運(yùn)動(dòng)皮層的輸入使小鼠能夠進(jìn)行靈巧的動(dòng)作

在昏昏欲睡的霧霾中，伸手去抓面前的咖啡杯，似乎是自動(dòng)駕駛儀上發(fā)生的事情。但是缺乏咖啡因的大腦正在努力工作。它收集感官信息和其他類型的反饋——關(guān)于手臂在空間中相對(duì)于杯子的位置的線索——并將其發(fā)送到運(yùn)動(dòng)皮層。然后，運(yùn)動(dòng)皮層計(jì)劃即將到來(lái)的鍛煉，并告訴你的肌肉讓它發(fā)生。

在老鼠身上的新研究正在研究這些反饋信號(hào)進(jìn)入運(yùn)動(dòng)皮層的功能，以發(fā)現(xiàn)它們?nèi)绾我约昂螘r(shí)引導(dǎo)靈巧的動(dòng)作，如抓握。研究合著者、霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所詹妮弗研究園的研究員布里頓索爾布雷說(shuō)，這是一個(gè)尚未解決的大問(wèn)題。一些神經(jīng)回路可以在沒(méi)有連續(xù)輸入的情況下產(chǎn)生有節(jié)奏和有規(guī)律的輸出。就像騎手的微調(diào)可以讓馬小跑一樣，這些“中央模式發(fā)生器”可以幫助動(dòng)物在沒(méi)有持續(xù)刺激的情況下行走、游泳和飛行。原來(lái)，不是運(yùn)動(dòng)皮層。

Sauerbrei說(shuō)：“我們展示的是運(yùn)動(dòng)皮層是根本不同的?！薄澳悴荒苤皇禽p輕踢一下大腦皮層，讓它起飛，自己創(chuàng)造出這種模式?！盨auerbrei和他的同事在2019年12月25日出版的《自然》雜志上報(bào)道，相反，運(yùn)動(dòng)皮層在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中需要反饋。

他和他的同事訓(xùn)練老鼠去夠食物顆粒，這取決于運(yùn)動(dòng)皮層。在一些動(dòng)物中，它們關(guān)閉丘腦，丘腦是大腦中的一個(gè)開(kāi)關(guān)柜，可以引導(dǎo)感覺(jué)信息和其他類型的反饋進(jìn)出大腦皮層。

當(dāng)研究人員在老鼠開(kāi)始接觸前停止進(jìn)入運(yùn)動(dòng)皮層的信號(hào)時(shí)，動(dòng)物并沒(méi)有開(kāi)始移動(dòng)。當(dāng)?shù)竭_(dá)信號(hào)被阻止到達(dá)一半時(shí)，老鼠停止將爪子靠近粒子。

研究人員表明，這些信號(hào)的節(jié)奏也很重要。在另一個(gè)實(shí)驗(yàn)中，他們刺激神經(jīng)元以不同的傳入信號(hào)模式將信號(hào)從丘腦傳遞到皮層。刺激的頻率影響運(yùn)動(dòng)皮層的輸出，快脈沖破壞小鼠的抓握能力。

Janelia團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人、本文資深作者Adam Hantman表示，通過(guò)丘腦進(jìn)入運(yùn)動(dòng)皮層的信號(hào)來(lái)自世界各地，目前尚不清楚哪些信號(hào)對(duì)引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)最重要。丘腦的輸入包括關(guān)于手臂位置的感覺(jué)信息、視覺(jué)信息、來(lái)自其他大腦區(qū)域的運(yùn)動(dòng)命令以及關(guān)于即將到來(lái)的運(yùn)動(dòng)的預(yù)測(cè)。漢特曼的實(shí)驗(yàn)室計(jì)劃使用Janelia項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)“丘腦”開(kāi)發(fā)的工具來(lái)打開(kāi)或關(guān)閉丘腦的特定區(qū)域，以測(cè)試哪些輸入真正驅(qū)動(dòng)了行為。

對(duì)漢特曼來(lái)說(shuō)，理解這些運(yùn)動(dòng)技能的復(fù)雜性讓學(xué)習(xí)它們變得如此令人興奮。他說(shuō)：“如果你想知道一種行為，并認(rèn)為你要研究一個(gè)領(lǐng)域，那么你可能會(huì)有麻煩?！薄澳阈枰私庹麄€(gè)中樞神經(jīng)系統(tǒng)?！?

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