在昏昏欲睡的雾霾中,伸手去抓面前的咖啡杯,似乎就发生在自动驾驶仪上。但是缺乏咖啡因的大脑在努力工作。它收集感官信息和其他类型的反馈——关于手臂在空间中相对于杯子的位置的线索——并将它们发送到运动皮层。然后,运动皮层计划即将到来的运动,并告诉你的肌肉让它发生。
老鼠的新研究正在研究这些进入运动皮层的反馈信号的作用,并弄清楚它们如何以及何时指导灵巧的运动,如抓握。合著者Britten Solbrey是霍华德休斯医学研究所詹妮弗研究园的研究员,他说这是一个悬而未决的大问题。有些神经回路在没有连续输入的情况下,也能产生有节奏、有规律的输出。正如骑手的优美旋律可以让马小跑,这些“中枢模式发生器”可以帮助动物在没有持续刺激的情况下行走、游泳和飞行。事实证明,这不是运动皮层。
Sauerbrei说,“我们展示的是运动皮层从根本上是不同的。”“你不能只是轻轻踢一下大脑皮层,让它自己起飞并生成这种模式。”Sauerbrei和他的同事在2019年12月25日出版的《自然》杂志上报告说,相反,运动皮层需要在整个运动过程中获得反馈。
他和他的同事训练老鼠去够食物颗粒,这种行为依赖于运动皮层。在一些动物中,他们关闭了丘脑,丘脑是大脑中的一个开关柜,可以引导感觉信息和其他类型的反馈进出大脑皮层。
当研究人员在老鼠开始接触之前停止信号进入运动皮层时,这些动物没有开始运动。当到达信号在中途停止到达时,老鼠停止移动它的爪子靠近粒子。
研究人员表明,这些信号的节奏也很重要。在另一项实验中,他们刺激神经元以不同的输入信号模式将信号从丘脑传输到皮层。刺激的频率影响运动皮层的输出,快速的脉冲破坏小鼠的抓取能力。
Janelia小组的领导者、这篇论文的高级作者亚当汉特曼(Adam Hantman)表示,通过丘脑进入运动皮层的信号来自世界各地,目前尚不清楚哪些信号对指导运动最重要。丘脑的输入包括关于手臂位置的感觉信息、视觉信息、来自其他大脑区域的运动命令以及关于即将到来的运动的预测。Hantman的实验室计划使用Janelia项目团队Thalamoseq开发的工具,打开或关闭丘脑的特定区域,以测试哪些输入真正驱动行为。
对于汉特曼来说,理解这些运动技能的复杂性让学习它们变得如此令人兴奋。他说,“如果你想了解一种行为,并认为你要研究一个地区,那么你可能就有麻烦了。”"你需要了解整个中枢神经系统."