學(xué)習(xí)騎自行車時，一開始總會搖搖晃晃，練上幾天就能穩(wěn)穩(wěn)當(dāng)當(dāng)；鋼琴新手總是錯音不斷，而鋼琴家卻能精準彈出復(fù)雜的音階。這些現(xiàn)象的背后，其實是大腦運動皮層在發(fā)生神經(jīng)可塑性的變化。

然而，長期以來，科學(xué)家一直困惑：這種重塑究竟是運動皮層獨立完成的，還是僅僅在照搬上游腦區(qū)的指令？

2026年6月2日，加州大學(xué)圣地亞哥分校的William J. Wright博士和Takaki Komiyama教授團隊在《Current Biology》上發(fā)表研究《Local plasticity underlies the reorganization of cortical circuit dynamics during motor learning》

研究發(fā)現(xiàn)，初級運動皮層（M1）內(nèi)依賴 CaMKII 的局部可塑性，是運動學(xué)習(xí)中形成穩(wěn)定刻板動作、產(chǎn)生可重復(fù)神經(jīng)活動模式及可靠編碼運動信息的必要條件，而非被動繼承上游腦區(qū)的可塑性變化。

動作是怎么從“手忙腳亂”變成“行云流水”的？

刻板動作：重復(fù)執(zhí)行同一動作時，動作軌跡、速度等特征越來越一致、標準化。

首先，研究人員設(shè)計了一個經(jīng)典的“聲音-壓桿”任務(wù)，訓(xùn)練小鼠聽到聲音后壓桿，就能獲得獎勵。之后采用光遺傳學(xué)抑制技術(shù)，在小鼠 M1 第 2/3 層神經(jīng)元中表達光控 CaMKII 抑制劑 paAIP2，訓(xùn)練時用藍光阻斷局部可塑性。

結(jié)果顯示，兩組小鼠的任務(wù)成功率和反應(yīng)時間無顯著差異，說明局部可塑性不影響學(xué)會任務(wù)本身。但對照組小鼠的動作隨訓(xùn)練變得越來越標準一致（即 “刻板化”），路徑更短更流暢；而實驗組小鼠動作始終雜亂。

因此， M1 局部可塑性是獲得熟練動作的關(guān)鍵。

局部可塑性不改變運動相關(guān)神經(jīng)元的比例

為什么CaMKII被抑制后，動作就流暢不起來？科學(xué)家想知道，是負責(zé)運動的細胞數(shù)量變少了，還是它們之間的配合出了問題。

因此，研究人員采用在體雙光子鈣成像技術(shù)，在訓(xùn)練早期（第 1 天）、中期（第 7 天）和晚期（第 14 天）追蹤同一群 M1 神經(jīng)元，將神經(jīng)元分為運動時激活、抑制和無反應(yīng)三類。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，兩組小鼠中運動激活型神經(jīng)元的比例全程穩(wěn)定且無組間差異；運動抑制型神經(jīng)元比例在實驗組略低，但變化趨勢與對照組一致。

因此，局部可塑性不改變運動相關(guān)神經(jīng)元的身份，而是改變它們之間的協(xié)作方式。

局部可塑性驅(qū)動可重復(fù)神經(jīng)活動和功能連接重組

功能連接指神經(jīng)元之間同步活動的程度，反映它們的協(xié)同工作能力。

研究人員計算發(fā)現(xiàn)，對照組小鼠隨訓(xùn)練進展，單個神經(jīng)元和群體活動的試次間一致性顯著提高，說明神經(jīng)活動越來越穩(wěn)定可重復(fù)；同時，運動相關(guān)神經(jīng)元之間的功能連接明顯增強。而實驗組小鼠的神經(jīng)活動一致性沒有提高，運動相關(guān)神經(jīng)元之間的連接反而減弱。

因此，局部可塑性通過增強功能相關(guān)神經(jīng)元的連接，讓它們配合更默契。

局部可塑性提升 M1 對運動信息的編碼能力

研究人員采用支持向量回歸解碼技術(shù)，用神經(jīng)元群體活動預(yù)測小鼠的壓桿軌跡。

結(jié)果顯示，對照組小鼠在訓(xùn)練中晚期，解碼準確率顯著高于早期，說明 M1 的神經(jīng)活動能越來越準確地代表實際運動；且運動軌跡越相似，對應(yīng)的神經(jīng)活動模式也越相似。而實驗組小鼠的解碼準確率全程沒有提升，即使相似的運動軌跡，神經(jīng)活動模式也差異很大。

因此，局部可塑性顯著提升了M1對運動信息的編碼效率和可靠性。

一張圖看懂：大腦如何讓你的動作從“手忙腳亂”變“行云流水”？

訓(xùn)練初期

M1神經(jīng)元活動不協(xié)同，動作軌跡五花八門 → 動作不熟練

隨著練習(xí)

M1內(nèi)部CaMKII依賴的局部可塑性啟動 → 增強運動激活型神經(jīng)元之間的功能連接；提高每次執(zhí)行動作時神經(jīng)活動的一致性

最終效果

M1對運動軌跡的解碼準確率提升 → 動作變得穩(wěn)定、流暢、可重復(fù)

小編寄語：

該研究為腦卒中、帕金森病、脊髓損傷等運動障礙疾病的康復(fù)治療提供了全新靶點，提示通過藥物或神經(jīng)調(diào)控手段增強 M1 局部可塑性，可能顯著加速運動功能恢復(fù)。

同時也為腦機接口的運動解碼算法優(yōu)化提供了生物學(xué)依據(jù)，有助于提升假肢的控制精度和流暢度。

https://doi.org/10.1016/j.cub.2026.05.011

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