睡眠与清醒运动期间的运动皮层活动随发育变得更精确，但仍落后于红核

婴儿如何学习移动

任何看过新生儿睡眠的人都见过四肢或手指的微小、抽动式颤动。这些看似随机的动作实际上是大脑至关重要的练习。本研究在幼年大鼠身上提出了一个简单却深刻的问题：随着大脑发育，运动控制如何从原始的深脑中心转移到更复杂的外层皮层？通过追踪睡眠与清醒状态下的大脑活动，作者揭示了这一接力如何展开——以及为什么睡眠抽动可能对学会流畅移动至关重要。

一个发育中大脑的两个运动中枢

生命早期，实际驱动肢体运动的主要结构是位于深部的大脑枢纽——红核，而运动皮层位于“上游”，尚未掌权。然而，每当四肢运动时，尤其在快速眼动（REM）睡眠的抽动期间，皮层会表现出强烈的活动。研究者想知道哪些具体运动与这些活动相关，皮层随时间追踪这些运动的精确度如何，以及皮层是否会在运动开始前就发生放电——这是其开始发出命令而不仅仅是监听的关键标志。

为了解答这些问题，他们在12至24日龄的大鼠幼崽的前肢运动皮层区域记录了单个脑细胞的电活动。实验动物头部固定，但可在一个浮动的“移动家园笼”（Mobile HomeCage）中自由行走、理毛和睡眠，同时摄像机捕捉微小的肢体抽动和更大范围的醒动。在最年长的年龄组，研究团队还同时记录了红核活动，从而可以直接比较这一皮下驱动器与仍在发育的皮层之间的差异。

皮层“知道”什么——以及何时知道

在所有年龄段中，超过一半被记录的运动皮层神经元在REM睡眠抽动和主动清醒的前肢运动中均有放电。利用抽动短促且常仅涉及单一体节的特点，团队得以测试皮层反应的特异性。他们发现，前肢区的细胞对前肢抽动反应强烈，但对后肢、胡须或尾巴的抽动则没有明显反应。这种精确的体表映射——本质上是“一张爪子地图”——在出生后第12天就已存在。

随着幼崽的成熟，皮层反应的时序变得更为锐利。与每次抽动相关的活动爆发变得更短促，并且更靠近运动发生的瞬间，表明处理更为精细。重要的是，在抽动前发生的皮层峰值放电所占比例逐渐增加，到20–24日龄时约占五分之一。这种运动前活动暗示皮层开始参与运动的计划或启动，而不仅仅是在肢体移动后记录感觉反馈。

红核仍然领先一步

当研究者在第24天比较运动皮层与红核时，呈现出另一种画面。红核神经元在睡眠抽动和清醒运动周围的放电时间比皮层更早，而且它们在运动开始前的活动占比更大。红核的活动通常也持续更长，提示其发出的命令信号更强且更持续。一些红核神经元具有高度选择性，主要在特定的清醒行为（例如朝面部的理毛样运动）时放电，并且其放电会随运动方向和幅度而变化。相比之下，皮层神经元通常没那么挑剔：大多数只是在运动更大时放电更多，而不太关心精确方向或特定动作。

为什么睡眠抽动仍然重要

有趣的是，尽管随年龄增长被睡眠抽动驱动的皮层细胞比例下降，但在第24天时仍有一部分细胞对抽动保持反应性。这表明抽动在皮层获得对肢体直接控制之前的这段时间内，仍在向皮层提供有价值的信息。作者提出，红核在睡眠与清醒期间产生有结构的运动模式，这些模式通过传入感觉信号被皮层“看到”。随着时间推移，这种重复的配对使皮层电路能够调整自身以适应肢体的详细运动学特征。

正在训练而尚未掌舵的大脑

通俗地讲，这项工作表明在幼年动物中，深脑的红核就像坐在方向盘上的驾驶教练，而运动皮层则坐在副驾驶座上，观察每一个转向。大约在三周龄时，皮层开始更加专注并偶尔“伸手去握方向盘”——这在其增长的运动前活动中可见——但在时序和精确度上它仍落后于红核。来自睡眠抽动和清醒运动的持续反馈似乎训练皮层，直到它最终能够更多地接管驾驶任务。理解这一发育接力有助于解释为何早期睡眠和自发运动对构建大脑对精细动作控制如此关键。

引用: Reid, M.R., Sattler, N.J. & Dooley, J.C. Motor cortex activity during sleep and wake movements sharpens across development but continues to lag the red nucleus. Sci Rep 16, 12872 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41754-2

关键词: 运动皮层发育, 睡眠抽搐, 红核, 婴儿运动控制, 感觉运动成熟