運(yùn)動(dòng)皮層的離合波動(dòng)如何幫助我們的大腦啟動(dòng)運(yùn)動(dòng)？

幾十年來，科學(xué)家們一直在想，為什么人們只計(jì)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(xì)胞會(huì)生氣，但實(shí)際上不會(huì)自己動(dòng)。

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(yùn)動(dòng)皮層中的信號(hào)就像運(yùn)動(dòng)時(shí)的一系列離合器，這些信號(hào)可以被打斷，從而減緩大腦運(yùn)動(dòng)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(huì)導(dǎo)致帕金森病(一種運(yùn)動(dòng)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(xiàng)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(jì)劃運(yùn)動(dòng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)皮層中的神經(jīng)元會(huì)發(fā)出一種叫做振蕩的信號(hào)。Hatsopoulos將此信號(hào)的功能與手動(dòng)變速箱汽車中的離合器進(jìn)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(dòng)機(jī)將會(huì)提速，但它不會(huì)移動(dòng)，因?yàn)槠嚥辉跈n位上。同樣，如果你只是想象移動(dòng)你的手臂或者看著別人移動(dòng)他們的手臂，運(yùn)動(dòng)皮層中的這個(gè)信號(hào)會(huì)保持不變甚至增加——但你不會(huì)移動(dòng)你的手臂。只有當(dāng)你準(zhǔn)備好真正移動(dòng)時(shí)，振動(dòng)才會(huì)停止——本質(zhì)上，離合器會(huì)將發(fā)動(dòng)機(jī)接合到汽車的變速器上——你的手臂也會(huì)移動(dòng)。

Hatsopoulos和他的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)皮層中的“離合器”信號(hào)更好理解為不是一個(gè)離合器，而是多個(gè)離合器，它們以有組織的空間模式接合，可以從運(yùn)動(dòng)皮層的一端開始，在另一端結(jié)束。在每一個(gè)動(dòng)作的開始，離合器的這種有組織的波動(dòng)——實(shí)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(yùn)動(dòng)皮層的單個(gè)位置觀察到了這種類似離合器的機(jī)制，但我們發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的開始與離合器在整個(gè)皮層表面的擴(kuò)散有關(guān)。”“此外，我們提供了第一個(gè)因果證據(jù)，證明這一波是開始運(yùn)動(dòng)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(huì)贏得一個(gè)果汁獎(jiǎng)。游戲要求猴子使用操縱桿將光標(biāo)移動(dòng)到屏幕上的目標(biāo)。植入猴子運(yùn)動(dòng)皮層手臂/手區(qū)域的電極記錄了操縱操縱桿時(shí)手臂運(yùn)動(dòng)的神經(jīng)元活動(dòng)。

通過電刺激運(yùn)動(dòng)皮層手臂/手區(qū)域的各個(gè)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(shí)間。當(dāng)他們通過自然釋放離合器來施加刺激時(shí)，猴子的運(yùn)動(dòng)開始保持不變。然而，當(dāng)它們以相反的方向刺激細(xì)胞時(shí)，反應(yīng)時(shí)間會(huì)變慢。

負(fù)責(zé)這項(xiàng)研究的有機(jī)生物學(xué)和解剖學(xué)系高級(jí)研究員Karthikeyan Balasubramanian博士說：“這項(xiàng)研究首次在逐個(gè)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上提供了這種離合器狀機(jī)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(yùn)動(dòng)開始相關(guān)的自然波時(shí)，我們正在因果性地破壞波浪形的神經(jīng)動(dòng)力學(xué)?！?

這種刺激方法有一天可能會(huì)幫助帕金森病患者通過電刺激時(shí)空組織運(yùn)動(dòng)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(gè)大腦的大規(guī)模神經(jīng)模式。

該團(tuán)隊(duì)目前正在研究，在運(yùn)動(dòng)舌頭時(shí)，運(yùn)動(dòng)皮層中是否會(huì)出現(xiàn)類似的信號(hào)模式，以及是否也有可能通過微刺激控制舌頭運(yùn)動(dòng)的開始。

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