在时刻变化的环境中，选择正确的行动对动物的生存和繁殖至关重要。基底神经节是一系列相互连接的皮层下核团，包括纹状体和黑质，大量研究表明它们在动作选择中发挥着主要作用。临床上，包括帕金森病、亨廷顿病、强迫症等众多神经和精神疾病都与基底神经节环路功能失调相关，其共同特点是动作选择和运动控制方面存在重大缺陷。解剖学上，基底神经节通过直接和间接通路两条主要途径来控制运动，其分别源自纹状体中表达 D1 和 D2 受体的多刺投射神经元。教科书经典理论认为基底神经节直接和间接通路相互对立，分别促进和抑制目标运动（“Go/No-go”，“去留”模型）。然而，近年来领域内有不同观点，认为直接通路选择目标行动，而间接通路抑制其它竞争行为以加强目标选择，两通路并非对立而是促进关系（“Co-activation”,“共激活”模型）。
图1. 小鼠基于时间间隔长短而作相应行为抉择的行为范式及相关神经元活动
华师大生科院金鑫团队开发出新的动作选择行为范式，训练小鼠根据自我估计的时间间隔长度从两个动作中选择特定的一个执行而获得奖励（图1）。通过多通道电生理记录，光遗传学操控和行为学分析，他们发现仅凭基底神经节直接和间接通路神经元活动并不能区分上述不同的功能模型。有趣的是，他们进一步发现部分行为调控结果与经典“去留”（“Go/No-go”）模型预测的一致，而与“共激活”（“ Co-activation”）模型的理论不符。但另一部分行为调控结果却与经典“去留”（“Go/No-go”）模型的预测不一致，却能被“共激活”（“ Co-activation”）模型所解释。为了解决这些矛盾，金鑫团队根据实验数据和神经解剖提出了一种新的中心（D1通路）- 外周（D2通路一）- 情景（D2通路二）“三重控制”（“Triple-control”） 基底神经节运动控制模型，其中存在两个相互作用的间接通路子环路，对基底神经节输出动态地施加相反的控制。在新的“三重控制”模型中，间接通路可以动态的参与运动控制，有时候与直接通路拮抗（类似“Go/No-go”模型），而有时候与直接通路协作（类似“Co-activation”模型），取决于激活程度和动物的状态（图2）。
图2. 新的“三重控制”（“Triple-control”） 基底神经节运动控制模型
值得注意的是，新的“三重控制”（“Triple-control”）模型提示间接通路（D2）活动以及多巴胺浓度与行为抉择存在一个倒U型曲线的关系，即存在一个最优的活动范围（图2）。这些结果修正了我们目前对基底神经节如何控制行为的理解，并对多种运动和精神疾病的病理及其药物治疗具有重要借鉴意义。此项工作以“Multiple dynamic interactions from basal ganglia direct and indirect pathways mediate action selection”为题发表在国际著名学术期刊《eLife》12:RP87644 (2023)上。该论文华东师范大学为通讯作者单位，金鑫教授为唯一通讯作者。