隨著我們?nèi)粘Ｉ畹陌l(fā)展，我們受到源源不斷的感官信息的轟炸。以典型的早晨為例——通過刺耳的警報(bào)、新煮咖啡的強(qiáng)烈香味、高峰時(shí)段的剎車燈和交通喇叭從睡眠中醒來。在一天的過程中，我們會(huì)經(jīng)歷成千上萬種不同意義上的線索。
雖然我們遇到了許多令人困惑的線索，但我們的大腦在組裝和處理這些線索方面做得非常好。讓我們了解我們周圍的世界。這種加工可以通過非常明顯的方式形成，比如我們的視覺和聽覺，但也會(huì)發(fā)生得更加微妙和出乎意料。例如，當(dāng)學(xué)習(xí)新動(dòng)作時(shí)，我們的大腦會(huì)跟蹤我們周圍的感覺線索。這種感官快照有助于指導(dǎo)和引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)，這樣當(dāng)我們?cè)俅斡龅酵瑯拥那闆r時(shí)，我們更有可能以更好的方式進(jìn)行鍛煉。
盡管有豐富的知識(shí)支持感覺線索有益于運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)的觀點(diǎn)，但近年來，關(guān)于將兩者結(jié)合起來的精確腦回路和機(jī)制一直存在爭(zhēng)議。在最近發(fā)表的一篇關(guān)于這一主題的論文中，馬普佛羅里達(dá)神經(jīng)科學(xué)研究所(MPFI)實(shí)驗(yàn)室的研究團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人杰森克里斯蒂博士的神經(jīng)元發(fā)現(xiàn)，進(jìn)入小腦的一個(gè)特殊輸入通道似乎掌握著編碼感覺信息的關(guān)鍵。
小腦是大腦中獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，在運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)和學(xué)習(xí)中起著至關(guān)重要的作用，可以改善運(yùn)動(dòng)。通過接收來自大腦不同區(qū)域的許多輸入，小腦通過一種叫做浦肯野細(xì)胞的單一神經(jīng)元類型整合和發(fā)送精細(xì)信息。Purano細(xì)胞的一個(gè)重要輸入是遠(yuǎn)程投射，稱為攀緣纖維。
"攀援纖維是眾所周知的，并且已經(jīng)在這個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行了廣泛的研究."描述了科學(xué)實(shí)驗(yàn)室的研究員和該出版物的第一作者，邁克爾加菲爾德博士?！斑@些纖維與小腦形成長(zhǎng)距離連接，小腦被認(rèn)為提供引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)信號(hào)并傳遞感覺信息。然而，在過去的幾年里，有人提出小腦中的局部回路，如分子層中的平行纖維或中間神經(jīng)元，也可能參與感覺信息的編碼?！?
為了研究，該團(tuán)隊(duì)使用雙光子鈣成像來監(jiān)測(cè)小鼠小腦中浦肯野細(xì)胞的活動(dòng)，并顯示各種感覺刺激(聽覺、視覺和體感)。然后，他們分離和評(píng)估浦肯野細(xì)胞活性的變化，這直接對(duì)應(yīng)于每次刺激和爬纖維輸入的時(shí)間。
“在每一個(gè)浦肯野細(xì)胞中，我們看到每當(dāng)感覺刺激出現(xiàn)時(shí)，活動(dòng)就會(huì)持續(xù)增加。但所有三種感覺類型的增強(qiáng)效果并不完全相同，它會(huì)根據(jù)所呈現(xiàn)的刺激類型而有所不同，”加菲爾德解釋道。
接下來，MPFI科學(xué)家研究了除了攀援纖維以外的其他細(xì)胞類型是否直接促進(jìn)了浦肯野細(xì)胞的感覺增強(qiáng)活動(dòng)。利用光遺傳學(xué)(利用光抑制神經(jīng)活動(dòng))和化學(xué)抑制(利用藥物抑制神經(jīng)活動(dòng))技術(shù)，該團(tuán)隊(duì)能夠抑制局部小腦回路中的單個(gè)細(xì)胞類型。雖然局部活動(dòng)有所改變，但浦肯野細(xì)胞的感覺增強(qiáng)活動(dòng)沒有改變。然而，通過直接抑制攀援纖維的活性，增強(qiáng)被取消。它表明攀爬纖維只負(fù)責(zé)向小腦傳遞感覺信息。
科學(xué)實(shí)驗(yàn)室的進(jìn)一步研究創(chuàng)造了一項(xiàng)新技術(shù)，使他們能夠監(jiān)測(cè)攀爬纖維軸突投射本身的活動(dòng)。他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)感覺刺激出現(xiàn)時(shí)，爬坡纖維突觸前活動(dòng)的分級(jí)變化在浦肯野細(xì)胞中被精確顯示。攀援纖維更強(qiáng)的活性正好反映了它們所連接的浦肯野細(xì)胞更強(qiáng)的活性。
克里斯蒂博士指出，“我們的發(fā)現(xiàn)實(shí)際上有點(diǎn)出乎意料”?！皞鹘y(tǒng)上，人們認(rèn)為到達(dá)小腦的感覺信號(hào)是由浦肯野細(xì)胞利用局部連接整合和處理的。我們的研究結(jié)果表明，浦肯野細(xì)胞只反映攀爬的作用。這意味著大腦的另一個(gè)區(qū)域?qū)嶋H上正在處理感覺信息，并簡(jiǎn)單地將其傳遞給小腦?！?
“因?yàn)槠挚弦凹?xì)胞活動(dòng)對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)非常重要，我們現(xiàn)在正在研究更復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)行為期間的感覺衍生活動(dòng)，”克里斯蒂博士描述道?！拔蚁Ｍ覀兡馨l(fā)現(xiàn)攀爬纖維傳遞感覺信息的獨(dú)特能力，以及學(xué)習(xí)如何從這種編碼方案中獲益的神經(jīng)機(jī)制?！?
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