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亚稳态动力学是指神经活动在瞬时稳定的模式之间转换的过程，已有研究提出，这种动力学机制构成了大脑认知与行为功能所依赖的实时协调基础。在大脑皮层中，这一状态最简单的形式表现为活跃的“UP”状态与沉默的“DOWN”状态之间的交替：在“UP”状态中，神经元放电；而在“DOWN”状态中，放电则显著减少。这种双稳态架构塑造了传入信息的加工方式。此类亚稳态动力学广泛存在于整个皮层之中，然而，其状态转换如何被定时和调控，以及这种定时如何塑造行为，仍然是悬而未决的问题。 在本文中，我们显示，在执行线索引导切换任务的自由活动小鼠中，额叶皮层的亚稳态动力学由其与屏状核这一体积虽小但连接广泛的皮层下结构之间的双向环路共同塑造，并且该环路对这些状态转换的定时是实现高效灵活行为所必需的。屏状核的活动先于皮层由UP状态向DOWN状态的转换，并向前扣带皮层传递一种低维驱动，该驱动与皮层状态发生切换的轴向一致。这种驱动并非由屏状核放电增加所介导，而是由瞬时协调所承载：即使平均放电率下降，群体同步性仍在转换时刻达到峰值。抑制投射至前扣带皮层的屏状核末梢会降低具有方向性的屏状核—皮层耦合，使皮层偏离DOWN状态，表现为UP状态延长而DOWN状态缩短，并选择性损害线索驱动的切换行为，而不影响探索性觅食行为。这些结果表明，灵活行为受一个明确界定的皮层—皮层下环路控制，该环路负责对皮层状态转换进行定时，从而为理解多种精神和神经系统疾病中的认知僵化提供了回路层面的切入点。
abbasat{at}ohsu.edu
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亚稳态动力学是指神经活动在短暂稳定的模式之间转换，这种动力学被认为支撑着大脑认知和行为功能所依赖的实时协调。在大脑皮层中，这一状态最简单的形式表现为活跃的“UP”状态与静默的“DOWN”状态之间的交替：在“UP”状态下，神经元放电；而在“DOWN”状态下，放电则显著降低。这种双稳态结构塑造了传入信息的加工方式。此类亚稳态动力学广泛存在于整个皮层之中，然而，这些状态转换如何被定时和控制，以及这种时序如何塑造行为，仍然是悬而未决的问题。在此，我们在自由活动、执行线索引导切换任务的小鼠中表明，额叶皮层的亚稳态动力学由其与屏状体这一小型且广泛连接的皮层下结构之间的双向环路共同塑造，并且，该环路对这些状态转换的定时对于高效的灵活行为是必需的。屏状体活动先于皮层从 UP 状态向 DOWN 状态的转换，向前扣带皮层传递一种低维驱动，该驱动与皮层状态发生切换的轴线相一致。这种驱动并非由屏状体放电增强所携带，而是由瞬时协调所介导：即使平均放电率下降，群体同步性仍在转换时达到峰值。抑制投射至 ACC 的屏状体末梢会降低具有方向性的屏状体-皮层耦合，使皮层偏离 DOWN 状态，具体表现为 UP 状态延长而 DOWN 状态缩短，并选择性损害线索驱动的切换行为，而不影响探索性觅食。这些结果表明，灵活行为受一个已明确界定的皮层-皮层下环路控制，该环路负责对皮层状态转换进行定时，并为理解多种精神疾病和神经系统疾病中的认知僵化提供了一个电路层面的切入点。
利益冲突声明
已声明的资助信息
波特兰退伍军人事务研究基金会
OHSU 医师-科学家奖
美国国家药物滥用研究所， https://ror.org/00fq5cm18 ，T32-DA007262
美国国家酒精滥用与酒精中毒研究所， https://ror.org/02jzrsm59 ，T32 AA007468
版权
持有人为作者/资助方，其已授予 bioRxiv 永久展示该预印本的许可。
本文依据 CC-BY 4.0 国际许可协议 进行发布。
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发布于 2026 年 7 月 16 日。
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用于灵活行为的状态转换定时的屏状体-皮层环路
Randall J Olson ， Alex Sonneborn ， Russell Milton ， Lowell Bartlett ， Atheir Abbas
bioRxiv
2026.07.10.737800； doi： https://doi.org/10.64898/2026.07.10.737800
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用于灵活行为的状态转换定时的屏状体-皮层环路
Randall J Olson ， Alex Sonneborn ， Russell Milton ， Lowell Bartlett ， Atheir Abbas
bioRxiv
2026.07.10.737800； doi： https://doi.org/10.64898/2026.07.10.737800
📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.07.10.737800v1?rss=1
🏷️ 屏状核 前扣带皮层 亚稳态动力学 UP-DOWN状态转换 灵活行为 皮层-皮层下环路