運動皮層的輸入使小鼠能夠進行靈巧的動作

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于杯子的位置的線索——并將其發(fā)送到運動皮層。然后，運動皮層計劃即將到來的鍛煉，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進入運動皮層的功能，以發(fā)現(xiàn)它們?nèi)绾我约昂螘r引導(dǎo)靈巧的動作，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，這是一個尚未解決的大問題。一些神經(jīng)回路可以在沒有連續(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”可以幫助動物在沒有持續(xù)刺激的情況下行走、游泳和飛行。原來，不是運動皮層。

Sauerbrei說：“我們展示的是運動皮層是根本不同的。”“你不能只是輕輕踢一下大腦皮層，讓它起飛，自己創(chuàng)造出這種模式。”Sauerbrei和他的同事在2019年12月25日出版的《自然》雜志上報道，相反，運動皮層在整個運動過程中需要反饋。

他和他的同事訓(xùn)練老鼠去夠食物顆粒，這取決于運動皮層。在一些動物中，它們關(guān)閉丘腦，丘腦是大腦中的一個開關(guān)柜，可以引導(dǎo)感覺信息和其他類型的反饋進出大腦皮層。

當(dāng)研究人員在老鼠開始接觸前停止進入運動皮層的信號時，動物并沒有開始移動。當(dāng)?shù)竭_信號被阻止到達一半時，老鼠停止將爪子靠近粒子。

研究人員表明，這些信號的節(jié)奏也很重要。在另一個實驗中，他們刺激神經(jīng)元以不同的傳入信號模式將信號從丘腦傳遞到皮層。刺激的頻率影響運動皮層的輸出，快脈沖破壞小鼠的抓握能力。

Janelia團隊負責(zé)人、本文資深作者Adam Hantman表示，通過丘腦進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。丘腦的輸入包括關(guān)于手臂位置的感覺信息、視覺信息、來自其他大腦區(qū)域的運動命令以及關(guān)于即將到來的運動的預(yù)測。漢特曼的實驗室計劃使用Janelia項目團隊“丘腦”開發(fā)的工具來打開或關(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。

對漢特曼來說，理解這些運動技能的復(fù)雜性讓學(xué)習(xí)它們變得如此令人興奮。他說：“如果你想知道一種行為，并認為你要研究一個領(lǐng)域，那么你可能會有麻煩?！薄澳阈枰私庹麄€中樞神經(jīng)系統(tǒng)?！?

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