哥本哈根大學和卡羅林斯卡研究所的研究人員最近進行了一項研究，研究動物特定運動能力的神經基礎，該能力涉及橫向運動(即，向左或向右運動)。他們的論文發(fā)表在《自然神經科學》上，強調了特定神經元種群在腦干中的重要作用，即所謂的Chx10神經元，它在允許小鼠以及其他可能帶有四肢的動物在移動時向左或向右轉動。

這項研究的高級研究員奧萊·基恩教授對《醫(yī)學快報》說：“運動是動物界普遍的一種自然行為。”“在脊椎動物中，節(jié)律性運動的協調主要發(fā)生在脊??髓本身的回路內。為了使這些回路起作用，它們需要來自腦效應神經元的命令。”

過去的研究發(fā)現，腦效應神經元控制著動物運動的許多方面，包括大多數哺乳動物開始運動，加速和停止的能力。然而，對動物側向運動(即左轉或右轉)的神經機制研究較少，因此仍知之甚少。

能夠朝特定方向移動的能力對于幾乎所有行為(包括覓食，導航和逃生)都是必不可少的，”基恩說。

在以前的工作中，基恩和他的同事發(fā)現，當對稱激活時，一類特殊的神經元，即表達蛋白質Chx10的腦干神經元，會導致動物停止活動。當他們開始進行這項新研究時，他們假設僅在一側激活時，這些神經元就可以充當轉彎路徑，從而使動物向左或向右轉。

為了驗證這一假設，研究人員從基因上追蹤了小鼠大腦中的Chx10神經元。這使他們能夠展示這些細胞從腦干到動物脊髓的單側投射。

“為了證明Chx10細胞能控制哺乳動物體內的不對稱運動，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(化學生成)來上下操縱神經細胞的活動。在腦干Chx10細胞中選擇性表達。”該論文的第一作者Jared Cregg博士對MedicalXpress說。“這使我們能夠在不影響其他神經細胞的情況下操縱這些細胞的活動，并將它們的活動與動物的運動行為直接相關。”

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細胞的作用。有趣的是，他們發(fā)現Chx10細胞抑制(即破壞)肢體運動網絡，同時激活控制動物身體同一側軀干肌肉組織的運動網絡。

最后，研究人員使用深度學習技術來跟蹤老鼠轉彎時肢體和身體的運動。他們的分析結果強烈表明，腦干Chx10神經元允許小鼠向左或向右移動，以較短的步長協調其運動，并在轉彎的一側彎曲軀干肌肉。

克雷格說：“我們已經確定了四肢動物運動中樞控制的缺失部分：能夠左右旋轉。”“我們的研究強烈表明Chx10 Gi神經元是控制左右運動的最終共同效應器，為不同大腦區(qū)域如何協同工作以根據不同的行為需求控制左右決定打開了一扇窗戶。”

這項研究提供了控制哺乳動物左右運動的下降運動系統的證據。這對于神經科學領域是非常有價值的貢獻，因為它可以揭示與許多神經系統疾病有關的運動障礙的神經基礎。

基恩說：“了解控制運動的大腦和脊髓基本功能的神經回路非常重要。”“我們現在計劃研究腦干神經元如何直接與脊髓運動回路相互作用，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細胞。我們還想研究這種腦干回路中是否存在與腦電圖相關的變化。帕金森氏癥模型在小鼠身上出現的一些運動缺陷。”