近日，中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心（神經科學研究所）、上海腦科學與類腦研究中心、神經科學國家重點實驗室姚海珊研究組在eLife上在線發表了題為《次級運動皮層在靈活視覺分類行為中參與適應性行動選擇的控制》的研究論文。研究發現次級運動皮層的行動選擇信息和感覺歷史信息受到任務需求的動態調控，在靈活行為中具有重要作用。
世界包括各式各樣的刺激、物體和事件。能夠根據刺激和行為意義的相似程度進行分類歸納，以便概括地指導行為，是人類和動物生存所必需的一種基本而重要的認知能力。世界瞬息萬變，環境的變化要求個體能夠更新劃分事物功能類別的標準，根據不同的環境和自己對相應環境的經驗，靈活地調整自己的行為，達到趨利避害的目的。不能靈活地適應環境或規則變化是一些神經系統疾病（如精神分裂症和自閉症）的典型特徵。因此，研究靈活行為的神經機制對於理解大腦如何適應環境變化具有重要意義。
前人研究發現，獼猴額葉的前輔助運動區和額葉眼動區神經元的活動能夠反映靈活刺激分類行為的分類邊界改變。這些腦區在嚙齒類動物中的同源區域是次級運動皮層（secondary motor cortex, M2）。已有研究發現，M2神經元編碼行動選擇和行為歷史的信息，但M2是否參與靈活分類行為中的行動選擇，以及M2編碼的相關信息如何受到行為調整需求的調控，尚不完全清楚。
研究人員訓練小鼠根據視覺刺激空間頻率的高低（即條紋的粗細或疏密程度）進行分類，產生向左或向右的行為選擇。在實驗過程中，分類標準在一個低頻刺激和一個高頻刺激之間發生反覆切換，空間頻率在低頻和高頻分類邊界之間的刺激稱為切換刺激。在分類標準切換後，小鼠需要調整內心的判別標準，靈活改變對切換刺激的行為選擇，才能有效獲得獎勵。用藥物遺傳學手段抑制雙側M2的活動，降低了小鼠在分類邊界切換後適應性調整自身行為的能力，表現為行為調整速度減慢。建模分析結果顯示，上述操縱主要影響了小鼠對感覺歷史信息的利用，而非獎懲歷史信息。電生理記錄則表明，當分類標準發生變化，小鼠需要重新調整對切換刺激的行為選擇時，M2神經元編碼的行動選擇和感覺歷史信息得到增強。
研究表明，在靈活視覺分類行為中，M2參與行動選擇的靈活控制，且M2神經元對抉擇和感覺歷史信息的表徵受到任務需求的動態調控。研究人員對內側前額葉皮層和眶額皮層附近的額葉腦區進行藥物遺傳學操縱，並未發現小鼠的靈活行為受到顯著影響，這暗示了M2在感覺歷史信息引導的靈活行動選擇中具有獨特貢獻。
研究工作得到國家自然科學基金委員會、中科院和上海市政府的資助。博士研究生王天一為論文的第一作者。
A.在靈活視覺分類行為中，小鼠需要及時覺察分類標準的變化，更新自己對切換刺激的行為選擇。在刺激的行為意義難以確定時，理論上小鼠可以根據行為選擇的獎懲歷史和感覺刺激歷史做出抉擇。B.M2神經元對上一次試驗的刺激具有選擇性，即能夠表徵感覺刺激歷史。