研究发现控制哺乳动物左右运动的神经元

哥本哈根大学和卡罗林斯卡研究所的研究人员最近进行了一项研究,研究动物特定运动能力的神经基础,该能力涉及横向运动(即,向左或向右运动)。他们的论文发表在《自然神经科学》上,强调了特定神经元种群在脑干中的重要作用,即所谓的Chx10神经元,它在允许小鼠以及其他可能带有四肢的动物在移动时向左或向右转动。

这项研究的高级研究员奥莱·基恩教授对《医学快报》说:“运动是动物界普遍的一种自然行为。”“在脊椎动物中,节律性运动的协调主要发生在脊​​髓本身的回路内。为了使这些回路起作用,它们需要来自脑效应神经元的命令。”

过去的研究发现,脑效应神经元控制着动物运动的许多方面,包括大多数哺乳动物开始运动,加速和停止的能力。然而,对动物侧向运动(即左转或右转)的神经机制研究较少,因此仍知之甚少。

能够朝特定方向移动的能力对于几乎所有行为(包括觅食,导航和逃生)都是必不可少的,”基恩说。

在以前的工作中,基恩和他的同事发现,当对称激活时,一类特殊的神经元,即表达蛋白质Chx10的脑干神经元,会导致动物停止活动。当他们开始进行这项新研究时,他们假设仅在一侧激活时,这些神经元就可以充当转弯路径,从而使动物向左或向右转。

为了验证这一假设,研究人员从基因上追踪了小鼠大脑中的Chx10神经元。这使他们能够展示这些细胞从脑干到动物脊髓的单侧投射。

“为了证明Chx10细胞能控制哺乳动物体内的不对称运动,我们使用了许多方法,可以使用光敏通道(光遗传)或药物激活的人工受体(化学生成)来上下操纵神经细胞的活动。在脑干Chx10细胞中选择性表达。”该论文的第一作者Jared Cregg博士对MedicalXpress说。“这使我们能够在不影响其他神经细胞的情况下操纵这些细胞的活动,并将它们的活动与动物的运动行为直接相关。”

在研究中,Kiehn及其同事还研究了在分离的脑干脊髓制剂中刺激脑干Chx10细胞的作用。有趣的是,他们发现Chx10细胞抑制(即破坏)肢体运动网络,同时激活控制动物身体同一侧躯干肌肉组织的运动网络。

最后,研究人员使用深度学习技术来跟踪老鼠转弯时肢体和身体的运动。他们的分析结果强烈表明,脑干Chx10神经元允许小鼠向左或向右移动,以较短的步长协调其运动,并在转弯的一侧弯曲躯干肌肉。

克雷格说:“我们已经确定了四肢动物运动中枢控制的缺失部分:能够左右旋转。”“我们的研究强烈表明Chx10 Gi神经元是控制左右运动的最终共同效应器,为不同大脑区域如何协同工作以根据不同的行为需求控制左右决定打开了一扇窗户。”

这项研究提供了控制哺乳动物左右运动的下降运动系统的证据。这对于神经科学领域是非常有价值的贡献,因为它可以揭示与许多神经系统疾病有关的运动障碍的神经基础。

基恩说:“了解控制运动的大脑和脊髓基本功能的神经回路非常重要。”“我们现在计划研究脑干神经元如何直接与脊髓运动回路相互作用,以及在不同的行为环境下不同的大脑区域如何控制Chx10细胞。我们还想研究这种脑干回路中是否存在与脑电图相关的变化。帕金森氏症模型在小鼠身上出现的一些运动缺陷。”

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