微型化雙光子技術(shù)助力揭示小鼠S1BF神經(jīng)元在不同行為中的活動(dòng)模式

體感桶狀皮層（S1BF）是處理觸須感覺(jué)信息的關(guān)鍵初級(jí)皮層區(qū)域，與小鼠觸須陣列呈現(xiàn)精確的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)拓?fù)鋵?duì)應(yīng)關(guān)系。在自我梳理和探索性擺須運(yùn)動(dòng)中的感覺(jué)感知與感覺(jué)運(yùn)動(dòng)反饋中起關(guān)鍵作用。然而，在單細(xì)胞活動(dòng)水平上，S1BF是否以及如何以不同的神經(jīng)元活動(dòng)模式來(lái)分別參與自我梳理（主要由外部感覺(jué)觸發(fā)）和主動(dòng)觸須擺動(dòng)（由內(nèi)部動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)），仍不明確。

2026年1月16日，空軍軍醫(yī)大學(xué)王文挺教授、武勝昔教授，中山大學(xué)臧穎副教授共同通訊在Neuroscience Bulletin在線發(fā)表題為“Diverse Neuronal Activity in Barrel Cortex During Self‑Grooming and Whisking in Mice”的研究論文，揭示了小鼠體感桶狀皮層神經(jīng)元在自我梳理與觸須擺動(dòng)中的差異化活動(dòng)模式。
在環(huán)境探索過(guò)程中，小鼠通過(guò)擺動(dòng)觸須來(lái)作為一種主動(dòng)感覺(jué)行為，其中觸須與物體之間的機(jī)械作用會(huì)在毛囊內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力，并轉(zhuǎn)化為神經(jīng)信號(hào)，該過(guò)程依賴(lài)于S1BF對(duì)運(yùn)動(dòng)信號(hào)與感覺(jué)信號(hào)的整合，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)觸覺(jué)特征（如質(zhì)地和物體定位）的計(jì)算，從而根據(jù)行為環(huán)境調(diào)整觸須運(yùn)動(dòng)策略。與探索行為中觀察到的自發(fā)擺動(dòng)不同，自我梳理行為主要由外部刺激觸發(fā)，導(dǎo)致重復(fù)的口面部運(yùn)動(dòng)從而產(chǎn)生新的感官體驗(yàn)，而該反饋回路的中斷可導(dǎo)致刻板性自我梳理行為，這在強(qiáng)迫癥、自閉癥及焦慮障礙的動(dòng)物模型中常見(jiàn)。

盡管S1BF的感覺(jué)運(yùn)動(dòng)處理機(jī)制同時(shí)支撐著觸須擺動(dòng)和自我梳理行為，但目前尚不清楚這兩種行為中單個(gè)神經(jīng)元（或細(xì)胞群）是否會(huì)呈現(xiàn)不同的激活模式。為解決這一問(wèn)題，研究人員采用了超維景生物的微型化雙光子成像技術(shù)在自由活動(dòng)小鼠中以單細(xì)胞分辨率記錄鈣瞬變。通過(guò)分析S1BF在自我梳理和觸須擺動(dòng)期間的神經(jīng)元激活特征，系統(tǒng)表征了不同細(xì)胞類(lèi)型的響應(yīng)動(dòng)態(tài)，并繪制了其在大腦皮層中的空間分布圖譜。該方法使研究人員解析了S1BF如何在兩種功能迥異的行為中差異性地處理感覺(jué)運(yùn)動(dòng)信息。 首先，研究人員通過(guò)c-Fos染色與光纖記錄技術(shù)，證實(shí)S1BF在自我梳理行為中被顯著激活。進(jìn)一步采用微型雙光子成像技術(shù)（FHIRM）監(jiān)測(cè)鈣瞬變，根據(jù)其行為特異性激活模式鑒定出四種不同神經(jīng)元類(lèi)型：自我梳理起始激活型（GIA，cells activated at the initiation of self-grooming）、自我梳理持續(xù)激活型（GDA，cells activated during self-grooming）、觸須擺動(dòng)起始激活型（WIA，activated at whisking initiation）和觸須擺動(dòng)持續(xù)激活型（WDA，activated during whisking）。
進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，GIA細(xì)胞在自我梳理行為啟動(dòng)階段表現(xiàn)出顯著的鈣活性增強(qiáng)，其增強(qiáng)幅度顯著高于觸須擺動(dòng)啟動(dòng)階段；在觸須擺動(dòng)啟動(dòng)階段未顯示鈣活性的顯著變化，也未發(fā)現(xiàn)自我梳理期間或觸須擺動(dòng)期間存在顯著的神經(jīng)激活，且兩種行為間的鈣瞬變頻率亦無(wú)明顯差異。 GDA 細(xì)胞在自我梳理啟動(dòng)階段或觸須擺動(dòng)啟動(dòng)階段均未表現(xiàn)出鈣活性的顯著變化，而自我梳理和觸須擺動(dòng)期間均表現(xiàn)激活。綜合結(jié)果表明：GIA細(xì)胞特異性參與自梳行為的啟動(dòng)階段，而 GDA 細(xì)胞在自梳與觸須擺動(dòng)期間均被激活。  
進(jìn)一步分析WDA 細(xì)胞和 WIA 細(xì)胞的激活模式，發(fā)現(xiàn)WIA 細(xì)胞在自我梳理毛行為的起始階段表現(xiàn)出顯著的激活，而在自我梳理行為的起始階段則未觀察到明顯的活動(dòng)變化。WDA 細(xì)胞在自我梳理過(guò)程中也未顯示出顯著的鈣激活事件頻率變化，而在探索行為的起始階段表現(xiàn)出顯著的鈣活動(dòng)增加，在自我梳理行為的起始階段則觀察到顯著的減少。這些發(fā)現(xiàn)表明，自我梳理激活細(xì)胞（WDA 和 WIA 細(xì)胞）可能僅參與自我梳理過(guò)程，并且其活動(dòng)在自我梳理時(shí)會(huì)減弱。  
此外，對(duì)S1BF中GIA、 GDA 、WIA及 WDA 細(xì)胞的拓?fù)浞植继卣鞣治霰砻�，WDA 、WIA和GIA細(xì)胞群與 GDA 細(xì)胞的最鄰近距離（nearest-neighbor，NN），與 GDA 細(xì)胞群體內(nèi)部的NN距離相比無(wú)顯著差異。這表明就空間分布特征而言，以 GDA 細(xì)胞群為參照時(shí)，其他三個(gè)細(xì)胞群可視為與 GDA 細(xì)胞同屬的細(xì)胞群。再以GIA、 WDA 和WIA細(xì)胞為參照進(jìn)行NN距離計(jì)算，所有情況下均獲得相似結(jié)果。這表明，4類(lèi)神經(jīng)元在皮層內(nèi)呈均勻隨機(jī)分布，并未形成空間分離的功能亞區(qū)。
【參考文獻(xiàn)】
Ge, Junye et al. “Diverse Neuronal Activity in Barrel Cortex During Self-Grooming and Whisking in Mice.” Neuroscience bulletin, 10.1007/s12264-025-01583-1. 16 Jan. 2026, doi:10.1007/s12264-025-01583-1