三年前因火灾去世的中国留学生，作为第一作者发表Nature论文

撰文丨王聪

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

当我们学习如何执行新动作时，大脑会在掌握新任务的过程中将细节铭刻于脑海。从幼儿学弹钢琴，到新手匹克球选手熟悉球拍挥击动作，我们习得新运动技能的同时，大脑也刻录下了相应的神经活动模式。

此前，神经生物学家已观察到，当我们学习特定动作时，大脑运动皮层中会涌现出可区分的活动模式。但尚不清楚的是，这些模式究竟是负责生成动作的原因，还是仅仅反映了由大脑其他区域驱动的动作。此外，这种模式化活动是在运动皮层内部产生的，还是从其他脑区继承而来的？一直存在争议。

2026 年 10 月 14 日，加州大学圣地亚哥分校 Qiyu Chen、吴岸作为共同第一作者，在 Nature 期刊发表了题为：Targeted stimulation of motor cortex ensembles drives learned movements 的研究论文。该研究表明，靶向刺激运动皮层中的约 20 个神经元，即可驱动已习得的运动。

该研究结合了体内双光子钙成像与全息光遗传刺激技术，对执行熟练任务的小鼠 M1 L2/3 中功能定义的神经元群体进行了刺激。对约 20 个在自发运动起始前即表现出活动提前的神经元进行短暂同步刺激，可诱发与已习得运动相似的动作，同时在其他 M1 神经元中产生了与已习得活动相似的模式。此外，光遗传触发群体活动的逐次试验变异性，与所诱发运动的变异性相关。这些变异性均可由刺激前 M1 活动的初始状态预测。在某些试验中，刺激仅诱发了已习得活动但未引发运动，表明已习得活动并非仅仅是运动的反映，而是可以内部产生。在任务脱离（未参与任务）的小鼠中，刺激无法诱发运动或习得性活动。而在参与任务的小鼠中，刺激那些活动紧随运动起始之后的神经元，也无法诱发习得性运动。

综上所述，当 M1 处于最佳初始状态并接收精确的触发输入时，M1 L2/3 中的已习得活动即可被生成，这证实了 M1 在生成已习得活动与已习得运动中发挥主动作用。

这项研究建立在吴岸博士前期研究的基础上，她也是这篇论文的共同第一作者，她于 2023 年 3 月在加拿大蒙特利尔的一场火灾中不幸去世（时年 31 岁）。吴岸来自中国安徽铜陵，她 15 岁考入武汉大学，23 岁博士毕业于迈阿密大学，此后在加州大学圣地亚哥分校进行博士后研究，并担任实验室项目科学家。

在执行已习得的运动技能时，大脑初级运动皮层（M1）第 2/3 层（L2/3）的神经元群体表现出一种可重复的时空活动模式。但关于 M1 是否主动参与生成这一习得模式，以及该模式是否因果性地驱动已习得运动，目前仍存在争议。

而现在，科学家经有了答案，来自加州大学圣地亚哥分校的研究人员以小鼠为研究对象，运用先进的光学方法等技术，以前所未有的细节剖析大脑活动。他们锁定了负责新习得动作的特定脑区，并刺激该区域的少量神经元（少至 20 个神经元）以引发相应动作，从而通过神经元的记录与刺激实现了一种“读心”与“控脑”效果。

二十个神经元即可触发已习得的动作

论文通讯作者小宫山贵树（Takaki Komiyama）教授表示，我们发现，仅短暂激活大脑运动皮层中约 20 个精心挑选的神经元，就能触发与某一习得动作相关的更大范围脑活动模式，并且在许多情况下，能直接产生这一习得动作本身。考虑到小鼠大脑包含约 7000 万个神经元，如此小规模的刺激竟能驱动特定的大规模脑活动及行为，实在令人惊讶。

这项发表在Nature上的研究，由博士生Qiyu Chen主导，其研究基础来自实验室项目科学家吴岸之前工作。2023 年 3 月 16 日，吴岸在加拿大蒙特利尔参加学术会议后，其租住民宿所在的大楼发生火灾，她因此不幸去世。她的贡献对实验室的运动学习与神经环路研究具有重要意义，这项研究也承载着对她的纪念。

小宫山贵树教授（左）和博士生Qiyu Chen（右）与一系列照片的合影，照片中是项目科学家吴岸，她启动了这项发表于 Nature 的研究工作。

读取并写入大脑活动

在这项研究中，研究团队结合使用了多种技术手段，包括用于精确观察大脑活动的双光子钙成像技术，以及一种全息光遗传学方法来刺激神经元。这些方法使研究团队能够“读取”大脑活动，并以单个细胞的精度“写入”特定模式，从而实现对运动的控制。

当研究团队记录小鼠学习新动作时的大脑信号时，他们推测，在动物开始运动前即出现活跃度升高的神经元（即“早期激活神经元”）会启动新学会的动作。他们随后测试了人工刺激这些神经元是否能诱发已习得的动作。

研究团队观察到，刺激早期激活神经元可以引发运动，他们还发现，能否成功产生已习得的动作，取决于刺激前运动皮层所处的状态，以及被试小鼠是否专注于当前任务。

研究团队表示，新技术使我们能够读取数百个神经元的活动，并向其中写入新的活动信号，从而实现对神经活动的控制。这使我们具备了在特定行为过程中观察神经元活动的优势。我们可以识别神经元的功能特性，然后有针对性地选择性刺激我们感兴趣的神经元。

追踪神经连接以帮助恢复运动能力

除了上述发现，研究团队正在继续推进后续项目，旨在探究关键神经元之间的连接关系。他们希望了解这些神经元如何相互“交流”，从而产生已习得的运动行为。

这些研究未来有望帮助患有各种疾病的人群。随着科学家们开发脑机接口技术以协助中风或瘫痪患者，了解运动相关神经元如何协调运作，最终可能帮助诱发日常活动所需的特定动作。此外，未来还可利用在大脑中植入特定活动模式的技术，促进学习并恢复记忆功能。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-026-11174-3