動(dòng)物在做猜時(shí)間任務(wù)時(shí)，常常會(huì)不自覺地重復(fù)一些小動(dòng)作，比如搖頭、轉(zhuǎn)圈或反復(fù)按按鈕。但大家還不知道：這些動(dòng)作到底是它們無聊瞎動(dòng)，還是真的在用這些動(dòng)作幫自己數(shù)時(shí)間？

2026年1月2日，華東師范大學(xué)運(yùn)動(dòng)控制與疾病研究中心、華東師范大學(xué) - 紐約大學(xué)腦與認(rèn)知科學(xué)聯(lián)合研究中心（上海紐約大學(xué)) 金鑫教授團(tuán)隊(duì)在Science Advances發(fā)表：A behavioral integration mechanism underlies action timing，揭示了一種行為整合機(jī)制構(gòu)成了動(dòng)作時(shí)序的基礎(chǔ)。

在此，作者利用光遺傳學(xué)技術(shù)，在接受動(dòng)作時(shí)序任務(wù)訓(xùn)練的小鼠中，對(duì)腦干、丘腦以及多巴胺能神經(jīng)元群體進(jìn)行刺激，從而操控小鼠在做出時(shí)間判斷前的行為。作者的研究發(fā)現(xiàn)，在等待期間對(duì)行為進(jìn)行雙向調(diào)控會(huì)導(dǎo)致相應(yīng)的時(shí)間判斷偏移，并且等待期間行為次數(shù)的變化與停止計(jì)時(shí)的偏移之間存在一致的定量關(guān)系。有意思的是，黑質(zhì)-紋狀體多巴胺通路并不直接“讀時(shí)間”，而是編碼動(dòng)物做了什么動(dòng)作。只有當(dāng)動(dòng)物在等待時(shí)的動(dòng)作被調(diào)控了，才會(huì)影響它對(duì)時(shí)間的判斷。這說明，動(dòng)物在等待時(shí)做的小動(dòng)作，其實(shí)就像內(nèi)心打拍子的節(jié)拍器，幫它估算時(shí)間。

圖一 停止時(shí)間決定計(jì)時(shí)精度

在自然環(huán)境中，動(dòng)物覓食時(shí)需要估算時(shí)間比如判斷等多久才值得繼續(xù)找食物。實(shí)驗(yàn)室里常用峰值程序來模擬這種行為：小鼠學(xué)會(huì)在30秒后按壓杠桿才能獲得食物。

結(jié)果：

在部分試驗(yàn)中（探測試驗(yàn)），按壓沒獎(jiǎng)勵(lì)，杠桿會(huì)一直伸出150秒。平均來看，小鼠在接近30秒時(shí)按壓最多形成一個(gè)鐘形曲線，似乎它們?cè)诓聲r(shí)間。但深入分析單次試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：小鼠其實(shí)不是慢慢加速再減速，而是一旦開始按壓，就會(huì)以穩(wěn)定速度連續(xù)按一串，直到主動(dòng)停下。這個(gè)停止時(shí)間”非常穩(wěn)定，而開始時(shí)間則變化很大。進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，如果開始得早，按壓序列就長；開始得晚，序列就短，但停止時(shí)間幾乎總落在30秒附近。這說明，小鼠真正記住的不是什么時(shí)候開始，而是什么時(shí)候該停。因此，在研究動(dòng)物如何感知時(shí)間時(shí)，停止時(shí)間比整體按壓峰值更可靠，更能反映其內(nèi)部計(jì)時(shí)能力。這也提示：重復(fù)性動(dòng)作本身可能就是動(dòng)物用來數(shù)時(shí)間的工具。

圖二 通過光遺傳學(xué)刺激腦干LGPi抑制伴隨行為，會(huì)延遲停止計(jì)時(shí)

以往研究發(fā)現(xiàn)，動(dòng)物在計(jì)時(shí)期間常出現(xiàn)重復(fù)性動(dòng)作（如提前按壓杠桿），但這些刻板行為究竟是打發(fā)時(shí)間的副產(chǎn)品，還是參與計(jì)時(shí)的功能組件，尚不清楚。為區(qū)分這一點(diǎn)，作者避開傳統(tǒng)計(jì)時(shí)腦區(qū)（如紋狀體），轉(zhuǎn)而操控不直接參與計(jì)時(shí)、僅控制運(yùn)動(dòng)輸出的腦干核團(tuán)外側(cè)旁巨細(xì)胞核（LPGi）。在小鼠LPGi中特異性激活GABA能神經(jīng)元可在不干擾認(rèn)知的前提下短暫抑制杠桿按壓。

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結(jié)果：

在30秒計(jì)時(shí)期間（如9.5s、18.5s或27.5s）短暫抑制按壓會(huì)劑量依賴性地延遲停止時(shí)間：按壓減少越多，停止越晚且二者高度相關(guān)。對(duì)照實(shí)驗(yàn)排除了光刺激本身或注意力干擾的影響。此外，每次按壓序列的總次數(shù)不變，說明動(dòng)物并非簡單“補(bǔ)按”，而是根據(jù)已執(zhí)行的動(dòng)作量來判斷何時(shí)停止。綜上，等待期的刻板動(dòng)作不是計(jì)時(shí)的“噪音”，而是內(nèi)部時(shí)鐘賴以運(yùn)作的節(jié)拍器，動(dòng)物通過整合這些動(dòng)作來精確估計(jì)時(shí)間。

圖三 紋狀體多巴胺動(dòng)態(tài)變化反映的是運(yùn)動(dòng)行為而非動(dòng)作計(jì)時(shí)

大量研究表明多巴胺參與間隔計(jì)時(shí)，但它同時(shí)也調(diào)控運(yùn)動(dòng)和動(dòng)作選擇。因此，一個(gè)關(guān)鍵問題是：多巴胺是直接編碼時(shí)間信息，還是僅通過影響動(dòng)作間接改變計(jì)時(shí)表現(xiàn)？為解答這一問題，作者在小鼠背側(cè)紋狀體植入高靈敏度多巴胺傳感器（DA2h），實(shí)時(shí)監(jiān)測其在30秒計(jì)時(shí)任務(wù)中的信號(hào)變化。

結(jié)果：

多巴胺活動(dòng)與杠桿按壓行為高度同步，每次按壓都引發(fā)一個(gè)清晰的多巴胺峰值，但沒有出現(xiàn)隨時(shí)間累積上升或在30秒時(shí)特異性下降的模式，而這些正是直接編碼時(shí)間所預(yù)期的特征。即使將信號(hào)對(duì)齊到按壓序列的開始或結(jié)束時(shí)刻，也未發(fā)現(xiàn)與時(shí)間相關(guān)的規(guī)律性變化。而且，在任務(wù)早期或晚期發(fā)生的按壓，所引發(fā)的多巴胺反應(yīng)強(qiáng)度基本一致，說明其不攜帶時(shí)間信息。此外，用氟哌啶醇阻斷D2受體后按壓相關(guān)的多巴胺信號(hào)消失，進(jìn)一步驗(yàn)證了信號(hào)的特異性。綜上，黑質(zhì)-紋狀體多巴胺通路主要反映做了什么動(dòng)作，而非何時(shí)該做。它對(duì)計(jì)時(shí)的影響很可能是通過調(diào)控刻板動(dòng)作間接實(shí)現(xiàn)的，而非作為內(nèi)部時(shí)鐘的直接組成部分。

圖四 通過光遺傳學(xué)刺激腹外側(cè)丘腦增強(qiáng)伴隨行為，可提前停止計(jì)時(shí)

為驗(yàn)證增加按壓會(huì)提前停止計(jì)時(shí)的模型預(yù)測，作者通過光遺傳激活一個(gè)促進(jìn)運(yùn)動(dòng)的腦區(qū)丘腦腹外側(cè)核（VL）。

結(jié)果：

在小鼠等待期間短暫刺激VL的谷氨酸能神經(jīng)元，顯著增加了杠桿按壓次數(shù)，并導(dǎo)致停止時(shí)間明顯提前，且提前幅度與按壓增加量高度相關(guān)。有趣的是，即使是在抑制運(yùn)動(dòng)（如短暫激活LPGi）后出現(xiàn)的反彈性按壓增多，同樣會(huì)縮短停止時(shí)間。這表明，無論按壓是被主動(dòng)促進(jìn)還是被動(dòng)反彈，其累積量都會(huì)直接影響計(jì)時(shí)終點(diǎn)。這些雙向操控實(shí)驗(yàn)一致證明：停止時(shí)間并非由內(nèi)部時(shí)鐘單獨(dú)決定，而是依賴于等待期間所執(zhí)行的動(dòng)作總量。研究結(jié)果有力支持行為整合模型：即動(dòng)物通過累加刻板動(dòng)作來估計(jì)時(shí)間，動(dòng)作本身就是計(jì)時(shí)的核心組成部分。

本研究發(fā)現(xiàn)，動(dòng)物通過累積自身刻板動(dòng)作（如按壓杠桿）來估計(jì)時(shí)間，這些動(dòng)作充當(dāng)內(nèi)部時(shí)鐘的“起搏器”。當(dāng)動(dòng)作總量達(dá)到習(xí)得閾值時(shí)，行為停止，完成計(jì)時(shí)。這表明時(shí)間感知并非純認(rèn)知過程，而是依賴于身體動(dòng)作的整合，為理解間隔計(jì)時(shí)的神經(jīng)機(jī)制提供了新視角。

文章來源

DOI: 10.1126/sciadv.aea5558

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