Nature：学习并不仅仅是重复，科学家揭秘大脑如何“重新布线”从而掌握新技能？

来源：100医药网 2025-05-21 10:33

来自加州大学圣地亚哥分校等机构的科学家们通过研究揭示了大脑在学习过程中如何通过精确的神经回路重塑来掌握新技能。

在当今快节奏的生活中，学习新技能似乎是一项永无止境的任务，无论是掌握一门新语言、学会弹奏一种乐器，还是从脑部损伤中恢复，我们都在不断地挑战大脑的可塑性，然而大脑是如何在学习过程中 重新布线 的呢？

近日，一篇发表在国际杂志Nature上题为 Motor learning refines thalamic influence on motor cortex 的研究报告中，来自加州大学圣地亚哥分校等机构的科学家们通过研究揭示了大脑在学习过程中如何通过精确的神经回路重塑来掌握新技能。

长期以来，神经科学家们一直将大脑的初级运动皮层（M1）视为学习复杂运动技能的关键区域，M1位于大脑前额叶区域，其负责发送与运动相关的信号。近年来，位于大脑中心的运动丘脑也被认为在运动学习中对M1产生影响，然而尽管这些区域的重要性已被广泛认可，但学习过程的具体机制（即大脑如何在学习过程中调整这些区域之间的互动）一直以来都是个谜，这主要是因为监测大脑不同区域细胞之间的复杂互动极具挑战性。

在这项开创性的研究中，研究人员首次详细描述了小鼠在学习过程中的大脑重塑机制，他们利用包括高分辨率成像和一种新颖数据分析方法等多种先进的神经生物学技术揭示了丘脑皮层通路（连接丘脑和皮层的神经通路）在学习过程中的关键作用。研究结果表明，学习不仅仅是调整神经元的活动水平，其还能通过精确的神经回路重塑来优化丘脑和皮层之间的通信。

研究者Assaf Ramot博士指出，学习不仅仅是局部变化，其能重塑大脑区域之间的通信从而使其更快、更强、更精确。学习不仅仅是改变大脑 做什么 ，其还改变了大脑如何完成这些任务。为了深入理解特定神经元的活动，研究人员开发了一种名为ShaReD（Shared Representation Discovery）的新分析方法，该方法能识别出在不同个体中与神经活动相关联的共同行为特征，从而将细微的行为特征与每个动物中不同神经元的活动联系起来。

丘脑对初级运动皮层（M1）的输入优先编码专家的习得性运动

研究者表示，现有的方法通常会强制对齐数据以减少个体差异，这就像要求每个人都按照完全相同的路线到达目的地；而ShaReD更像是识别出哪些地标可以帮助旅行者导航，无论他们选择的具体路线如何，这种方法对于研究的发现至关重要。研究者发现，在学习过程中，丘脑会激活M1中的一组特定神经元，这些神经元随后激活其他M1神经元，从而生成与学习运动相关的活动模式，这种精确的神经回路重塑不仅优化了大脑区域之间的通信，还使学习过程更加高效。

Komiyama教授说道，在学习过程中，这些并行且精确的变化是由丘脑激活一组特定的M1神经元产生的，这些神经元随后会激活其它M1神经元从而生成学习到的活动模式。本文研究不仅提供了关于学习过程的新见解，还为那些患有神经障碍的人带来了新的治疗希望。通过理解大脑区域如何在学习过程中重新组织通信，科学家们就有望设计出更有效的治疗方法和技术来帮助人们更好地恢复或掌握新技能。研究者表示，学习不仅仅是重复，而是大脑的重新布线；无论是学习一项新技能、从中风中恢复，还是使用神经假肢，理解大脑区域如何重新组织通信都有助于科学家们设计出与大脑自然学习机制相配合的更好疗法和技术。

综上，本文研究不仅揭示了大脑在学习过程中的复杂机制，还为未来的神经科学研究和临床应用提供了新的方向；通过深入理解大脑的可塑性，科学家们就能更好地利用这一自然机制来帮助人们在面对挑战时更加高效地学习和适应。（100yiyao.com）

参考文献：

Ramot, A., Taschbach, F.H., Yang, Y.C.et al..Nature (2025). doi：10.1038/s41586-025-08962-8

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