脊髓运动回路是产生和执行运动行为的基础。来自大脑的瞬时运动命令通过网状脊髓神经元的长轴突传递到脊髓，激活脊髓中间神经元。这些激活的中间神经元将大脑运动命令转化为运动节律和模式，从而驱动运动神经元执行相应的运动行为 1,2。其中，脊髓兴奋性 V2a 中间神经元（表达转录因子 Chx10）被认为是谷氨酸能神经元和脊髓运动兴奋性和节律的设定者。研究发现，V2a 神经元参与构建脊髓运动的模块化结构，并控制脊髓运动的速度和节律。脊髓中的兴奋性 V2a 中间神经元是否参与并决定后脑毛特纳细胞诱发的逃逸一直是该领域的一个关键科学问题。
为了回答上述问题，本文作者以成年斑马鱼为模型动物进行了以下研究。首先，研究人员通过 Patch-seq、电生理学和形态学在转基因鱼系 Tol-056 上发现了一组表达 Chx10 的乙酰胆碱 V2a 神经元。进一步的研究发现，它在回避行为中被激活并接受了毛特纳细胞。单突触信号传入。这一结果不同于传统的假设，即 V2a 神经元仅是谷氨酸能神经元，不仅证实了乙酰胆碱能 V2a 神经元的存在，而且发现它们参与了回避行为。为了验证这组神经元在逃逸行为产生的神经回路中的作用，研究人员使用三通道全细胞膜片钳记录同时记录 Mauthner 细胞、乙酰胆碱能 V2a (esV2a) 神经元和甘氨酸能 CoLo 神经元/初级运动神经元。当刺激 Mauthner 细胞产生动作电位时，esV2a 神经元随后激活 CoLo 神经元/初级运动神经元。在用双光子激光消融实验杀死 esV2a 神经元后，Mauthner 细胞不能再激活 CoLo 神经元/初级运动神经元。双通道全细胞膜片钳记录研究进一步证明 esV2a 神经元可以通过单突触激发 CoLo 神经元/初级运动神经元，并且脊髓中 esV2a 神经元之间存在强单突触连接。
高分辨率 3D 成像工具对于进一步深入分析 Mauthner 细胞、esV2a 神经元、CoLo 神经元和初级运动神经元之间的连接图是必不可少的。研究人员使用西安蔡司西安扫描电子显微镜 Gemini300-3View 体扫描电子显微镜对数百微米区域的脊髓节段进行自动化高效的 3D 结构成像和环连通性分析，具有纳米级的分辨率。结果表明，Mauthner细胞与esV2a神经元形成的单突触具有化学性和电性两种性质，而CoLo神经元和初级运动神经元仅形成电性突触。随后的电生理数据进一步验证了电镜分析的结果。以上实验证明，脊髓esV2a神经元可以进一步放大脊髓Mauthner细胞产生的回避指令，并与Mauthner细胞一起激活CoLo神经元/初级运动神经元，完成回避行为。在活体动物的 esV2a 神经元进一步双光子耗尽后，动物失去了选择回避反应方向的能力。上述结果表明，脊髓中存在决策回避行为发生的神经回路机制。
