研究人员使用高速摄像机跟踪了小鼠伸出爪子抓取食物时的前臂运动。然后测试了关闭大脑的不同部分如何影响这种灵巧动作。
当你在朦胧的睡意中，伸手去拿面前的咖啡杯似乎是自动发生的。但其实你的大脑正在努力工作：它收集感觉信息和其他类型的反馈信息，并将其发送到运动皮层，由运动皮层计划接下来的动作，最后告诉肌肉让这个动作发生。
近日，在小鼠身上进行的一项新研究探究了这些反馈信号在进入运动皮层时所发挥的作用，并分析了它们是如何以及何时引导像抓握这样的灵巧动作的。“这一直是一个悬而未决的大问题。”该研究的共同作者、霍华德·休斯医学研究所的副研究员Britton Sauerbrei说。
某些神经回路可以在没有持续输入的情况下产生有节奏的、模式化的输出。就像骑手的轻踢一下就可以让马小跑一样，这些“中心模式生成器”可以帮助动物在没有持续刺激的情况下行走、游泳和飞翔。但在最新的研究中，科学家们证明，灵巧动作的发生不只依赖运动皮层。Sauerbrei说：“我们发现，运动皮层与之前的假设有根本的不同。我们不能只是给大脑皮层一点刺激，然后让它自己产生模式化的输出。”相反，运动皮层需要在整个运动过程中接收反馈。Sauerbrei等人在12月25日的《自然》杂志上报道了他们的发现。
在这项研究中，工作人员训练小鼠去抓取食物，这是一种依赖于运动皮层的行为。在一些实验中，他们关闭了小鼠大脑中控制感官信息和其他各种反馈的开关——丘脑。当研究人员在小鼠开始接触食物之前阻断传入运动皮层的信号时，小鼠就不会开始抓取。当传入信号在小鼠抓取食物的中途被阻断时，小鼠就不会再把爪子靠近食物。
研究人员表示，这些信号的节奏也很重要。在另一项实验中，他们用不同模式的传入信号刺激神经元，使之从丘脑传递信号到大脑皮层。刺激的频率影响了运动皮层的输出，快速的脉冲干扰了小鼠的抓握技能。
该论文的通讯作者Adam Hantman说，从丘脑进入运动皮层的信号来自各个地方，目前还不清楚哪些信号对指导运动最重要。输入到丘脑的信息包括手臂位置的感觉信息、视觉信息、来自其他大脑区域的运动指令，以及对即将到来的运动的预测。利用项目小组最新开发的工具，Hantman的实验室正在计划打开和关闭丘脑的特定区域，以测试哪些输入真正驱动了行为。
对Hantman来说，理解这些运动技能的复杂性使得研究它们变得非常有趣。他说：“如果想了解一种行为，而只研究大脑的一个区域，那可能会很难，我们需要了解的是整个中枢神经系统。”
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编译：花花
审稿：三水
责编：张梦
期刊来源： 《自然》
期刊编号： 0028-0836
原文链接：
https://www.eurekalert.org/pub_releases/2019-12/hhmi-itt121919.php
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