幾十年來，科學(xué)家們一直在想，為什么人們只計劃或想象鍛煉，或者觀察到其他人在鍛煉，為什么大腦中控制鍛煉的某些細胞會生氣，但實際上不會自己動。
現(xiàn)在，芝加哥大學(xué)研究這一奧秘的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，運動皮層中的信號就像運動時的一系列離合器，這些信號可以被打斷，從而減緩大腦運動的開始。
這一發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《神經(jīng)元》雜志上，可能有一天會導(dǎo)致帕金森病(一種運動障礙)患者的治療。
神經(jīng)學(xué)家、生物生物學(xué)和解剖學(xué)教授、該研究的資深作者Nicho Hatsopoulos博士說：“這項研究首次提供了大規(guī)?？臻g組織的大腦模式與行為相關(guān)的證據(jù)?！?
眾所周知，當(dāng)人們考慮或計劃運動時，運動皮層中的神經(jīng)元會發(fā)出一種叫做振蕩的信號。Hatsopoulos將此信號的功能與手動變速箱汽車中的離合器進行了比較：如果您踩下離合器踏板，然后踩下油門，汽車的發(fā)動機將會提速，但它不會移動，因為汽車不在檔位上。同樣，如果你只是想象移動你的手臂或者看著別人移動他們的手臂，運動皮層中的這個信號會保持不變甚至增加——但你不會移動你的手臂。只有當(dāng)你準(zhǔn)備好真正移動時，振動才會停止——本質(zhì)上，離合器會將發(fā)動機接合到汽車的變速器上——你的手臂也會移動。
Hatsopoulos和他的團隊發(fā)現(xiàn)，運動皮層中的“離合器”信號更好理解為不是一個離合器，而是多個離合器，它們以有組織的空間模式接合，可以從運動皮層的一端開始，在另一端結(jié)束。在每一個動作的開始，離合器的這種有組織的波動——實際上是成組的放電神經(jīng)元——都參與其中。
Hatsopoulos說：“雖然之前在運動皮層的單個位置觀察到了這種類似離合器的機制，但我們發(fā)現(xiàn)運動的開始與離合器在整個皮層表面的擴散有關(guān)?！薄按送猓覀兲峁┝说谝粋€因果證據(jù)，證明這一波是開始運動的必要條件?！?
研究人員研究了三只獼猴，每次它們贏了一場電子游戲，就會贏得一個果汁獎。游戲要求猴子使用操縱桿將光標(biāo)移動到屏幕上的目標(biāo)。植入猴子運動皮層手臂/手區(qū)域的電極記錄了操縱操縱桿時手臂運動的神經(jīng)元活動。
通過電刺激運動皮層手臂/手區(qū)域的各個部位產(chǎn)生刺激波，研究人員可以在一定條件下破壞猴子的反應(yīng)時間。當(dāng)他們通過自然釋放離合器來施加刺激時，猴子的運動開始保持不變。然而，當(dāng)它們以相反的方向刺激細胞時，反應(yīng)時間會變慢。
負責(zé)這項研究的有機生物學(xué)和解剖學(xué)系高級研究員Karthikeyan Balasubramanian博士說：“這項研究首次在逐個試驗的基礎(chǔ)上提供了這種離合器狀機構(gòu)的特征。”“此外，我們的刺激結(jié)果表明，當(dāng)我們刺激與運動開始相關(guān)的自然波時，我們正在因果性地破壞波浪形的神經(jīng)動力學(xué)?！?
這種刺激方法有一天可能會幫助帕金森病患者通過電刺激時空組織運動皮層中的電極來開始鍛煉。重要的是，這種新穎的刺激方法可能有助于理解整個大腦的大規(guī)模神經(jīng)模式。
該團隊目前正在研究，在運動舌頭時，運動皮層中是否會出現(xiàn)類似的信號模式，以及是否也有可能通過微刺激控制舌頭運動的開始。
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