Deconstruction of Corticospinal Circuits for Goal-Directed Motor Skills.
Deconstruction of Corticospinal Circuits for Goal-Directed Motor Skills.
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DOI：
10.1016/j.cell.2017.08.014
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发表时间：
2017-10-05
期刊：
影响因子：
64.5
通讯作者：
He Z
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Wang X;Liu Y;Li X;Zhang Z;Yang H;Zhang Y;Williams PR;Alwahab NSA;Kapur K;Yu B;Zhang Y;Chen M;Ding H;Gerfen CR;Wang KH;He Z
皮质脊髓神经元（CSN）代表了直接的皮质输出到脊髓，并在不同物种的运动控制中发挥重要作用。然而，其组织原则仍不明确。通过使用逆行标记系统，我们定义了在小鼠中执行熟练的前肢食物颗粒取回任务时CSN的要求。在体内成像的CSN活动在性能显示的顺序激活的地形有序的功能合奏与适度的局部混合。特定区域的操作表明，CSN从尾侧或吻侧前肢区域控制达到或掌握，分别，两者都需要在过渡旋前步骤。这些区域特异性CSN终止于不同的脊髓水平和位置，因此优先与参与任务的不同步骤的肌肉的运动前神经元连接。总之，我们的研究结果表明，空间上定义的CSN组编码不同的运动模块，提供了一个逻辑并行有序的皮质脊髓回路编排多步运动技能。目标导向运动技能背后的神经回路是什么？它们是如何组织和时空激活的？
Corticospinal neurons (CSNs) represent the direct cortical outputs to the spinal cord and play important roles in motor control across different species. However, their organizational principle remains unclear. By using a retrograde labeling system, we defined the requirement of CSNs in the execution of a skilled forelimb food-pellet retrieval task in mice. In vivo imaging of CSN activity during performance revealed the sequential activation of topographically ordered functional ensembles with moderate local mixing. Region-specific manipulations indicate that CSNs from caudal or rostral forelimb area control reaching or grasping, respectively, and both are required in the transitional pronation step. These region-specific CSNs terminate in different spinal levels and locations, therefore preferentially connecting with the premotor neurons of muscles engaged in different steps of the task. Together, our findings suggest that spatially defined groups of CSNs encode different movement modules, providing a logic for parallel-ordered corticospinal circuits to orchestrate multistep motor skills. What are the neuronal circuits underlying goal-directed motor skills and how are they organized and spatiotemporallly activated?
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