小鼠尾部运动控制的背景依赖性前庭脊髓通路机制研究

本研究揭示了小鼠尾部运动控制的神经机制，发现脊髓前庭核(SpVN)通过前庭脊髓通路(vs)特异性调控骶髓尾部运动神经元(Tail-MN)，在平衡挑战情境下增强尾部旋转。通过显微CT、逆行标记和光遗传学技术，证实SpVN→骶髓通路通过整合前庭与本体感觉信息实现情境依赖性运动调控，为脊椎动物平衡控制进化提供了新见解。

　　

在动物行为中，尾巴如同天然的平衡杆，其灵活摆动对维持运动稳定性至关重要。然而，这种看似简单的运动背后隐藏着怎样的神经控制机制？为何小鼠在窄梁行走时会突然甩尾，而在平地上却鲜见此类动作？这些现象指向一个核心科学问题：脊椎动物如何根据环境需求动态调整尾部运动策略。传统研究多聚焦于四肢运动控制，而对尾部这一古老平衡器官的神经环路知之甚少，特别是前庭系统（感知头部空间位置的"生物陀螺仪"）如何参与尾部精细调控仍属空白。

针对这一知识缺口，日本冲绳科学技术大学院大学（Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University, OIST）的Salvatore Andrea Lacava团队在《Cell Reports》发表创新成果。研究人员通过多学科技术交叉，首次系统解析了小鼠尾部神经肌肉系统的拓扑组织，发现脊髓前庭核(Spinal vestibular nucleus, SpVN)通过特异性投射至骶髓运动中枢，实现环境依赖性的尾部运动调控。这项研究不仅填补了运动控制领域的理论空白，更为理解脊椎动物平衡系统的进化提供了新视角。

关键技术方法包括：1) 高分辨率显微CT三维重建尾部肌肉-骨骼系统；2) 结合逆行示踪（CTB-AF488/555）与病毒转染（AAVrg-CAG-Cre）定位尾部运动神经元(Tail-MN)；3) 光遗传学（AAV9-hSyn-ChR2）激活前庭核神经元；4) 行为学分析窄梁行走中的尾部动力学。

尾部神经肌肉系统的拓扑特征
通过显微CT三维重建发现，小鼠尾部肌肉呈现"外源性-内源性"分层结构：近端肌肉跨越多个椎骨形成强力运动单元，远端肌肉仅支配单关节实现精细控制。逆行标记显示，支配远端肌肉的运动神经元(Tail-MN_dist)胞体显著小于近端运动神经元(Tail-MN_prox)(396.9±10.69 vs 515.3±13.02 μm²)，且分布更靠尾端（S4-Co3 vs S3-S4）。这种"大小原则"符合Henneman定律，提示近远端肌肉存在差异化的招募阈值。

前庭脊髓通路的特异性投射
病毒示踪揭示SpVN是向骶髓投射的主要来源（占标记神经元53.86%±7.75%），其轴突密集终止于脊髓层VII-IX的中间神经元区。有趣的是，核X（Nucleus X）虽无前庭器官直接输入，却贡献了16.39%±2.88%的标记神经元，且胞体面积显著更小（186.2±10.29 vs 670.9±17.54 μm²），暗示存在功能特化的亚群。

光遗传学验证功能环路
全前庭核激活在宽平台引发支撑面扩大（Base of support, BoS增加27.3%），而在窄梁上诱发方向特异性尾部旋转（左/右侧刺激分别引起顺时针/逆时针偏转）。选择性激活骶髓投射前庭神经元(sacVS)后，仅当尾部初始位置与刺激同侧时，摆动概率从12.81%±3.85%提升至39.72%±8.97%。结合5°亚阈值平台倾斜时，这种协同效应使尾部摆动运动再现了20°强扰动时的运动学特征。

这项研究确立了SpVN→骶髓通路作为环境依赖性运动控制的新机制：在平衡挑战情境下，前庭系统通过直接（LVN→运动神经元）和间接（SpVN→中间神经元）双重通路整合本体感觉信息，动态调整尾部运动策略。从进化视角看，这种神经环路架构可能代表了脊椎动物从水生到陆生运动过程中，对复杂平衡需求的适应性创新。该发现不仅为运动控制理论提供了新范式，更为开发针对平衡障碍的精准干预策略指明了潜在靶点。