有計(jì)劃的運(yùn)動對我們的日常生活至關(guān)重要，而且通常需要延遲執(zhí)行。小時(shí)候，我們蹲著站著準(zhǔn)備好，但等待“GO!”的呼喊聲。在從起跑線沖刺之前。作為成年人，我們等到紅綠燈變綠后才轉(zhuǎn)彎。在這兩種情況下，大腦已經(jīng)計(jì)劃了我們的精確動作，但在特定提示(例如，“開始!”或綠燈)之前抑制它們的執(zhí)行。現(xiàn)在，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了大腦網(wǎng)絡(luò)，它可以根據(jù)這個(gè)提示將計(jì)劃轉(zhuǎn)化為行動。
這一發(fā)現(xiàn)發(fā)表在科學(xué)雜志《細(xì)胞》上，是馬克斯普朗克佛羅里達(dá)神經(jīng)科學(xué)研究所、HHMI 珍妮莉亞研究園區(qū)、艾倫腦科學(xué)研究所等科學(xué)家合作的結(jié)果。在共同第一作者 Hidehiko Inagaki 博士和 Susu Chen 博士以及資深作者 Karel Svoboda 博士的帶領(lǐng)下，科學(xué)家們著手了解我們環(huán)境中的線索如何觸發(fā)有計(jì)劃的運(yùn)動。
“大腦就像管弦樂隊(duì)，”稻垣博士說。“在交響樂中，樂器以不同的節(jié)奏和音色演奏不同的曲調(diào)。這些聲音的集合形成了一個(gè)樂句。同樣，大腦中的神經(jīng)元以不同的模式和時(shí)間活躍。神經(jīng)元活動的集合調(diào)節(jié)了我們行為的特定方面。”
例如，運(yùn)動皮層是控制運(yùn)動的大腦區(qū)域。運(yùn)動皮層的活動模式在運(yùn)動的計(jì)劃和執(zhí)行階段之間存在顯著差異。這些模式之間的過渡對于觸發(fā)運(yùn)動至關(guān)重要。然而，控制這種轉(zhuǎn)變的大腦區(qū)域是未知的。“必須有大腦區(qū)域充當(dāng)導(dǎo)體，”稻垣博士說。“這些區(qū)域監(jiān)控環(huán)境線索并協(xié)調(diào)從一種模式到另一種模式的神經(jīng)元活動。指揮確保計(jì)劃在正確的時(shí)間轉(zhuǎn)化為行動。”
為了識別作為引導(dǎo)者啟動計(jì)劃運(yùn)動的神經(jīng)回路，研究小組同時(shí)記錄了數(shù)百個(gè)神經(jīng)元的活動，同時(shí)一只老鼠執(zhí)行了一個(gè)提示觸發(fā)的運(yùn)動任務(wù)。在這項(xiàng)任務(wù)中，訓(xùn)練老鼠在觸到胡須時(shí)向右舔，如果沒有觸到胡須，則向左舔。如果動物以正確的方向舔舐，它們就會獲得獎(jiǎng)勵(lì)。但是，有一個(gè)問題。這些動物不得不延遲它們的運(yùn)動，直到發(fā)出一個(gè)音調(diào)或“go cue”。只有在 go cue 之后的正確動作才會得到獎(jiǎng)勵(lì)。因此，老鼠保持一個(gè)他們將舔的方向的計(jì)劃，直到 go cue 并在之后執(zhí)行計(jì)劃的舔。
然后，科學(xué)家們將復(fù)雜的神經(jīng)元活動模式與行為任務(wù)的相關(guān)階段聯(lián)系起來。研究人員發(fā)現(xiàn)，在 go 提示之后以及在運(yùn)動計(jì)劃和執(zhí)行之間切換期間，大腦活動立即發(fā)生。這種大腦活動源于中腦、丘腦和皮層中的神經(jīng)元回路。
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