哥本哈根大學(xué)和卡羅林斯卡研究所的研究人員最近進行了一項研究，研究動物特定運動能力的神經(jīng)基礎(chǔ)，該能力涉及橫向運動(即，向左或向右運動)。他們的論文發(fā)表在《自然神經(jīng)科學(xué)》上，強調(diào)了特定神經(jīng)元種群在腦干中的重要作用，即所謂的Chx10神經(jīng)元，它在允許小鼠以及其他可能帶有四肢的動物在移動時向左或向右轉(zhuǎn)動。

這項研究的高級研究員奧萊·基恩教授對《醫(yī)學(xué)快報》說：“運動是動物界普遍的一種自然行為。”“在脊椎動物中，節(jié)律性運動的協(xié)調(diào)主要發(fā)生在脊??髓本身的回路內(nèi)。為了使這些回路起作用，它們需要來自腦效應(yīng)神經(jīng)元的命令。”

過去的研究發(fā)現(xiàn)，腦效應(yīng)神經(jīng)元控制著動物運動的許多方面，包括大多數(shù)哺乳動物開始運動，加速和停止的能力。然而，對動物側(cè)向運動(即左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn))的神經(jīng)機制研究較少，因此仍知之甚少。

能夠朝特定方向移動的能力對于幾乎所有行為(包括覓食，導(dǎo)航和逃生)都是必不可少的，”基恩說。

在以前的工作中，基恩和他的同事發(fā)現(xiàn)，當(dāng)對稱激活時，一類特殊的神經(jīng)元，即表達蛋白質(zhì)Chx10的腦干神經(jīng)元，會導(dǎo)致動物停止活動。當(dāng)他們開始進行這項新研究時，他們假設(shè)僅在一側(cè)激活時，這些神經(jīng)元就可以充當(dāng)轉(zhuǎn)彎路徑，從而使動物向左或向右轉(zhuǎn)。

為了驗證這一假設(shè)，研究人員從基因上追蹤了小鼠大腦中的Chx10神經(jīng)元。這使他們能夠展示這些細胞從腦干到動物脊髓的單側(cè)投射。

“為了證明Chx10細胞能控制哺乳動物體內(nèi)的不對稱運動，我們使用了許多方法，可以使用光敏通道(光遺傳)或藥物激活的人工受體(化學(xué)生成)來上下操縱神經(jīng)細胞的活動。在腦干Chx10細胞中選擇性表達。”該論文的第一作者Jared Cregg博士對MedicalXpress說。“這使我們能夠在不影響其他神經(jīng)細胞的情況下操縱這些細胞的活動，并將它們的活動與動物的運動行為直接相關(guān)。”

在研究中，Kiehn及其同事還研究了在分離的腦干脊髓制劑中刺激腦干Chx10細胞的作用。有趣的是，他們發(fā)現(xiàn)Chx10細胞抑制(即破壞)肢體運動網(wǎng)絡(luò)，同時激活控制動物身體同一側(cè)軀干肌肉組織的運動網(wǎng)絡(luò)。

最后，研究人員使用深度學(xué)習(xí)技術(shù)來跟蹤老鼠轉(zhuǎn)彎時肢體和身體的運動。他們的分析結(jié)果強烈表明，腦干Chx10神經(jīng)元允許小鼠向左或向右移動，以較短的步長協(xié)調(diào)其運動，并在轉(zhuǎn)彎的一側(cè)彎曲軀干肌肉。

克雷格說：“我們已經(jīng)確定了四肢動物運動中樞控制的缺失部分：能夠左右旋轉(zhuǎn)。”“我們的研究強烈表明Chx10 Gi神經(jīng)元是控制左右運動的最終共同效應(yīng)器，為不同大腦區(qū)域如何協(xié)同工作以根據(jù)不同的行為需求控制左右決定打開了一扇窗戶。”

這項研究提供了控制哺乳動物左右運動的下降運動系統(tǒng)的證據(jù)。這對于神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域是非常有價值的貢獻，因為它可以揭示與許多神經(jīng)系統(tǒng)疾病有關(guān)的運動障礙的神經(jīng)基礎(chǔ)。

基恩說：“了解控制運動的大腦和脊髓基本功能的神經(jīng)回路非常重要。”“我們現(xiàn)在計劃研究腦干神經(jīng)元如何直接與脊髓運動回路相互作用，以及在不同的行為環(huán)境下不同的大腦區(qū)域如何控制Chx10細胞。我們還想研究這種腦干回路中是否存在與腦電圖相關(guān)的變化。帕金森氏癥模型在小鼠身上出現(xiàn)的一些運動缺陷。”