细胞:发现触发计划运动执行的大脑回路

来源：约翰2022-03-23 10:59

现在，在一项新的研究中，来自佛罗里达州马克斯普朗克神经科学研究所、霍华德休斯医学研究所詹妮弗研究园和艾伦脑科学研究所的研究人员根据这一线索发现了可以将计划转化为行动的大脑网络。

2022年3月23日/Bion/-有计划的运动对我们的日常生活非常重要，它经常需要被延迟。作为孩子，我们蹲下准备，但在从起跑线冲刺之前，我们必须等待“开始！”叫喊声。作为成年人，我们在转弯前会等红绿灯变绿。在这两种情况下，大脑都计划好了我们的精确动作，但在特定的线索(例如，“我们走吧！”喊叫声或绿灯)之前压制了他们的执行。现在，在一项新的研究中，来自佛罗里达州马克斯普朗克神经科学研究所、霍华德休斯医学研究所詹妮弗研究园和艾伦脑科学研究所的研究人员根据这一线索发现了可以将计划转化为行动的大脑网络。相关研究成果发表在2022年3月17日的《细胞》杂志上，题目是“一个中脑-丘脑-皮层回路重组皮层动力学启动运动”。

在论文第一作者Hidehiko Inagaki博士和Susu Chen博士以及论文通讯作者Karel Svoboda博士的领导下，这些作者着手了解我们环境中的线索如何触发有计划的运动。

稻垣博士说，“大脑就像一支管弦乐队。在交响乐中，乐器以不同的节奏和音色演奏不同的曲调。这些声音的组合形成了一个短语。同样，大脑中的神经元以不同的模式和时间活跃。神经元的聚集介导了我们行为的某些方面。”

例如，运动皮层是控制运动的大脑区域。运动皮层的活动模式在运动的计划和执行阶段有很大的不同。这些模式之间的转换对于触发运动至关重要。然而，控制这种转变的大脑区域是未知的。稻垣博士说，“必须有一个大脑区域作为导体。这些区域监控环境线索，协调神经元活动从一种模式到另一种模式的转换。这位指挥官确保计划在正确的时间转化为行动。”

图片来自cell，2022，doi :10.1016/j . cell . 2022 . 02 . 006

为了确定指挥官开始计划运动的神经回路，这些作者记录了小鼠执行线索触发运动任务时，数百个神经元同时进行的活动。在这项任务中，老鼠被训练成当胡须被触摸时舔向右边，或者当胡须没有被触摸时舔向左边。如果这些老鼠舔对了方向，就会得到奖励。但是，有一个问题。他们不得不推迟行动，直到听到提示音“开始提示”。只有在播放“提示音”时，正确的动作才会得到奖励。因此，老鼠在提示音播放之前保持它们将舔舔的方向的计划，并在提示音播放之后执行计划的舔舔。

然后，这些作者将神经元活动的复杂模式与行为任务的相关阶段联系起来。他们发现，在播放提示音后，以及在锻炼计划和执行之间的过渡期间，大脑活动会立即发生。这种大脑活动来源于中脑、丘脑和皮层的神经回路。

为了测试这个电路是否充当导体，这些作者使用了光学。这种方法使他们能够用光激活或关闭这个电路。在行为任务的规划阶段激活这一回路，会使小鼠的大脑活动从运动规划变为执行，并导致小鼠舔舐。另一方面，在播放提示音时关闭循环会抑制提示触发的动作。这些老鼠还处于运动计划阶段，就像没有收到提示音一样。

稻垣博士和他的同事们领导的这项研究确定了一种神经回路，这种神经回路对于环境线索触发运动至关重要。稻垣博士解释了他们的研究成果是如何证明行为控制的普遍特征的。“我们发现了一种神经回路，它可以在适当的时间改变运动皮层从运动规划到执行的活动。这让我们深入了解大脑如何协调神经元的活动来产生复杂的行为。未来的研究工作将专注于理解这种神经回路和其他神经回路如何重塑许多大脑区域的神经元活动。”

除了在理解大脑如何工作方面的这些基本进展，这项新研究还具有重要的临床意义。在帕金森病等运动障碍中，患者会遇到自我启动运动的困难，包括行走困难。然而，添加环境线索来触发运动，如地板上的线条或听觉音调，可以大大提高患者的移动能力。这种现象被称为反常运动，表明大脑中的不同机制被招募用于自我启动的运动和线索触发的运动。找到参与线索触发运动的大脑网络可能有助于优化治疗。毕竟，这些大脑网络在帕金森病中相对较少。(100yiyao.com 100医疗网)

参考资料：

Hidehiko K. Inagaki等人。细胞，2022，doi :10.1016/j . cell . 2022 . 02 . 006

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