人类脑干红核功能新解：从运动控制到目标导向行为的关键枢纽

为探究人类红核（RN）功能，华盛顿大学等机构研究人员运用精确功能映射（PFM）等技术，对其功能连接性及在任务中的反应进行研究。结果发现，RN 与行动控制和动机行为网络相连，而非运动效应器网络。这揭示了 RN 新功能，为理解大脑机制提供依据1316。

　　在人体的 “小宇宙”—— 大脑中，脑干深处的红核（Red Nucleus）一直是个神秘的存在。长久以来，人们对它的了解十分有限。在进化的长河中，从四足动物到人类，红核发生了显著变化。在四足动物里，红核中的大细胞神经元能形成红核脊髓束，直接控制肢体运动，助力它们奔跑、跳跃。可到了人类这儿，红核脊髓束大幅退化，仅投射到颈脊髓，在运动中的作用微乎其微。并且，人类红核的细胞类型比例也有了很大改变，小细胞神经元占主导，这让红核的功能变得更加扑朔迷离。尽管经过近 150 年的研究，红核在人类大脑中的功能依旧不明确，这成为了脑科学研究中的一个重大缺口，也阻碍了人们对相关神经系统疾病的深入理解和治疗2416。

为了揭开红核的神秘面纱，来自华盛顿大学医学院等多个机构的研究人员踏上了探索之旅。他们的研究成果发表在《Nature Communications》上，为我们带来了关于红核功能的全新认知1。

研究人员采用了多种先进技术来开展此次研究。其中，精确功能映射（Precision Functional Mapping，PFM）技术是关键，它能在个体层面识别大脑的功能网络。研究使用了多个大规模的功能磁共振成像（Functional Magnetic Resonance Imaging，fMRI）数据集，如人类连接组计划（Human Connectome Project，HCP）、青少年大脑认知发展（Adolescent Brain Cognitive Development，ABCD）研究和英国生物银行（UK Biobank，UKB）的数据，样本量总计近 45,000 人。同时，还运用了任务态 fMRI 数据和元分析（Meta-Analysis），从不同角度深入探究红核的功能5319。

下面来看看具体的研究结果：

1. 红核与突显和行动控制网络相连：研究人员发现，红核的功能连接性在背侧前扣带回、内侧前额叶、前辅助运动区、脑岛（尤其是前脑岛）、顶叶岛盖和前额叶皮质等区域最强。其功能连接主要集中在动作模式网络（Action-Mode Network，AMN）和突显网络（Salience Network），而非与运动效应器相关的区域，如中央沟附近的足部、手部和嘴部运动区。并且，左右红核在功能连接上没有明显差异，这种连接模式在多个数据集中都得到了验证6712。
2. 红核与腹侧中间丘脑功能相连：红核作为齿状核 - 红核 - 丘脑束（Dentato-Rubro-Thalamic Tract，DRTT）的一个节点，与丘脑的功能连接也备受关注。研究显示，红核与丘脑的腹侧外侧后（Ventral Lateral Posterior，VLP）核，尤其是腹侧中间核（Ventral Intermediate Nucleus，VIM）功能连接最强，这一发现对治疗震颤等疾病具有重要意义。在小脑中，红核主要与小叶 VI 功能连接89。
3. 红核在奖励和运动控制中的活动：通过对 HCP 赌博任务和运动任务的 fMRI 数据分析，以及 Neurosynth 的元分析，研究人员发现红核对奖励的反应大于对惩罚的反应。在运动任务中，运动提示引发的红核反应比实际运动更大，这表明红核在运动规划阶段发挥着重要作用。并且，元分析显示红核在 “运动控制” 相关任务中有激活，但在 “运动” 对比中无激活1011。
4. 红核与效应器特异性运动皮层无功能连接：研究人员采用 “胜者全得”（winner-take-all）的方法进一步分析发现，无论是在大样本平均数据集还是个体数据集中，红核几乎没有与运动效应器特异性连接的体素，大多数体素被分配到 AMN、突显网络或躯体认知动作网络（Somato-Cognitive Action Network，SCAN）1213。
5. 红核的不同分区：“胜者全得” 分析还识别出红核内的两个亚群，通过聚类分析，确定了红核的背内侧和腹外侧分区。腹外侧分区与突显和顶叶记忆网络的连接更强，背内侧分区与 AMN 和 SCAN 区域的连接更强。并且，两个分区对运动提示的反应都大于实际运动，背内侧分区的反应更为明显1415。

在讨论部分，研究人员指出，红核与行动和动机行为网络功能相连，却与运动效应器网络无明显连接，这与四足动物中红核作为运动效应器核的功能截然不同。这表明在人类大脑中，红核的功能可能发生了转变，从单纯控制肌肉运动转变为参与更高级的行为控制和动作与动机行为的整合，这符合进化中的 “扩展适应” 原则。此外，红核功能的新发现对理解脑干在整个大脑神经网络中的作用具有重要意义，挑战了以往对脑干功能的简单认知。同时，研究结果还有助于优化治疗震颤和疼痛等疾病的脑深部刺激（Deep Brain Stimulation，DBS）靶点定位，为临床治疗提供了新的思路和依据171618。

总的来说，这项研究成功揭示了人类红核的新功能，为大脑功能的研究开辟了新的方向。它让我们对大脑这个复杂的器官有了更深入的认识，也为未来神经系统疾病的治疗带来了新的希望。相信在未来，随着研究的不断深入，我们将解锁更多关于大脑的奥秘，为人类健康事业做出更大的贡献。