哥本哈根大學(xué)和卡羅林斯卡研究所的研究人員最近進(jìn)行了一項(xiàng)研究，研究動(dòng)物特定運(yùn)動(dòng)能力的神經(jīng)基礎(chǔ)，該能力涉及橫向運(yùn)動(dòng)(即，向左或向右運(yùn)動(dòng))。他們的論文發(fā)表在《自然神經(jīng)科學(xué)》上，強(qiáng)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(dòng)物在移動(dòng)時(shí)向左或向右轉(zhuǎn)動(dòng)。

這項(xiàng)研究的高級(jí)研究員奧萊·基恩教授對(duì)《醫(yī)學(xué)快報(bào)》說(shuō)：“運(yùn)動(dòng)是動(dòng)物界普遍的一種自然行為。”“在脊椎動(dòng)物中，節(jié)律性運(yùn)動(dòng)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(lái)自腦效應(yīng)神經(jīng)元的命令。”

過(guò)去的研究發(fā)現(xiàn)，腦效應(yīng)神經(jīng)元控制著動(dòng)物運(yùn)動(dòng)的許多方面，包括大多數(shù)哺乳動(dòng)物開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，加速和停止的能力。然而，對(duì)動(dòng)物側(cè)向運(yùn)動(dòng)(即左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn))的神經(jīng)機(jī)制研究較少，因此仍知之甚少。

能夠朝特定方向移動(dòng)的能力對(duì)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(shuō)。

在以前的工作中，基恩和他的同事發(fā)現(xiàn)，當(dāng)對(duì)稱(chēng)激活時(shí)，一類(lèi)特殊的神經(jīng)元，即表達(dá)蛋白質(zhì)Chx10的腦干神經(jīng)元，會(huì)導(dǎo)致動(dòng)物停止活動(dòng)。當(dāng)他們開(kāi)始進(jìn)行這項(xiàng)新研究時(shí)，他們假設(shè)僅在一側(cè)激活時(shí)，這些神經(jīng)元就可以充當(dāng)轉(zhuǎn)彎路徑，從而使動(dòng)物向左或向右轉(zhuǎn)。

為了驗(yàn)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(xì)胞從腦干到動(dòng)物脊髓的單側(cè)投射。

“為了證明Chx10細(xì)胞能控制哺乳動(dòng)物體內(nèi)的不對(duì)稱(chēng)運(yùn)動(dòng)，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(lái)上下操縱神經(jīng)細(xì)胞的活動(dòng)。在腦干Chx10細(xì)胞中選擇性表達(dá)。”該論文的第一作者Jared Cregg博士對(duì)MedicalXpress說(shuō)。“這使我們能夠在不影響其他神經(jīng)細(xì)胞的情況下操縱這些細(xì)胞的活動(dòng)，并將它們的活動(dòng)與動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)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(xì)胞的作用。有趣的是，他們發(fā)現(xiàn)Chx10細(xì)胞抑制(即破壞)肢體運(yùn)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)激活控制動(dòng)物身體同一側(cè)軀干肌肉組織的運(yùn)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。

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

克雷格說(shuō)：“我們已經(jīng)確定了四肢動(dòng)物運(yùn)動(dòng)中樞控制的缺失部分：能夠左右旋轉(zhuǎn)。”“我們的研究強(qiáng)烈表明Chx10 Gi神經(jīng)元是控制左右運(yùn)動(dòng)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(kāi)了一扇窗戶(hù)。”

這項(xiàng)研究提供了控制哺乳動(dòng)物左右運(yùn)動(dòng)的下降運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的證據(jù)。這對(duì)于神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域是非常有價(jià)值的貢獻(xiàn)，因?yàn)樗梢越沂九c許多神經(jīng)系統(tǒng)疾病有關(guān)的運(yùn)動(dòng)障礙的神經(jīng)基礎(chǔ)。

基恩說(shuō)：“了解控制運(yùn)動(dòng)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(jì)劃研究腦干神經(jīng)元如何直接與脊髓運(yùn)動(dòng)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(xì)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(yùn)動(dòng)缺陷。”