日本理化學(xué)研究所腦科學(xué)中心的竹岡綾和她的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)確定了脊髓中促進(jìn)獨(dú)立于大腦的運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)的神經(jīng)通路。他們的研究發(fā)表在 4 月 11 日的《科學(xué)》雜志上，發(fā)現(xiàn)了兩組關(guān)鍵的脊髓神經(jīng)元，一組是新的適應(yīng)性學(xué)習(xí)所必需的，另一組用于回憶已經(jīng)學(xué)會(huì)的適應(yīng)。這些發(fā)現(xiàn)可以幫助科學(xué)家開發(fā)出幫助脊髓損傷后運(yùn)動(dòng)恢復(fù)的方法。
一段時(shí)間以來，科學(xué)家們已經(jīng)知道，即使沒有大腦，脊髓的運(yùn)動(dòng)輸出也可以通過練習(xí)進(jìn)行調(diào)整。這在無頭昆蟲中表現(xiàn)得最為明顯，它們的腿仍然可以被訓(xùn)練來躲避外部暗示。到目前為止，還沒有人確切地弄清楚這是如何可能的，如果沒有這種理解，這種現(xiàn)象只不過是一個(gè)奇怪的事實(shí)。正如竹岡解釋的那樣，“如果我們想了解健康人運(yùn)動(dòng)自動(dòng)化的基礎(chǔ)，并利用這些知識(shí)來改善脊髓損傷后的恢復(fù)，那么深入了解其潛在機(jī)制至關(guān)重要。”
在進(jìn)入神經(jīng)回路之前，研究人員首先開發(fā)了一種實(shí)驗(yàn)裝置，使他們能夠在沒有大腦輸入的情況下研究小鼠脊髓的適應(yīng)能力，包括學(xué)習(xí)和記憶能力。每個(gè)測(cè)試都有一只實(shí)驗(yàn)小鼠和一只后腿自由懸掛的對(duì)照小鼠。如果實(shí)驗(yàn)小鼠的后腿下垂太多，它就會(huì)受到電刺激，模仿小鼠想要避免的東西。對(duì)照小鼠同時(shí)接受相同的刺激，但與其自己的后腿位置無關(guān)。
對(duì)即時(shí)學(xué)習(xí)和記憶保留的觀察
僅僅 10 分鐘后，他們就僅在實(shí)驗(yàn)小鼠中觀察到了運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí);他們的腿保持高高，避免任何電刺激。這一結(jié)果表明，脊髓可以將不愉快的感覺與腿部位置聯(lián)系起來，并調(diào)整其運(yùn)動(dòng)輸出，使腿部避免不愉快的感覺，而這一切都不需要大腦。 24 小時(shí)后，他們重復(fù)了 10 分鐘的測(cè)試，但實(shí)驗(yàn)小鼠和對(duì)照小鼠的情況發(fā)生了逆轉(zhuǎn)。最初的實(shí)驗(yàn)小鼠仍然保持雙腿抬起，這表明脊髓保留了對(duì)過去經(jīng)歷的記憶，這干擾了新的學(xué)習(xí)。
在脊髓中建立了即時(shí)學(xué)習(xí)和記憶之后，研究小組開始檢查使這兩種能力成為可能的神經(jīng)回路。他們使用了六種轉(zhuǎn)基因小鼠，每種小鼠都有一組不同的脊髓神經(jīng)元被禁用，并測(cè)試了它們的運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)和學(xué)習(xí)逆轉(zhuǎn)。他們發(fā)現(xiàn)，在脊髓頂部的神經(jīng)元(尤其是表達(dá)Ptf1a基因的神經(jīng)元)喪失功能后，小鼠后肢無法適應(yīng)避免電擊。
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