2023年7月27日，Nature Communications雜志在線發表了華中科技大學88858cc永利官网病理生理學系劉平研究員團隊“運動通過本體感覺調控線蟲嗅覺學習”（Locomotion modulates olfactory learningthrough proprioception inC. elegans）的最新研究成果。

運動對大腦功能具有顯著影響，包括學習與記憶能力。在人類中，運動與兒童的學習能力正相關，短期劇烈運動能即時提高人的學習能力。在小鼠中，運動增強大腦皮層、海馬和小腦的神經元活性，還能以速度依賴的方式促進聯想學習。另外，運動還可以減少老年人發生神經退行性疾病的風險，甚至逆轉神經退行性疾病病人和動物模型的認知功能衰退。這些研究都表明運動對學習具有保守的促進作用，但連接運動與學習的神經機制目前還不清楚。

目前主要發現神經營養因子和肌細胞因子參與介導了運動對大腦功能的慢性改善作用，但運動發揮急性作用的神經機制仍一無所知。本體感覺是優秀的候選者，因為它可以感覺運動速度和肌肉伸縮，并将這些信息即時傳入中樞神經系統。比如在哺乳動物中，本體感覺信号可以通過脊髓小腦束和背索-内側丘系通路分别到達小腦和大腦；在昆蟲中，本體感覺軸突可投射進入中樞神經系統傳遞本體感覺信号。

學習是動物神經系統的普遍功能，具有簡單神經系統的模式動物，如秀麗隐杆線蟲等，是研究其神經環路和突觸機制的常用模型。線蟲僅有302個神經元，但表現多種學習行為。例如，線蟲以細菌為食物，成年線蟲天生喜歡緻病性銅綠假單胞菌PA14的氣味，但在攝食PA14數小時後就能學會躲避這種緻病菌的氣味。PA14嗅覺學習所依賴的主要神經元已經研究的比較清楚。不過，與哺乳動物通過肌梭和高爾基肌腱器感覺肌肉伸縮而産生本體感覺不同，線蟲運動神經環路中缺少專門的本體感覺神經元。

在本課題中，我們以線蟲簡單嗅覺學習為模型，通過定量分析運動速度與嗅覺學習的關系，發現運動以速度依賴的方式增強嗅覺學習。進一步利用研究清晰的線蟲感覺運動神經環路，通過電生理、鈣成像、分子遺傳、光遺傳、化學遺傳和線蟲行為分析等技術，發現線蟲運動神經元表達機械力敏感通道，具有本體感受器的功能。因此，運動可以激活這些神經元，并将由此産生的本體感覺信息傳入上遊負責加工處理嗅覺感覺信息的中間神經元，調控其經驗依賴性神經元活性和功能性耦合，從而産生對嗅覺學習的調控作用。本研究從分子、細胞、環路和動物行為水平，以單細胞分辨率揭示了本體感覺具有調控動物學習的功能及其精細作用機制。

華中科技大學88858cc永利官网病理生理學系劉平研究員和美國康州大學醫學院神經科學系Zhao-Wen Wang教授為該論文的通訊作者，病理生理學系博士研究生展旭和協和醫院骨科陳超為該論文的共同第一作者。該研究工作得到了國家自然科學基金面上項目和華中科技大學自主創新基金的支持。