近日，以色列理工学院（Technion）鲁思与布鲁斯·拉帕波特医学院（Ruth and Bruce Rappaport Faculty of Medicine）和安德鲁与厄娜·维特比电气与计算机工程学院（Andrew and Erna Viterbi Faculty of Electrical and Computer Engineering）的研究人员联合开展的一项跨学科研究，揭示了一个令人惊讶的发现：局部释放的多巴胺（dopamine）在学习新的运动技能中起着关键作用。 这一研究成果已发表在《Nature Communications》期刊上。
多巴胺如何影响运动技能学习？
从书写、打字，到演奏乐器或掌握一项运动技能，学习基于运动的任务是大脑面临的最复杂挑战之一。该研究团队通过先进的神经成像和神经抑制技术，探索了运动皮层在技能学习过程中如何重组神经网络，并揭示了多巴胺在这一过程中不可或缺的作用。
研究由Dr. Hadas Benisty、Prof. Jackie Schiller 和 M.D./Ph.D. 学生 Amir Ghanayim 领导，同时得到了Prof. Ronen Talmon 和 Avigail Cohen-Rimon 的贡献。
研究指出，学习新运动技能主要在初级运动皮层（primary motor cortex） 进行，这是负责规划和执行自愿运动的大脑区域。过去已有研究表明，随着技能的掌握，该区域的神经活动会发生变化，但驱动这些变化的具体机制一直未完全清楚。
研究发现：从“初学者”到“专家”，多巴胺是关键
研究团队采用钙成像技术（calcium imaging） 记录活体小鼠运动学习过程中的神经活动，并使用化学遗传学抑制技术（chemogenetic inhibition） 控制特定脑细胞的功能。他们发现，在运动学习过程中，运动皮层的神经网络会从“初学者”模式向“专家”模式转变，而这一过程依赖于多巴胺在运动皮层的局部释放。
通常情况下，多巴胺由腹侧被盖区（ventral tegmental area, VTA） 的神经元输送至运动皮层，研究人员推测，这种释放会触发神经可塑性机制，增强神经元之间的功能连接，使运动技能得以存储并用于未来的运动控制。本质上，这是一种强化学习（reinforcement learning）机制，即成功的运动表现会加强大脑内部的神经连接。
如果阻断多巴胺会发生什么？
为了验证多巴胺的必要性，研究人员在实验中阻断了初级运动皮层的多巴胺释放，并观察神经网络的活动及小鼠的学习过程。结果显示：当多巴胺释放被阻断时，小鼠完全无法学会新的运动技能，其运动皮层的神经网络也保持静止状态。但一旦恢复多巴胺释放，学习能力随即恢复，神经网络也开始重新组织。
值得注意的是，研究还发现，阻断多巴胺并不会影响小鼠执行已学会的运动技能，这表明多巴胺对于学习新动作至关重要，但对执行已掌握的技能并非必需。
研究意义及临床启示
该研究为理解大脑可塑性（brain plasticity）和运动学习机制提供了新的证据，强调了大脑在整个生命过程中不断重组自身，以提高运动技能的能力。此外，研究成果对帕金森病（Parkinson’s disease）等神经系统疾病的治疗可能具有重要意义，因为帕金森病患者的多巴胺水平降低，导致运动学习能力受损。这一发现或可为未来的神经康复治疗提供新的方向。
这项研究不仅加深了人们对运动皮层如何通过多巴胺信号进行学习和重组的理解，也为开发新的神经调控方法提供了理论支持，或许能帮助更多因神经疾病或损伤而失去运动能力的人群重新学习动作。
参考文献：Amir Ghanayim et al, VTA projections to M1 are essential for reorganization of layer 2-3 network dynamics underlying motor learning, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-024-55317-4
编辑：王洪
排版：李丽
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