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2023

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调节精细运动的大脑神经回路


写作,打螺丝或投掷飞镖只是一些需要高水平技巧的活动。巴塞尔大学和弗里德里希·米歇尔生物医学研究所的一组研究人员在《Nature》杂志上描述了大脑如何掌握这种精致的运动。脑干回路图揭示了哪些神经元控制着手臂和手的精细运动技能。
 
  我们所有运动行为的基础都是大脑,脊髓和肌肉中神经元之间的完美相互作用。但是,哪些神经回路控制着手臂,手和手指的精细运动技能呢? Silvia Arber教授的团队在最近的工作中一直在解决这个问题。在巴塞尔大学生物中心和弗里德里希·米歇尔生物医学研究所(FMI)工作的神经生物学家多年来一直在研究神经系统如何控制运动行为。

  使用小鼠模型,研究人员已经能够证明脑干的特定区域负责前肢的各种精细运动活动。为了进行研究,他们应用了所谓的光遗传学和病毒学方法来标记神经元并观察其活动。这使团队能够在该区域定位四个神经元亚群,并与特定功能相关。例如,一组神经元能够引起前肢到达,而另一组神经元则控制食物的处理。
 
  就进化而言,脑干是大脑中最老的部分,是脊髓的直接延伸。脑干是大脑高级运动计划中心和脊髓执行回路之间的重要转换板。在脊髓中,有关运动的信息流最终到达直接连接到肌肉细胞的运动神经元。这些反过来通过收缩来控制运动。直到最近才发现,脑干由许多区域组成,这些区域包含功能专门的神经元种群,参与控制各种形式的身体运动。
 
  在他们的研究中,Arber的团队已定义了脑干区域之一的外侧延髓延髓(latRM)中神经元的组织,并追踪了它们的沟通途径。这使研究人员能够将不同的行为活动与特定的latRM神经元组相关联。第一作者Ludwig Ruder解释说:“相对简单的前肢动作,例如伸手进食,是由latRM神经元直接投射到脊髓上完成的。”
 
  由latRM神经元控制与其他脑干区域神经元的连接,以执行更复杂的前肢运动(也包括手指),即抓住或将食物送入嘴中。 Arber说:“对于更复杂的运动技能而言,脑干内的连接和电路是必不可少的。” “我们在latRM中识别出的神经元群体非常具体地控制着前肢的运动技能。值得注意的是,复杂而精确的前肢运动(如投掷,抓握或书写)的产生需要不同脑干区域之间的交流。”
 
  根据空间组织和连通性根据不同形式的运动对神经元群体进行划分,可以深入了解脑干的功能和运动行为的控制,在这种情况下,这是手臂和手的精细运动技能。在人类和动物中,脑干的许多神经元回路都相似。因此,有可能假设哪些神经元群体控制着哪些运动,或疾病或伤害如何损害人类的精细运动技能或其他行为。