Nat Neurosci——發(fā)現(xiàn)控制左右運動的大腦網(wǎng)絡(luò)

哥本哈根大學(xué)衛(wèi)生與醫(yī)學(xué)科學(xué)學(xué)院神經(jīng)科學(xué)系Ole Kiehn研究團(tuán)隊在小鼠身上發(fā)現(xiàn)了一組腦細(xì)胞，它們在控制行走中的左右運動中起著至關(guān)重要的作用，彌合了我們對腦干和基底神經(jīng)節(jié)相互作用的理解的關(guān)鍵差距。此成果近期發(fā)表在Nature Neuroscience上，題為“Basal ganglia-spinal cord pathway that commands locomotor gait asymmetries in mice”，通過Inscopix自由活動顯微成像技術(shù)對大腦復(fù)雜導(dǎo)航系統(tǒng)的見解，腦干和基底神經(jīng)節(jié)相互作用與“大腦的方向盤”有關(guān)。
這些發(fā)現(xiàn)可能為帕金森病的未來治療策略提供依據(jù)。通過研究小鼠，研究小組預(yù)計人類也有類似的機制，這可能會徹底改變運動障礙的治療方法。  
你有沒有想過，當(dāng)我們向左或向右移動時，大腦會發(fā)生什么?大多數(shù)人不會;它們只是自動地完成這些動作。然而，這個看似簡單的動作是由一個復(fù)雜的過程控制的。
在一項新的研究中，研究人員通過Inscopix自由活動顯微成像技術(shù)發(fā)現(xiàn)了左右轉(zhuǎn)彎所需的復(fù)雜神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中缺失的部分。這一發(fā)現(xiàn)是由來自哥本哈根大學(xué)神經(jīng)科學(xué)系的助理教授Jared Cregg、Ole Kiehn教授和他們的同事組成的研究小組發(fā)現(xiàn)的。
2020年，他們發(fā)現(xiàn)了“大腦的方向盤”——腦干下部的一個神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)，在行走時控制左右運動。不過，當(dāng)時他們還不清楚左右腦回路是如何被大腦的其他部分控制的，比如基底神經(jīng)節(jié)。
 
“我們現(xiàn)在在腦干中發(fā)現(xiàn)了一組新的神經(jīng)元，它們直接從基底神經(jīng)節(jié)接收信息，并控制左右回路，”Ole Kiehn解釋說。  
基底神經(jīng)節(jié)位于大腦深處。多年來，人們已經(jīng)知道它們在控制自愿運動方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用。
多年前，研究人員發(fā)現(xiàn)，通過刺激基底神經(jīng)節(jié)，可以影響小鼠的左右運動。他們只是不知道該怎么做。
“走路時，先縮短右腿的步長再向右拐，再縮短左腿的步長再向左拐。新發(fā)現(xiàn)的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)位于腦干的PnO部分。它們接收來自基底神經(jīng)節(jié)的信號，并在我們轉(zhuǎn)彎時調(diào)整步長，從而決定我們是向右還是向左移動，”Jared Cregg解釋道。

因此，這項研究為理解這些絕對必要的運動是如何由大腦產(chǎn)生的提供了一把鑰匙。
在這項新研究中，研究人員研究了小鼠的大腦，因為它們的腦干與人類的腦干非常相似。因此，研究人員希望在人類大腦中找到類似的左右回路。  
帕金森病癥患者難以右轉(zhuǎn)和左轉(zhuǎn)

帕金森病是由大腦中多巴胺缺乏引起的。這會影響基底神經(jīng)節(jié)，負(fù)責(zé)這項新研究的研究人員認(rèn)為，這會導(dǎo)致無法激活腦干的左右回路。
當(dāng)你觀察帕金森氏癥晚期患者所經(jīng)歷的癥狀時，這是有道理的——他們在行走時經(jīng)常難以轉(zhuǎn)身。
在這項新研究中，研究人員在癥狀與帕金森病患者相似的小鼠身上進(jìn)行了研究。他們制造了所謂的帕金森氏癥模型，從鼠的大腦中去除多巴胺，從而使它們產(chǎn)生與帕金森氏癥患者相似的運動癥狀
“這些鼠有轉(zhuǎn)彎困難，但通過刺激PnO神經(jīng)元，我們能夠減輕轉(zhuǎn)彎困難，”Jared Cregg說。
利用深部腦刺激，研究人員最終可能能夠為人類開發(fā)出類似的刺激。然而，目前，他們還不能像在小鼠模型中那樣精確地刺激人類腦細(xì)胞，在小鼠模型中，他們使用光遺傳學(xué)來刺激PNO（腦橋網(wǎng)狀核，口腔部分）中的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)研究人員光刺激神經(jīng)元時，只能左轉(zhuǎn)的小鼠現(xiàn)在也可以直線行走并右轉(zhuǎn)。  
“腦干中的神經(jīng)元是一團(tuán)亂麻，電刺激是人類深部腦刺激中使用的刺激類型，但無法將細(xì)胞彼此區(qū)分開來。然而，我們對大腦的了解在不斷增長，最終，我們可能能夠開始考慮對人類進(jìn)行集中的深部腦刺激，”Ole Kiehn總結(jié)道。
 
參考文獻(xiàn)：
“Basal ganglia–spinal cord pathway that commands locomotor gait asymmetries in mice” by Jared M. Cregg, Simrandeep K. Sidhu, Roberto Leiras and Ole Kiehn, 12 February 2024, Nature Neuroscience.
https://neurosciencenews.com/basal-ganglia-navigation-25596/