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运动皮层（motor cortex，MO）通过其复杂的连接性协调运动。然而，尽管存在功能和解剖上不同区域的证据，MO的组织原则缺乏共识。研究人员在此表明，小鼠MO的亚皮质投射定义了16个不同的模块。亚皮质输出发散与模块化皮质-皮质连接和细胞类型组成的变化相一致
运动皮层（motor cortex，MO）通过其复杂的连接性协调运动。然而，尽管存在功能和解剖上不同区域的证据，MO的组织原则缺乏共识。研究人员在此表明，小鼠MO的亚皮质投射定义了16个不同的模块。亚皮质输出发散与模块化皮质-皮质连接和细胞类型组成的变化相一致，描绘出两条空间上的MO轴。沿一条轴，初级MO与躯体感觉皮层相互连接，次级MO与额叶区域相连，不同的兴奋性神经元组成区分这两个区域。沿正交轴，躯体感觉皮层输入与感觉运动之外的皮质连接以及对齐的细胞类型特征一起，对模块进行分层。这种皮质双轴逻辑延伸到亚皮质靶标，纹状体、丘脑和脑干遵循不同的汇聚-发散规则，差异性地整合皮质输入。总之，这项工作揭示了小鼠MO的解剖结构整合到全脑和特定神经元网络中的逻辑。
## 论文解读：投射定义模块揭示小鼠运动皮层架构
### 研究背景与意义
大脑神经回路的解剖组织图谱是理解感知与动作产生的基础。多个物种的皮层定位研究已为感觉、运动和认知过程的神经回路研究奠定基础，但小鼠运动皮层（motor cortex，MO）长期缺乏类似视觉、躯体感觉皮层的精细分区和原则性理解。尽管电刺激可诱发身体部位运动，但皮层活动模式的复杂性使功能分区困难。现有图谱通常仅依据粗略连接变化将MO分为初级（MOp）和次级（MOs）两个宽泛区域，缺乏定量证据支持的精细划分，导致实验室间命名和靶向不一致，且大片运动皮层区域未被系统探索。更根本的问题是，MO是否存在数据驱动的亚区、其空间尺度如何、皮层连接与细胞类型如何沿皮层变化、初级与高级运动区如何区分，均缺乏共识。利用大规模投射示踪、单神经元重建和空间转录组等资源，研究人员从第一性原理系统量化了MO的组织架构，发现其可划分为16个投射定义模块，并揭示了沿两条主轴变化的连接和细胞类型逻辑，为运动控制研究提供了新框架。
### 主要技术与方法
研究人员整合公开的艾伦小鼠脑连接组图谱数据（462例）与新增的85例靶向注射，共547例腺相关病毒（AAV）示踪实验，在艾伦通用坐标框架（CCFv3）中构建体素级（100 μm）亚皮质投射图谱。使用非负矩阵分解（NMF）共识聚类定义16个稳定的MO模块。利用公开的单神经元形态重建数据集（20,526个神经元，来自MouseLight、Allen等数据库）量化各模块的皮质输入输出连接。利用艾伦脑细胞（ABC）图谱空间转录组数据（151个转录定义神经元类型）分析模块细胞类型组成，并进行主成分分析。最后计算不同模块对在纹状体、丘脑和上丘的投射重叠程度，与皮层连接强度关联分析。
### 研究结果
#### 密集采样皮层输出投射
通过结合公开与新增注射数据，研究人员获得了MO及临近区域的密集覆盖（中位每个体素被7次注射采样）。留一法验证显示体素级投射估计能准确预测未参与建模的实验数据（中位皮尔逊相关r=0.75）；应用至已建立的躯体感觉皮层（SSp）分区时，可复现其已知的体表拓扑投射差异。
#### 亚皮质投射揭示的模块化MO图谱
对MO体素的亚皮质投射模式进行NMF共识聚类，稳定识别出16个模块（MO1–16）。模块空间连续，平均直径约0.88 mm，且同一模块内等距体素对的投射相似性显著高于跨模块等距体素对（最终模块划分依据多种聚类评估指标）。
#### 感觉运动皮层连接锚定于MO主轴
利用单神经元连接组，研究人员发现16个MO模块与6个SSp区域（躯干、前肢、口等）具有拓扑化、互惠的专一连接。MO模块间的连接同样高度双向，且与SSp连接模式相似的模块之间互惠连接更强。靠近SSp-MO边界的两排模块与SSp通信强，最前排模块与SSp连接弱。
#### 更广泛的皮层网络连接不同模块组
除SSp外，前额叶、扣带、眶额、岛叶等皮层区域也与特定MO模块群通信，连接遵循空间邻接规则并沿两条主轴排列。后部皮层主要连接MOp内侧/外侧模块，额叶皮层则连接MOs前排模块，且均为互惠连接。
#### MO模块的神经元组成沿轴变化
空间转录组分析显示，151种神经元类型在模块间的丰度变化可概括为两个主成分（PC1、PC2），分别对应垂直于SSp-MO边界和平行于边界的轴。兴奋性神经元（尤其是深层投射神经元）主导PC1，将最前排除于后两排；浅层IT神经元主导PC2，区分内侧与外侧模块。据此将MO划分为MOp（两排靠近SSp）和MOs（一排靠近额叶）。
#### MO中的投射多样性
MOp和MOs在延髓和上丘的投射总体汇聚，但在纹状体和丘脑分离：MOp靶向外侧“感觉运动”纹状体和后丘脑复合体（PO）；MOs靶向内侧/前侧纹状体和丘脑前核团（VM、MD）。沿SSp-MO边界，模块投射在延髓、上丘、纹状体和丘脑呈体表拓扑排列，与SSp-MO体表对应关系一致。
#### 感觉运动皮层输出汇聚于特定亚皮质枢纽
SSp与MOp在背侧纹状体、上丘和丘脑PO有显著投射重叠，而延髓中感觉和运动输出高度分离。MO-SSp模块对之间的亚皮质投射重叠与其皮层连接强度呈强正相关，表明感觉运动整合集中在少数强互惠连接通道。
### 讨论与结论
研究人员总结认为，MO模块沿两条主轴排列的组织逻辑整合了皮质连接、细胞类型和亚皮质投射多样性。MOp与MOs并非层级关系，而是双向连接并都直接参与脑干运动回路，提示可将MOs视为“补充”运动区。模块的细胞类型差异主要体现在兴奋性神经元组成上，可能贡献于不同模块的靶向特异性和生理特性。与灵长类比较显示部分同源性，也提示物种特有进化途径。亚皮质靶标遵循不同的汇聚-发散规则，为感觉运动整合提供了定量框架。本研究生成的CCFv3小鼠MO模块注解已作为资源发布。结论可概括为：这项研究揭示了小鼠运动皮层通过投射定义的模块整合入全脑和特定神经元网络的解剖逻辑。
