运动皮层中的离合器波动如何帮助我们的大脑发起运动

几十年来,科学家一直想知道,为什么人们只是在计划或想象运动时,或观察到其他人正在运动时,大脑中控制运动的特定细胞为何会发火,而实际

几十年来,科学家一直想知道,为什么人们只是在计划或想象运动时,或观察到其他人正在运动时,大脑中控制运动的特定细胞为何会发火,而实际上却不动自己。

运动皮层中的离合器波动如何帮助我们的大脑发起运动

现在,研究这个谜团的芝加哥大学科学家发现,运动皮层中的信号在运动时就像一系列离合器一样,这些信号可以被打乱以减慢大脑运动的开始。

这项发现发表在《神经元》杂志上,可能有一天会导致对患有帕金森氏病(一种运动障碍)的人进行治疗。

神经生物学家,生物生物学和解剖学教授,该研究的资深作者尼古拉·哈索普洛斯(Nicho Hatsopoulos)博士说:“这项研究为大规模,空间组织的大脑模式与行为相关提供了第一个证据。”

众所周知,当人们考虑或计划运动时,神经元会在运动皮层中发射并产生称为β振荡的信号。Hatsopoulos将这个信号的功能与带有手动变速箱的汽车中的离合器进行比较:如果您踩下离合器踏板,然后踩油门,则汽车发动机会转速升高,但不会运动,因为汽车不在齿轮。同样,如果您只是想象移动手臂或观察其他人移动手臂,则运动皮层中的此信号将保持不变甚至增强-但您不会移动手臂。只有当您准备好实际移动时,β振动才会停止-本质上,离合器将发动机接合到汽车的变速器上-且您的手臂也移动了。

Hatsopoulos和他的团队发现,运动皮层中的“离合”信号更好地理解为不是一个而是多个离合器,这些离合器以一种有组织的空间模式接合,可以在运动皮层的任一端开始并在另一端终止。每次运动开始时,离合器的这种有组织的波动-实际上是成组的发射神经元-都参与其中。

Hatsopoulos说:“虽然以前在运动皮层的单个位置上观察到这种类似离合器的机制,但我们发现运动的启动与离合器在整个皮层表面的传播有关。”“此外,我们提供了第一个因果证据,表明此波是开始运动的必要条件。”

研究人员研究了三只猕猴,每次赢得电子游戏都会获得果汁奖励。游戏要求猴子使用操纵杆在屏幕上将光标移动到目标。植入猴子运动皮质的手臂/手部区域的电极记录了操纵操纵杆所涉及的手臂运动的神经元活动。

通过电刺激运动皮层的手臂/手部区域的多个部位以产生刺激波,研究人员能够在某些条件下破坏猴子的反应时间。当他们按照自然释放离合器的方式施加刺激时,猴子的运动开始保持不变。但是,当它们以相反的方向刺激细胞时,反应时间变慢了。

负责这项研究的有机生物学与解剖学系高级研究员Karthikeyan Balasubramanian博士说:“这项研究首次在逐个试验的基础上提供了这种类似离合器的机制的特征。”“此外,我们的刺激结果表明,当我们针对与运动开始有关的自然波进行刺激时,我们正在因果破坏波状神经动力学。”

这种刺激方法也许有一天可以通过时空组织的运动皮层中的电极电刺激来帮助他们启动运动,从而帮助患有帕金森氏病的人。重要的是,这种新颖的刺激方法可能有助于理解整个大脑的大规模神经模式。

该团队现在正在研究在移动舌头时是否在运动皮层中出现类似的信号模式,以及是否也可以通过微刺激来控制舌头的移动开始。

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