Learning and Control in Motor Cortex across Cell Types and Scales

神经科学 运动皮层 运动学习 电动机控制 神经解剖学 灵活性(工程) 生物神经网络 心理学 生物 计算机科学 刺激 统计 数学
作者
Michael N. Economo,Takaki Komiyama,Yoshiyuki Kubota,Jackie Schiller
出处
期刊:The Journal of Neuroscience [Society for Neuroscience]
卷期号:44 (40): e1233242024-e1233242024
标识
DOI:10.1523/jneurosci.1233-24.2024
摘要

The motor cortex is essential for controlling the flexible movements underlying complex behaviors. Behavioral flexibility involves the ability to integrate and refine new movements, thereby expanding an animal's repertoire. This review discusses recent strides in motor learning mechanisms across spatial and temporal scales, describing how neural networks are remodeled at the level of synapses, cell types, and circuits and across time as animals' learn new skills. It highlights how changes at each scale contribute to the evolving structure and function of neural circuits that accompanies the expansion and refinement of motor skills. We review new findings highlighted by advanced imaging techniques that have opened new vistas in optical physiology and neuroanatomy, revealing the complexity and adaptability of motor cortical circuits, crucial for learning and control. At the structural level, we explore the dynamic regulation of dendritic spines mediating corticocortical and thalamocortical inputs to the motor cortex. We delve into the role of perisynaptic astrocyte processes in maintaining synaptic stability during learning. We also examine the functional diversity among pyramidal neuron subtypes, their dendritic computations and unique contributions to single cell and network function. Further, we highlight how cortical activation is characterized by increased consistency and reduced strength as new movements are learned and how external inputs contribute to these changes. Finally, we consider the motor cortex's necessity as movements unfold over long time scales. These insights will continue to drive new research directions, enhancing our understanding of motor cortical circuit transformations that underpin behavioral changes expressed throughout an animal's life.

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