《Progress in Neurobiology》：Lateralized foraging induces asymmetric corticostriatal plasticity in mice
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•采用侧化胡须引导觅食任务来测试D1-SPN和D2-SPN中拮抗性皮质纹状体可塑性。•学习未能产生预测的D1-SPN和D2-SPN中的拮抗性可塑性。•训练后对侧桶状皮层神经元的兴奋性增强。•尽管皮层兴奋性未变，同侧皮质纹状体连接性却增强。•侧化学习在皮质纹状体环路中诱导了出乎
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采用侧化胡须引导觅食任务来测试D1-SPN和D2-SPN中拮抗性皮质纹状体可塑性。
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学习未能产生预测的D1-SPN和D2-SPN中的拮抗性可塑性。
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训练后对侧桶状皮层神经元的兴奋性增强。
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尽管皮层兴奋性未变，同侧皮质纹状体连接性却增强。
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侧化学习在皮质纹状体环路中诱导了出乎意料的半球不对称性。
引言
动物在学习过程中会调整其执行动作的方式，将特定环境中的动作序列与一致的奖励结果关联起来。这种调整既发生在时间维度上（动作执行速度更快），也发生在空间维度上（动作轨迹变得更具规律性）（Jin和Costa，2010；Dhawale等，2019；Lemke等，2019；Safaie等，2020；Dhawale等，2021；Mizes等，2023；Schaffhauser等，2026）。许多研究提供了证据，表明背侧纹状体（DS）参与奖赏导向运动的运动学控制（Kim等，2014；Panigrahi等，2015；Rueda-Orozco和Robbe，2015；Yttri和Dudman，2016；Sales-Carbonell等，2018；Hidalgo-Balbuena等，2019；Jurado-Parras等，2020；Dhawale等，2021；Mizes等，2023；Park等，2025；Zheng等，2025）。此外，随着动物逐步将奖赏导向行为自动化，纹状体神经活动也会发生变化（Barnes等，2005；Jin和Costa，2010；Rueda-Orozco和Robbe，2015；Sippy等，2015；Sippy等，2021；Peters等，2021；Zareian等，2023），并且在学习过程中皮层和纹状体之间会出现协调的神经活动（Koralek等，2013；Lemke等，2019）。此外，多项研究表明，兴奋性皮质-纹状体（CS）突触的可塑性对于奖赏导向行为的学习是必要的（Jin和Costa，2010；Koralek等，2012；Santos等，2015；Xiong等，2015；Lemke等，2021；Hwang等，2022；Sheng等，2025）。然而，这些变化是否以及如何以相似的方式影响DS中两种主要投射神经元类型仍不清楚。
SPN可大致分为两个主要群体：表达多巴胺D1受体的D1-SPN和表达多巴胺D2受体的D2-SPN（Kreitzer和Malenka，2008；但参见Bonnavion等，2024）。这些神经元投射到大脑基底节内的不同靶点，形成两条功能上相互拮抗的通路：直接通路（D1-SPN），已知促进运动；以及间接通路（D2-SPN），抑制运动（Mink，1996；Kravitz等，2010）。在运动活动和定向运动背景下，D1-SPN和D2-SPN激活后对运动的拮抗性控制已得到充分证实：单侧持续激活D1-SPN会诱导对侧转向（即朝向与激活半球相反的方向），而激活D2-SPN则产生同侧转向（Kravitz等，2010；Tecuapetla等，2014；Cregg等，2024）。在自发运动活动过程中，无论动作类型如何，D1-SPN和D2-SPN在动作启动时间附近都会被共同激活（Tecuapetla等，2014；Barbera等，2016；Klaus等，2017；Markowitz等，2018；Parker等，2018）。在不同类型的习得行为中也报告了D1-SPN和D2-SPN的共同激活（Cui等，2013；Tecuapetla等，2016；Weglage等，2021）。然而，多项研究表明，习得的定向行为依赖于D1-SPN和D2-SPN不同的、甚至是拮抗的功能（Hikida等，2010；Kravitz等，2012；Tai等，2012；Sippy等，2015；Yttri和Dudman，2016；Nonomura等，2018；Cruz等，2022；Lowet等，2025），这提出了一个可能性：充分习得的侧化奖赏导向运动（例如，在特定位置总是向左转以到达目标）可能与这两类神经元的不同活动水平相关，而这由强化过程中不对称的皮质纹状体突触可塑性驱动。由于缺乏需要执行侧化奖赏导向转向的任务，该假设一直未被验证。
我们近期刻画了桶状皮层与SPN之间功能连接的特征，发现在天真小鼠中该感觉区域连接D1-SPN和D2-SPN的方式没有重大差异（Amroune等，2025）。为探究侧化奖赏导向感觉引导动作的学习是否与感觉皮层与D1-SPN或D2-SPN之间连接性的拮抗性变化有关，我们采用了一种新的块状觅食范式（Schaffhauser等，2026），在该范式中，小鼠需要沿方形塔楼墙壁进行逆时针（即侧化的）四分之一转弯（CCW QT）以获得水滴。基于D1-SPN和D2-SPN已知能够以相反方式调节转向方向的能力，我们假设在奖励转向方向的半球对侧，任务学习将诱导来自桶状皮层向SPN的输入连接性和/或突触强度的相反变化，即输入到D1-SPN的增加和/或输入到D2-SPN的减少（图1）。
在几次训练课程后，小鼠熟练地执行了该任务，表现出对获得奖励的CCW QT的数量、速度和刻板性的选择性增加。修剪胡须后CCW QT的速度和刻板性降低，证实了胡须对转向执行的贡献（但对转向选择没有贡献）。利用天真小鼠或训练有素小鼠的离体脑片制备物，我们发现对侧半球（相对于转向方向和感觉刺激）中皮层向D1-SPN或D2-SPN的输入在数量、组织或强度上没有显著差异。然而，训练后小鼠对侧桶状皮层锥体神经元的兴奋性增强。在单侧觅食过程中刺激较少的同侧半球，皮层兴奋性未增加，但皮层向SPN的连接性增强。总之，我们的发现揭示了皮质纹状体可塑性中出乎意料的半球不对称性，这可能反映了尽管皮质输入不平衡，但纹状体活动跨半球正常化的稳态过程。
章节摘要
小鼠迅速学会了胡须引导的侧化觅食任务
我们使用了一种新的觅食任务，自由移动的小鼠可以通过从4座方形塔楼墙壁突出的饮水器获得水奖励（Schaffhauser等，2026）。具体而言，仅当限制饮水的小鼠沿塔楼墙壁执行CCW QT时才会给予奖励（例如，从某塔楼的东侧饮水器到北侧饮水器，图2A）。每次小鼠接近某座塔楼时，随机选择4个可用奖励中的最大数量。
讨论
在本研究中，我们使用了一种新的觅食任务，以测试学习侧化感觉引导的奖赏导向动作（沿塔楼墙壁四分之一转弯以收集奖励）是否伴随着对侧半球中桶状皮层与D1-SPN（或D2-SPN）之间功能连接强度增加（或减少）（图1）。所有接受我们觅食方案的小鼠都发展出快速、刻板的奖赏导向运动，并具有强烈的方向偏向，使得——
动物
共使用了54只杂合B6.Cg-Tg(Drd1a-tdTomato)6Calak/J小鼠（JAX品系号#016204；Ade等，2011），包括雄性（29只）和雌性（25只；出生后30-45天）。它们被分2-3只一组饲养在通风架上的笼中，温度控制在21°C。维持12小时-12小时光照/黑暗循环，所有实验均在黑暗阶段进行。食物在其巢箱中自由取食，但小鼠必须执行下文描述的行为任务才能获得饮水。体重——
CRediT作者贡献声明
Kenza Amroune：撰写——审阅与编辑，撰写——原稿，可视化，方法学，调查，正式分析，概念构思。Thomas Morvan：撰写——审阅与编辑，软件，方法学，正式分析。Maud Schaffhauser：撰写——审阅与编辑，方法学。David Robbe：撰写——原稿，可视化，监督，软件，项目管理，方法学，资金获取，正式分析，数据整理，概念构思。Ingrid Bureau：撰写——
利益冲突声明
作者声明不存在已知可能影响本文所报告工作的竞争性财务利益或个人关系。
致谢
本工作得到了法国国家卫生研究院和法国国家研究署拨款（皮质纹状体，ANR-20-CE16-0002）的资金支持。K. Amroune得到了法国高等教育与研究部奖学金和法国政府"法国2030"计划下的A*Midex（阿维尼翁-马赛大学卓越倡议，AMX-19-IET-004）以及ANR拨款（ANR-17-EURE-0029）的支持，以及来自——
Kenza Amroune|Maud Schaffhauser|Thomas Morvan|Ingrid Bureau|David Robbe
