Locomotion is a universal behaviour that provides animals with the ability to move between places. Classical experiments have used electrical microstimulation to identify brain regions that promote locomotion, but the identity of neurons that act as key intermediaries between higher motor planning centres and executive circuits in the spinal cord has remained controversial. Here we show that the mouse caudal brainstem encompasses functionally heterogeneous neuronal subpopulations that have differential effects on locomotion. These subpopulations are distinguishable by location, neurotransmitter identity and connectivity. Notably, glutamatergic neurons within the lateral paragigantocellular nucleus (LPGi), a small subregion in the caudal brainstem, are essential to support high-speed locomotion, and can positively tune locomotor speed through inputs from glutamatergic neurons of the upstream midbrain locomotor region. By contrast, glycinergic inhibitory neurons can induce different forms of behavioural arrest mapping onto distinct caudal brainstem regions. Anatomically, descending pathways of glutamatergic and glycinergic LPGi subpopulations communicate with distinct effector circuits in the spinal cord. Our results reveal that behaviourally opposing locomotor functions in the caudal brainstem were historically masked by the unexposed diversity of intermingled neuronal subpopulations. We demonstrate how specific brainstem neuron populations represent essential substrates to implement key parameters in the execution of motor programs.

中文翻译：

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尾脑干运动速度控制电路

运动是一种普遍的行为，为动物提供了在不同地点之间移动的能力。古典实验使用电微刺激来识别促进运动的大脑区域，但作为高级运动计划中心与脊髓执行回路之间的关键中介作用的神经元的身份仍然存在争议。在这里，我们显示了小鼠尾脑干包含功能异质的神经元亚群，这些亚群对运动具有不同的影响。这些亚群可以通过位置，神经递质同一性和连通性来区分。值得注意的是，外侧旁巨细胞细胞核（LPGi）（位于尾脑干的一个小区域）内的谷氨酸能神经元对于支持高速运动至关重要，并可以通过上游中脑运动区域的谷氨酸能神经元的输入来积极地调节运动速度。相比之下，甘氨酸能抑制神经元可以诱导不同形式的行为停滞，并映射到不同的尾脑干区域。在解剖学上，谷氨酸能和甘氨酸能LPGi亚群的下降途径与脊髓中不同的效应子回路相通。我们的研究结果表明，在历史上，尾部脑干中行为相反的运动功能被混合的神经元亚群未暴露的多样性所掩盖。我们展示了特定的脑干神经元群体如何代表必要的底物，以执行运动程序的执行中的关键参数。甘氨酸能抑制神经元可以诱导不同形式的行为停滞，并映射到不同的尾脑干区域。在解剖学上，谷氨酸能和甘氨酸能LPGi亚群的下降途径与脊髓中不同的效应子回路相通。我们的研究结果表明，尾侧脑干中行为相反的运动功能在历史上被混合的神经元亚群未暴露的多样性所掩盖。我们展示了特定的脑干神经元群体如何代表必要的底物，以执行运动程序的执行中的关键参数。甘氨酸能抑制神经元可以诱导不同形式的行为停滞，并映射到不同的尾脑干区域。在解剖学上，谷氨酸能和甘氨酸能LPGi亚群的下降途径与脊髓中不同的效应子回路相通。我们的研究结果表明，尾侧脑干中行为相反的运动功能在历史上被混合的神经元亚群未暴露的多样性所掩盖。我们展示了特定的脑干神经元群体如何代表必要的底物，以执行运动程序的执行中的关键参数。谷氨酸能和甘氨酸能LPGi亚群的下降途径与脊髓中不同的效应子回路连通。我们的研究结果表明，尾侧脑干中行为相反的运动功能在历史上被混合的神经元亚群未暴露的多样性所掩盖。我们展示了特定的脑干神经元群体如何代表必要的底物，以执行运动程序的执行中的关键参数。谷氨酸能和甘氨酸能LPGi亚群的下降途径与脊髓中不同的效应子回路连通。我们的研究结果表明，尾侧脑干中行为相反的运动功能在历史上被混合的神经元亚群未暴露的多样性所掩盖。我们展示了特定的脑干神经元群体如何代表必要的底物，以执行运动程序的执行中的关键参数。