]到樹突在向體細胞傳播時以距離依賴的方式過濾突觸輸入，那么靶向遠端簇狀樹突的丘腦輸入如何有效驅動體細胞輸出呢？現(xiàn)階段發(fā)現(xiàn)，細長樹突棘的神經(jīng)元具有抵消遠端電輸入過濾的細胞機制。通過產(chǎn)生被稱為“樹突尖峰（dendritic spikes）”的非線性電壓事件，信息可以有效地從電隔離的遠端樹突轉移到胞體。據(jù)報道，在 ALM中存在這種“樹突尖峰”，可能是ALM神經(jīng)元中一種重要的細胞機制，有助于動作計劃。

在提示行為中，即由感官信息提示的行為反應，在正確的行為反應過程中，不同輸入途徑的激活不會重疊，因為感覺輸入在整個感覺線索中都被激活，而VM丘腦輸入在行為反應前變得逐漸活躍。這種輸入途徑時間的不匹配將導致突觸整合減少，樹突尖峰產(chǎn)生的概率降低[Fig.2]。相反，由于VM丘腦軸突活動與行為反應的發(fā)生密切相關，在沖動行為期間，ALM中的VM丘腦輸入會更早活躍。這將導致對簇狀樹突更大的同步突觸輸入，這種同步輸入將導致在沖動行為期間產(chǎn)生樹突尖峰的概率增加。

Figure 2 在沖動行為中驅動前外側運動皮層（ALM）輸出的細胞機制

總結

結合全文發(fā)現(xiàn)，已知有兩種獨立但相互關聯(lián)的途徑會影響沖動行為。這些途徑如何在單個神經(jīng)元的水平上驅動沖動行為？將皮層結構進行空間分離，發(fā)現(xiàn)在錐體神經(jīng)元突觸輸入的整合中發(fā)揮著重要作用，并提出的樹突尖峰是影響沖動行為的細胞機制。

沖動行為可以表現(xiàn)在許多行為中。在這里，主要關注由感覺線索驅動的沖動行為。未來研究的目標之一是研究在不同行為中控制沖動的神經(jīng)回路和細胞機制。這些研究有望更好地理解大腦如何驅動和控制沖動行為。

原文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.tins.2023.09.001

參考文獻

Guzulaitis, Robertas, and Lucy M Palmer. “A thalamocortical pathway controlling impulsive behavior.” Trends in neurosciences, S0166-2236(23)00219-9. 29 Sep. 2023, doi:10.1016/j.tins.2023.09.001

編譯作者：Young（brainnews創(chuàng)作團隊）

校審：Simon（brainnews編輯部）






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