2023年7月27日，Nature Communications杂志在线发表了华中科技大学基础医学院病理生理学系刘平研究员团队“运动通过本体感觉调控线虫嗅觉学习”（Locomotion modulates olfactory learningthrough proprioception inC. elegans）的最新研究成果。
运动对大脑功能具有显著影响，包括学习与记忆能力。在人类中，运动与儿童的学习能力正相关，短期剧烈运动能即时提高人的学习能力。在小鼠中，运动增强大脑皮层、海马和小脑的神经元活性，还能以速度依赖的方式促进联想学习。另外，运动还可以减少老年人发生神经退行性疾病的风险，甚至逆转神经退行性疾病病人和动物模型的认知功能衰退。这些研究都表明运动对学习具有保守的促进作用，但连接运动与学习的神经机制目前还不清楚。
目前主要发现神经营养因子和肌细胞因子参与介导了运动对大脑功能的慢性改善作用，但运动发挥急性作用的神经机制仍一无所知。本体感觉是优秀的候选者，因为它可以感觉运动速度和肌肉伸缩，并将这些信息即时传入中枢神经系统。比如在哺乳动物中，本体感觉信号可以通过脊髓小脑束和背索-内侧丘系通路分别到达小脑和大脑；在昆虫中，本体感觉轴突可投射进入中枢神经系统传递本体感觉信号。
学习是动物神经系统的普遍功能，具有简单神经系统的模式动物，如秀丽隐杆线虫等，是研究其神经环路和突触机制的常用模型。线虫仅有302个神经元，但表现多种学习行为。例如，线虫以细菌为食物，成年线虫天生喜欢致病性铜绿假单胞菌PA14的气味，但在摄食PA14数小时后就能学会躲避这种致病菌的气味。PA14嗅觉学习所依赖的主要神经元已经研究的比较清楚。不过，与哺乳动物通过肌梭和高尔基肌腱器感觉肌肉伸缩而产生本体感觉不同，线虫运动神经环路中缺少专门的本体感觉神经元。
在本课题中，我们以线虫简单嗅觉学习为模型，通过定量分析运动速度与嗅觉学习的关系，发现运动以速度依赖的方式增强嗅觉学习。进一步利用研究清晰的线虫感觉运动神经环路，通过电生理、钙成像、分子遗传、光遗传、化学遗传和线虫行为分析等技术，发现线虫运动神经元表达机械力敏感通道，具有本体感受器的功能。因此，运动可以激活这些神经元，并将由此产生的本体感觉信息传入上游负责加工处理嗅觉感觉信息的中间神经元，调控其经验依赖性神经元活性和功能性耦合，从而产生对嗅觉学习的调控作用。本研究从分子、细胞、环路和动物行为水平，以单细胞分辨率揭示了本体感觉具有调控动物学习的功能及其精细作用机制。
华中科技大学基础医学院病理生理学系刘平研究员和美国康州大学医学院神经科学系Zhao-Wen Wang教授为该论文的通讯作者，病理生理学系博士研究生展旭和协和医院骨科陈超为该论文的共同第一作者。该研究工作得到了国家自然科学基金面上项目和华中科技大学自主创新基金的支持。
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