運動皮層的輸入可以指導(dǎo)小鼠的敏捷運動
在昏昏欲睡的霧霾中，伸出手抓住您面前的咖啡杯似乎是在自動駕駛儀上發(fā)生的。但是缺乏咖啡因的大腦卻在努力工作。它收集感官信息和其他類型的反饋-有關(guān)手臂相對于杯子在空間中的位置的線索-并將其發(fā)送到運動皮層。然后，運動皮層計劃即將發(fā)生的運動，并告訴您的肌肉使之發(fā)生。
小鼠的新研究正在研究進(jìn)入運動皮層的這些反饋信號的作用，弄清它們?nèi)绾我约昂螘r引導(dǎo)諸如抓握之類的靈巧運動。研究合著者霍華德·休斯醫(yī)學(xué)研究所的珍妮莉亞研究園區(qū)的研究員布里頓·索爾布雷說，這是一個很大的懸而未決的問題。一些神經(jīng)回路可以產(chǎn)生有節(jié)奏的，有規(guī)律的輸出，而無需持續(xù)的輸入。正如來自騎手的一個微調(diào)可以將一匹馬送入小跑一樣，這些“中央模式生成器”可以幫助動物行走，游泳和飛行而不會受到持續(xù)的刺激。事實證明，不是運動皮層。
Sauerbrei說：“我們展示的是運動皮層與根本不同。您不能只給皮層一點踢，就讓它起飛并自行產(chǎn)生圖案。”
該研究的合著者Britton Sauerbrei
Sauerbrei和他的同事在2019年12月25日的《自然》雜志上報告說，相反，運動皮層需要在整個運動中都得到反饋。
他和他的同事訓(xùn)練老鼠伸手抓住食物顆粒，這種行為取決于運動皮層。在某些動物中，它們關(guān)閉了丘腦，丘腦是大腦中的開關(guān)柜，可將感覺信息和其他類型的反饋引導(dǎo)至皮層或從皮層引導(dǎo)。
研究人員表明，這些信號的節(jié)奏也很重要。在另一項實驗中，他們刺激神經(jīng)元以不同模式的傳入信號從丘腦向皮層傳送信號。刺激的頻率影響運動皮層的輸出，快速脈沖破壞了小鼠的抓握能力。當(dāng)研究人員在老鼠開始接觸之前阻止了進(jìn)入運動皮層的信號時，這些動物就沒有開始運動。當(dāng)?shù)竭_(dá)的信號被阻止到達(dá)中途時，小鼠停止將其爪子移近顆粒。
Janelia小組負(fù)責(zé)人，該論文的資深作者亞當(dāng)·漢特曼(Adam Hantman)說，通過丘腦進(jìn)入運動皮層的信號來自世界各地，目前尚不清楚哪些信號對引導(dǎo)運動最重要。丘腦的輸入包括有關(guān)手臂位置的感覺信息，視覺信息，來自其他大腦區(qū)域的運動命令以及有關(guān)即將發(fā)生的運動的預(yù)測。Hantman的實驗室計劃使用Janelia項目團(tuán)隊Thalamoseq開發(fā)的工具，打開或關(guān)閉丘腦的特定區(qū)域，以測試哪些輸入真正驅(qū)動了行為。
對于漢特曼來說，理解這些運動技能的復(fù)雜性使學(xué)習(xí)它們?nèi)绱思?。他說：“如果您想了解一種行為，并且認(rèn)為自己將要研究一個地區(qū)，那么您可能會處于困境。”“你需要了解整個中樞神經(jīng)系統(tǒng)。”
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