微型化雙光子技術揭示小鼠體感桶狀皮層神經元在不同行為中的活動模式

體感桶狀皮層（S1BF）是處理觸須感覺信息的關鍵初級皮層區域，與小鼠觸須陣列呈現精確的點對點拓撲對應關系。在自我梳理和探索性擺須運動中的感覺感知與感覺運動反饋中起關鍵作用。然而，在單細胞活動水平上，S1BF是否以及如何以不同的神經元活動模式來分別參與自我梳理（主要由外部感覺觸發）和主動觸須擺動（由內部動機驅動），仍不明確。

2026年1月16日，空軍軍醫大學王文挺教授、武勝昔教授，中山大學臧穎副教授共同通訊在Neuroscience Bulletin在線發表題為“Diverse Neuronal Activity in Barrel Cortex During Self?Grooming and Whisking in Mice"的研究論文，揭示了小鼠體感桶狀皮層神經元在自我梳理與觸須擺動中的差異化活動模式。

論文上線截圖

首先，研究人員通過c-Fos染色與光纖記錄技術，證實S1BF在自我梳理行為中被顯著激活。進一步采用微型雙光子成像技術（FHIRM）監測鈣瞬變，根據其行為特異性激活模式鑒定出四種不同神經元類型：自我梳理起始激活型（GIA，cells activated at the initiation of self-grooming）、自我梳理持續激活型（GDA，cells activated during self-grooming）、觸須擺動起始激活型（WIA，activated at whisking initiation）和觸須擺動持續激活型（WDA，activated during whisking）。

進一步分析發現，GIA細胞在自我梳理行為啟動階段表現出顯著的鈣活性增強，其增強幅度顯著高于觸須擺動啟動階段；在觸須擺動啟動階段未顯示鈣活性的顯著變化，也未發現自我梳理期間或觸須擺動期間存在顯著的神經激活，且兩種行為間的鈣瞬變頻率亦無明顯差異。 GDA 細胞在自我梳理啟動階段或觸須擺動啟動階段均未表現出鈣活性的顯著變化，而自我梳理和觸須擺動期間均表現激活。綜合結果表明：GIA細胞特異性參與自梳行為的啟動階段，而 GDA 細胞在自梳與觸須擺動期間均被激活。

進一步分析WDA 細胞和 WIA 細胞的激活模式，發現WIA 細胞在自我梳理毛行為的起始階段表現出顯著的激活，而在自我梳理行為的起始階段則未觀察到明顯的活動變化。WDA 細胞在自我梳理過程中也未顯示出顯著的鈣激活事件頻率變化，而在探索行為的起始階段表現出顯著的鈣活動增加，在自我梳理行為的起始階段則觀察到顯著的減少。這些發現表明，自我梳理激活細胞（WDA 和 WIA 細胞）可能僅參與自我梳理過程，并且其活動在自我梳理時會減弱。

此外，對S1BF中GIA、 GDA 、WIA及 WDA 細胞的拓撲分布特征分析表明，WDA 、WIA和GIA細胞群與 GDA 細胞的最鄰近距離（nearest-neighbor，NN），與 GDA 細胞群體內部的NN距離相比無顯著差異。這表明就空間分布特征而言，以 GDA 細胞群為參照時，其他三個細胞群可視為與 GDA 細胞同屬的細胞群。再以GIA、 WDA 和WIA細胞為參照進行NN距離計算，所有情況下均獲得相似結果。這表明，4類神經元在皮層內呈均勻隨機分布，并未形成空間分離的功能亞區。