新發(fā)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)腦回路

大腦如何獲得新的運(yùn)動(dòng)技能?今天(2 月 9 日)發(fā)表在科學(xué)雜志《科學(xué)進(jìn)展》上的一項(xiàng)新研究揭示了一種新發(fā)現(xiàn)的大腦回路，它可能賦予我們這種非凡的能力。

皮層如何與紋狀體對(duì)話

皮層構(gòu)成了我們大腦的外層，是終極的多任務(wù)處理者，涉及從語(yǔ)言和認(rèn)知到記憶和自主行動(dòng)的一切。您現(xiàn)在正在使用它來(lái)閱讀這句話。但它并不是單獨(dú)行動(dòng)，而是與許多其他大腦區(qū)域建立了廣??泛的聯(lián)系。

“我們對(duì)皮層中的兩種主要類型的細(xì)胞特別感興趣，即 IT(腦內(nèi))和 PT(錐體束)神經(jīng)元，”該研究的第一作者 Nicolas Morgenstern 說(shuō)，該研究是當(dāng)時(shí)在該小組中開發(fā)的。作者：Rui Costa，位于葡萄牙里斯本的 Champalimaud 基金會(huì)。“IT 細(xì)胞和 PT 細(xì)胞都將信號(hào)從皮層發(fā)送到另一個(gè)深埋在大腦中的區(qū)域，稱為紋狀體。這些‘皮質(zhì) - 紋狀體’連接(即從皮層到紋狀體的連接)對(duì)于運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)非常重要，并且已經(jīng)與帕金森病等運(yùn)動(dòng)障礙有關(guān)。”

這就是我們故事中的第三個(gè)主要角色出現(xiàn)的地方：棘狀投射神經(jīng)元 (SPN)，它占紋狀體中 95% 的神經(jīng)元。SPN 由 IT 和 PT 細(xì)胞直接接觸。“我們想了解 IT 和 PT 細(xì)胞在這個(gè)大腦回路中的不同作用，這對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)和行為非常重要。”

照亮大腦以發(fā)現(xiàn)新路徑

為了更好地理解這些皮質(zhì)紋狀體連接，作者利用了(幾乎)每個(gè)神經(jīng)科學(xué)家的工具箱中都存在的一種技術(shù)：光遺傳學(xué)，一種使用光控制細(xì)胞活動(dòng)的方法。正如 Morgenstern 解釋的那樣，“我們?cè)谛∈笾袑?duì) IT 或 PT 細(xì)胞進(jìn)行了基因工程，使我們能夠使用光遺傳學(xué)獨(dú)立激活這些細(xì)胞類型，并測(cè)量它們對(duì)紋狀體中 SPN 的不同影響。”

使用這種方法，在體外記錄神經(jīng)元的活動(dòng)時(shí)，作者發(fā)現(xiàn)了一種新的皮質(zhì)紋狀體通路。在這個(gè)途徑中，出現(xiàn)了第四個(gè)主要參與者：紋狀體膽堿能中間神經(jīng)元 (ChIs)。作為三人接力中的“中間人”，紋狀體中的 Chis 接收來(lái)自 PT 細(xì)胞的輸入，進(jìn)而激發(fā) SPN。“我們發(fā)現(xiàn) PT 細(xì)胞優(yōu)先連接到間接激活 SPN 的 Chis，”Morgenstern 說(shuō)。

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