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科学家揭秘身体如何高效准确执行运动任务

来源:《中国科学报》2019-05-14 09:46

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  日前,美国《国家科学院院刊》在线发表了中科院神经科学研究所所长、脑科学与智能技术卓越创新中心主任蒲慕明研究组的一项成果。该研究系统描述了背外侧纹状体直接通路和间接通路的同一群神经元在运动学习过程中的电活动变化,并发现两条通路的神经元活动在运动行为中具有相对独立又彼此配合的角色分工。

  背外侧纹状体脑区主要接收来自感觉运动皮层四肢代表区的投射,对运动技能的学习、运动的执行、运动习惯的形成具有重要作用。该脑区分布的多棘投射神经元分别介导了基底神经节运动调控中的两条经典通路,即直接通路和间接通路。然而,两条通路在运动学习过程的参与机制尚不明确。

  研究人员训练小鼠学习推杆运动任务,并通过特异性标记直接通路和间接通路的神经元,观察到伴随小鼠的学习过程,两条通路的神经元集群都逐渐产生了独特、稳定、顺序性发放的电活动模式。直接通路神经元倾向于在信号感知和推杆操作时活动,而间接通路神经元则更多地在推杆动作后反应,并且在不同的运动任务场景中,同一群神经元的电活动模式会发生改变。进一步实验发现,特异性抑制直接通路神经元会破坏推杆运动的起始,而特异性抑制间接通路神经元会引起试验间隔里的错误推杆次数显著上升。任一通路的抑制均会降低推杆动作本身的熟练程度。

  研究表明,直接通路和间接通路的神经元都参与了小鼠执行向右推杆任务的过程。在任务规则的执行上,前者主要负责目标运动的起始,后者主要负责与任务目的无关运动的抑制;在具体动作的执行上,两者都参与了对推杆动作准确度的调控。两条通路彼此配合,共同保证小鼠高效、准确地执行运动任务。(黄辛 卜叶)

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