开车去上班，键入电子邮件或打高尔夫球—人们全天都会执行诸如此类的动作。但是神经科学家仍然不确定大脑如何协调复杂的动作或转换为新动作，这些行为在帕金森氏病或强迫症(OCD)等疾病中受损。
现在，Salk研究人员解决了关于大脑行为如何组织的长期科学辩论。在新金副教授的带领下，研究小组发现学习的行为是在具有多个控制级别的层次结构中组织的，从而为可能无法控制自己行为的疾病提供了可能的新治疗靶标。这项工作于2018年6月28日发表在《细胞》杂志上，利用受过训练的小鼠执行复杂的动作序列进行发现。
该研究的资深作者金说：“数十年来，科学家一直在争论大脑如何组织行为。”“使用光遗传学，一种利用光来操纵脑细胞活动的技术，我们能够改变动物计划执行的单个动作，从而揭示出精确的神经控制水平。”
当您学习一种新的行为时，例如绑扎您的鞋带-称为纹状体的大脑区域会协调一系列动作：弯腰，抓紧鞋带并打结。长期以来，科学家一直在争论这些类型的步骤是否是链式组织的，每个步骤是否触发下一个步骤(如下降的多米诺骨牌)，或者工作中是否存在具有更多层次结构且具有多个控制级别的系统(如办公室组织结构图)。
在数周的时间里，Jin的团队训练了老鼠进行一系列的压杆动作。在一个定制的盒子中，左侧有一个杠杆，右边有一个杠杆，老鼠学会了按左，左，右，右的特定顺序按下这些杠杆会产生一种享受。(该团队在婚礼或聚会上有时会进行跳线舞后，将该系列命名为“企鹅舞”。)
当老鼠执行企鹅舞序列时，一台计算机记录了两种特定类型的脑细胞的活动：D1和D2神经元，它构成了纹状体中大多数细胞，并与学习和执行动作有关。研究人员使用光遗传学方法通过激光和白喉毒素激活这些神经元，从而使其失活，从而使研究小组能够识别和隔离D1和D2细胞如何控制行为。
有趣的是，刺激D1神经元使小鼠在序列上增加了一个额外的操纵杆按压，而刺激D2神经元使小鼠跳过了下一次操纵杆按压。
通过在企鹅舞表演中的精确点操纵D1或D2神经元，研究人员能够拼凑出大脑如何学习和组织该序列。他们还发现了神经元的意想不到的混合物，这些神经元协同工作以驱动或抑制行为。
“神经元就像雪花，”该论文的第一作者，加州大学圣地亚哥分校的研究生和Salk研究人员克莱尔·盖德斯说。“ D1和D2神经元具有某些相似的模式，但它们并非完全相同。他们如何共同控制运动非常复杂。”
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