新發(fā)現(xiàn)的運動學習腦回路

大腦如何獲得新的運動技能?今天(2 月 9 日)發(fā)表在科學雜志《科學進展》上的一項新研究揭示了一種新發(fā)現(xiàn)的大腦回路，它可能賦予我們這種非凡的能力。

皮層如何與紋狀體對話

皮層構(gòu)成了我們大腦的外層，是終極的多任務(wù)處理者，涉及從語言和認知到記憶和自主行動的一切。您現(xiàn)在正在使用它來閱讀這句話。但它并不是單獨行動，而是與許多其他大腦區(qū)域建立了廣??泛的聯(lián)系。

“我們對皮層中的兩種主要類型的細胞特別感興趣，即 IT(腦內(nèi))和 PT(錐體束)神經(jīng)元，”該研究的第一作者 Nicolas Morgenstern 說，該研究是當時在該小組中開發(fā)的。作者：Rui Costa，位于葡萄牙里斯本的 Champalimaud 基金會。“IT 細胞和 PT 細胞都將信號從皮層發(fā)送到另一個深埋在大腦中的區(qū)域，稱為紋狀體。這些‘皮質(zhì) - 紋狀體’連接(即從皮層到紋狀體的連接)對于運動學習非常重要，并且已經(jīng)與帕金森病等運動障礙有關(guān)。”

這就是我們故事中的第三個主要角色出現(xiàn)的地方：棘狀投射神經(jīng)元 (SPN)，它占紋狀體中 95% 的神經(jīng)元。SPN 由 IT 和 PT 細胞直接接觸。“我們想了解 IT 和 PT 細胞在這個大腦回路中的不同作用，這對運動學習和行為非常重要。”

照亮大腦以發(fā)現(xiàn)新路徑

為了更好地理解這些皮質(zhì)紋狀體連接，作者利用了(幾乎)每個神經(jīng)科學家的工具箱中都存在的一種技術(shù)：光遺傳學，一種使用光控制細胞活動的方法。正如 Morgenstern 解釋的那樣，“我們在小鼠中對 IT 或 PT 細胞進行了基因工程，使我們能夠使用光遺傳學獨立激活這些細胞類型，并測量它們對紋狀體中 SPN 的不同影響。”

使用這種方法，在體外記錄神經(jīng)元的活動時，作者發(fā)現(xiàn)了一種新的皮質(zhì)紋狀體通路。在這個途徑中，出現(xiàn)了第四個主要參與者：紋狀體膽堿能中間神經(jīng)元 (ChIs)。作為三人接力中的“中間人”，紋狀體中的 Chis 接收來自 PT 細胞的輸入，進而激發(fā) SPN。“我們發(fā)現(xiàn) PT 細胞優(yōu)先連接到間接激活 SPN 的 Chis，”Morgenstern 說。

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