Sci Adv | 多巴胺如何拨动时间？华东师大揭秘行为计时新机制

文章信息

Title:A behavioral integration mechanism underlies action timing

发表时间：2026.1.2

Journal:Science Advances

影响因子：12.5

Science Advances 2026 paper

引言

当我们等待微波炉的叮当声或红绿灯的切换时，你是否发现自己会不自觉地抖动手指、轻点足尖，甚至在心里默数？长期以来，科学家们一直在争论：这些看似多余的重复性动作，究竟只是为了“打发时间”（killing time），还是它们本身就是大脑用来“追踪时间”（tracking time）的精密齿轮 ？

研究背景

动作是时间的“伴随品”还是“创造者”？

在传统的认知神经科学中，大脑被认为拥有一个独立的“内部时钟”。虽然动物在进行计时任务时常常表现出刻板的行为模式，但这些行为往往被视为附带的副产品 。研究者们面临的核心难题在于：如何区分大脑是在编码“纯粹的时间”，还是在编码伴随时间而生的“行为” ？

以往的研究发现，多巴胺和基底神经元等运动相关回路与计时密切相关，但它们究竟是直接调控时间感知，还是通过调控动作间接影响计时，一直缺乏因果证据 。

研究总结

2026年1月，来自华东师范大学和索尔克生物研究所（The Salk Institute）等机构在 Science Advances 上发表研究，揭示了间隔计时的“行为整合机制” 。核心发现如下：

动作的双向调控：研究人员通过光遗传技术精准操纵小鼠在计时过程中的刻板动作。抑制脑干（LPGi）神经元减少动作会导致计时终点显著延后；而刺激运动丘脑（VL）增加动作则会使计时提前 。

多巴胺的新角色：研究发现，黑质多巴胺动态主要编码运动而非直接编码计时 。多巴胺只有在成功改变小鼠的等待期动作时，才会引起计时的偏差 。

行为起搏器模型：团队构建了一个计算模型，提出动作本身充当了内部时钟的“起搏器（Pacemaker）” 。大脑通过累加自身发出的运动脉冲（如杠杆按压次数）来感知时间的流逝。

研究意义

该研究挑战了“非运动专用计时器”的传统观点，证明了个体的运动行为是时间感知的核心驱动力 。这一发现不仅阐明了为什么帕金森病等运动障碍患者常伴有计时功能紊乱，也为理解人类如何通过节奏性动作（如 counting 或 tapping）来提高计时精度提供了深刻的机制解释 。

核心图片

Fig. 1

Fig. 1. Mice learned a peak procedure in which stop time serves as a reliable metric for action timing at the single-trial level. Fig1展示了小鼠在“峰值程序”（peak procedure）任务中的表现，旨在寻找衡量计时行为最可靠的指标。研究发现，虽然小鼠按压杠杆的起始时间波动很大，但停止时间（Stop Time）在单回合实验中表现出极高的稳定性。通过对 n=42只小鼠的分析，图表揭示了停止时间与按压总数、序列时长之间存在稳健的统计关系，从而确立了以“停止时间”作为衡量内部时钟偏移的核心变量

Fig. 2.

Fig. 2. Inhibition of collateral actions through optogenetic stimulation of brainstem LGPi delays stop timing. 研究者通过光遗传技术刺激脑干侧位旁巨细胞网状核（LPGi）的 GABA 神经元，旨在观察单纯抑制运动是否会干扰计时 。结果显示，在计时过程中短暂抑制小鼠的动作会导致其停止时间显著延后，且延后的程度与按压减少的数量呈线性相关 。这一发现有力地支持了“动作是计时的起搏器”这一假设，即动作被暂停了，内部时钟也随之“变慢”了

Fig. 3

Fig. 3. Striatal dopamine dynamics reflect motor behavior but not action timing. 利用纤维光度法（fiber photometry）和多巴胺传感器，研究者监测了纹状体在计时过程中的多巴胺水平 。结果显示，多巴胺浓度的变化与小鼠按压杠杆的速率高度相关，但并未出现预想中指向 30 秒目标的“爬升”或“跌落”模式 。这表明黑质纹状体多巴胺系统更多地是在编码当前的运动活跃度，而非直接充当内部时钟的倒计时器

Fig. 4

Fig. 4. Nigrostriatal dopamine alters action timing only when collateral actions are transiently disrupted. 通过光遗传学手段操纵黑质致密部（SNc）的多巴胺神经元，进一步验证多巴胺与计时的关系 。实验发现，只有在高强度刺激导致动作频率发生改变时，小鼠的计时才会发生偏移；而在低强度刺激下，尽管多巴胺释放增加，但只要动作未受影响，计时就不会改变 。这证明了多巴胺是通过调控行为序列来间接影响间隔计时的

Fig. 5

Fig. 5. Optogenetic stimulation of SNc dopamine neurons alters action timing in correlation with the regulation of collateral actions. 为了深入研究动作与时间的定量关系，研究者在实验的早期（0.5s）和晚期（18.5s）分别给予长时程的多巴胺刺激 。结果进一步确认，由于早期刺激对后续动作的影响较小，因此对停止时间几乎没有影响；而晚期刺激显著抑制了动作并导致了计时延后 。通过回归分析，本图再次强调了动作减少量与计时延迟量之间的定量对应关系

Fig. 6

Fig. 6. A pacemaker-accumulator model using actions as pulses recapitulate the action timing behavior. 研究者构建了一个“起搏器-累加器”计算模型，将每一次动作（如按压）视为一个脉冲 。该模型不仅成功复现了前述实验中抑制动作导致的计时延迟，还预测了增加动作会导致计时提前 。模型的结果高度模拟了真实生物体的行为分布和变异系数，为“行为整合机制”提供了严谨的数学理论支持

Fig. 7

Fig. 7. Increasing collateral actions through optogenetic stimulation of VL thalamus advances stop timing. 作为对抑制实验的互补，本图展示了刺激运动丘脑（VL）对计时的影响 。实验证实，通过光遗传手段增加小鼠在等待期的动作频率，会使其停止时间显著提前 。这一结果完整了因果链条：动作减少则计时变慢，动作增加则计时变快，最终确证了动作本身即是内部时钟的起搏脉冲