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鑒定出控制我們行走或奔跑的“起始神經(jīng)元”

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運動(locomotion,也譯作移動)構(gòu)成我們執(zhí)行的基本的動作。從邁出步開始到我們到達我們的目標為止,這是一個復(fù)雜的過程。與此同時,運動以不同的速度進行,從而調(diào)節(jié)著我們多快地從一個地方到達另一個地方。如今,在一項新的研究中,來自瑞典卡羅林斯卡研究所和丹麥哥本哈根大學(xué)的研究人員證實作為中腦中的兩個區(qū)域,楔形核(cuneiform nucleus,CnF)和腳橋核(pedunculopontine nucleus,PPN)在控制小鼠運動的起始、速度和環(huán)境依賴性選擇方面發(fā)揮著特定的作用。相關(guān)研究結(jié)果于2018年1月17日在線發(fā)表在Nature期刊上,論文標題為“Midbrain circuits that set locomotor speed and gait selection”。

雖然運動的協(xié)調(diào)是由脊髓中的神經(jīng)回路控制的,但是運動的情景控制(episodic control)歸因于來自腦干的激活脊髓中的神經(jīng)回路的下行信號。

盡管已證實主要的參與者是所謂的能神經(jīng)元(glutamatergic neuron),但是中腦中的神經(jīng)回路是復(fù)雜的,含有很多不同類型的神經(jīng)元。基于此,這些研究人員使用包括光遺傳學(xué)在內(nèi)的多種的技術(shù)來研究哪些類型的神經(jīng)元參與其中,以及相關(guān)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)所在的位置。通過使用光和定制藥物,他們能讓一組選定的神經(jīng)元激活或滅活,從而研究這如何影響小鼠的運動輸出。

這些研究人員鑒定出一群“起始神經(jīng)元(start neuron)”,并且證實中腦中的這兩個區(qū)域如何共同或分別控制運動速度和選擇情景依賴性的運動行為。

Kiehn說,“通過鑒定出中腦中的‘起始神經(jīng)元’,我們對之前的一項研究(Cell, doi:10.1016/j.cell.2015.10.074)---在那項研究中,我們發(fā)現(xiàn)了腦干中的讓運動停止的‘停止細胞(stop cell)’---提供補充??傊鹗技毎徒K止細胞一起確定了運動的情境性。”

這項研究開創(chuàng)了運動控制的新領(lǐng)域,對理解小鼠的正常腦功能是非常重要的。這些研究人員相信,這些結(jié)果可能也會讓存在運動障礙的人受益。Kiehn說,“在影響基底神經(jīng)節(jié)---PPN的主要輸入源之一---的帕金森病患者中,步態(tài)紊亂和步態(tài)凍結(jié)是非常明顯的。如今,通過在大腦中植入精細電極(一種被稱為深部腦刺激的技術(shù),已經(jīng)被用于治療帕金森病中的一些癥狀),就可能更加地靶向CnF或PPN中的神經(jīng)回路,從而增加運動能力。在遭受運動起始受到強烈影響的脊髓損傷后,也可能能夠嘗試類似的方法

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