在研究運(yùn)動(dòng)過程中，運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的重要性不言而喻，然而，單個(gè)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元在運(yùn)動(dòng)控制中的具體貢獻(xiàn)仍然不為人們所清楚。測量動(dòng)物運(yùn)動(dòng)過程中單個(gè)神經(jīng)元的活動(dòng)一直是實(shí)驗(yàn)上的難題。

然而，隨著技術(shù)的進(jìn)步，研究人員已經(jīng)可以在果蠅身上自由運(yùn)動(dòng)時(shí)操縱單個(gè)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元。一項(xiàng)新研究展示了對(duì)果蠅頭部運(yùn)動(dòng)控制的單個(gè)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元進(jìn)行表征的發(fā)現(xiàn)。

這些發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《自然》雜志上的一篇名為“運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元通過本體感塑造產(chǎn)生姿勢定向運(yùn)動(dòng)”的論文中。

哥倫比亞大學(xué)扎克曼研究所的副研究科學(xué)家斯蒂芬·休斯頓博士表示：“這是科學(xué)家們首次對(duì)動(dòng)物身體自然運(yùn)動(dòng)時(shí)單個(gè)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的三維活動(dòng)進(jìn)行分析。你不能理解大腦如何使身體運(yùn)動(dòng)而不知道每個(gè)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的作用，就像你不能理解控制木偶移動(dòng)的操縱者沒有理解各個(gè)木偶線索的作用一樣。”

研究始于霍華德·休斯醫(yī)學(xué)研究所詹利亞研究營地，研究人員首先激活果蠅控制頭部運(yùn)動(dòng)的約25個(gè)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元中的光敏分子。這使科學(xué)家們能夠使用紅光逐個(gè)激活運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元。與此同時(shí)，他們記錄了由此產(chǎn)生的頭部運(yùn)動(dòng)，并利用人工智能技術(shù)來跟蹤這些運(yùn)動(dòng)。

“大多數(shù)神經(jīng)元作為一個(gè)群體共同發(fā)揮作用，因此當(dāng)我們逐個(gè)激活單個(gè)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元時(shí)，我們并不希望看到太多或甚至任何頭部運(yùn)動(dòng)，”休斯頓說。

研究人員最多只期望每個(gè)單個(gè)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元被硬編碼為產(chǎn)生一種簡單的運(yùn)動(dòng)，例如使頭部向左轉(zhuǎn)動(dòng)10度。然而，通過后來在扎克曼研究所進(jìn)行的計(jì)算分析，研究人員發(fā)現(xiàn)，激活每個(gè)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元都可以使頭部以各種方式旋轉(zhuǎn)，甚至有些是相反方向的，這取決于果蠅頭部的起始姿勢。

更具體地說，團(tuán)隊(duì)寫道：“我們發(fā)現(xiàn)，單個(gè)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的活動(dòng)會(huì)使頭部向不同方向旋轉(zhuǎn)，取決于頭部的起始姿勢，從而使頭部收斂到由受刺激的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元決定的姿勢?！?/p>

他們補(bǔ)充說，一個(gè)反饋模型“預(yù)測這種收斂行為是由運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元驅(qū)動(dòng)與本體感覺反饋相互作用所致”，并繼續(xù)“鑒定和遺傳抑制單個(gè)類別的本體感覺神經(jīng)元，根據(jù)反饋模型的預(yù)測改變運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元誘導(dǎo)的收斂行為?！?/p>

準(zhǔn)確定位果蠅大腦在細(xì)胞水平上的活動(dòng)不僅僅是一項(xiàng)學(xué)術(shù)性的研究?！皩?duì)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的更好理解可以幫助我們理解影響運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的疾病，例如肌萎縮性側(cè)索硬化癥，也被稱為ALS或路易·格爾里希氏病，”休斯頓說。

接下來，研究人員希望調(diào)查果蠅中其他類型的神經(jīng)元，如視覺系統(tǒng)中的神經(jīng)元，與運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元如何相互作用以控制運(yùn)動(dòng)。

參考文獻(xiàn)：“Motor neurons generate pose-targeted movements via proprioceptive sculpting.”

編輯：周敏

排版：李麗