科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了一種觸發(fā)計劃運動執(zhí)行的大腦回路

有計劃的運動對我們的日常生活至關(guān)重要，而且通常需要延遲執(zhí)行。小時候，我們蹲著站著準(zhǔn)備好，但等待“GO!”的呼喊聲。在從起跑線沖刺之前。作為成年人，我們等到紅綠燈變綠后才轉(zhuǎn)彎。在這兩種情況下，大腦已經(jīng)計劃了我們的精確動作，但在特定提示(例如，“開始!”或綠燈)之前抑制它們的執(zhí)行?，F(xiàn)在，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了大腦網(wǎng)絡(luò)，它可以根據(jù)這個提示將計劃轉(zhuǎn)化為行動。

這一發(fā)現(xiàn)發(fā)表在科學(xué)雜志《細(xì)胞》上，是馬克斯普朗克佛羅里達(dá)神經(jīng)科學(xué)研究所、HHMI 珍妮莉亞研究園區(qū)、艾倫腦科學(xué)研究所等科學(xué)家合作的結(jié)果。在共同第一作者 Hidehiko Inagaki 博士和 Susu Chen 博士以及資深作者 Karel Svoboda 博士的帶領(lǐng)下，科學(xué)家們著手了解我們環(huán)境中的線索如何觸發(fā)有計劃的運動。

“大腦就像管弦樂隊，”稻垣博士說。“在交響樂中，樂器以不同的節(jié)奏和音色演奏不同的曲調(diào)。這些聲音的集合形成了一個樂句。同樣，大腦中的神經(jīng)元以不同的模式和時間活躍。神經(jīng)元活動的集合調(diào)節(jié)了我們行為的特定方面。”

例如，運動皮層是控制運動的大腦區(qū)域。運動皮層的活動模式在運動的計劃和執(zhí)行階段之間存在顯著差異。這些模式之間的過渡對于觸發(fā)運動至關(guān)重要。然而，控制這種轉(zhuǎn)變的大腦區(qū)域是未知的。“必須有大腦區(qū)域充當(dāng)導(dǎo)體，”稻垣博士說。“這些區(qū)域監(jiān)控環(huán)境線索并協(xié)調(diào)從一種模式到另一種模式的神經(jīng)元活動。指揮確保計劃在正確的時間轉(zhuǎn)化為行動。”

為了識別作為引導(dǎo)者啟動計劃運動的神經(jīng)回路，研究小組同時記錄了數(shù)百個神經(jīng)元的活動，同時一只老鼠執(zhí)行了一個提示觸發(fā)的運動任務(wù)。在這項任務(wù)中，訓(xùn)練老鼠在觸到胡須時向右舔，如果沒有觸到胡須，則向左舔。如果動物以正確的方向舔舐，它們就會獲得獎勵。但是，有一個問題。這些動物不得不延遲它們的運動，直到發(fā)出一個音調(diào)或“go cue”。只有在 go cue 之后的正確動作才會得到獎勵。因此，老鼠保持一個他們將舔的方向的計劃，直到 go cue 并在之后執(zhí)行計劃的舔。

然后，科學(xué)家們將復(fù)雜的神經(jīng)元活動模式與行為任務(wù)的相關(guān)階段聯(lián)系起來。研究人員發(fā)現(xiàn)，在 go 提示之后以及在運動計劃和執(zhí)行之間切換期間，大腦活動立即發(fā)生。這種大腦活動源于中腦、丘腦和皮層中的神經(jīng)元回路。

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