【Nat Neurosci】发现控制左右运动的大脑网络

【Nat Neurosci】发现控制左右运动的大脑网络

一项新的研究揭示了控制左右运动的一组关键神经元，为帕金森病的治疗提供了新的见解。这一发现强调了脑干和基底神经节在运动控制中的复杂相互作用。

哥本哈根大学卫生与医学科学学院神经科学系Ole Kiehn研究团队在小鼠身上发现了一组脑细胞，它们在控制行走中的左右运动中起着至关重要的作用，弥合了我们对脑干和基底神经节相互作用的理解的关键差距。此成果近期发表在Nature Neuroscience上，题为“Basal ganglia-spinal cord pathway that commands locomotor gait asymmetries in mice”，通过Inscopix自由活动显微成像技术对大脑复杂导航系统的见解，脑干和基底神经节相互作用与“大脑的方向盘”有关。

这些发现可能为帕金森病的未来治疗策略提供依据。通过研究小鼠，研究小组预计人类也有类似的机制，这可能会彻底改变运动障碍的治疗方法。

你有没有想过，当我们向左或向右移动时，大脑会发生什么?大多数人不会;它们只是自动地完成这些动作。然而，这个看似简单的动作是由一个复杂的过程控制的。

在一项新的研究中，研究人员通过Inscopix自由活动显微成像技术发现了左右转弯所需的复杂神经网络中缺失的部分。这一发现是由来自哥本哈根大学神经科学系的助理教授Jared Cregg、Ole Kiehn教授和他们的同事组成的研究小组发现的。

2020年，他们发现了“大脑的方向盘”——脑干下部的一个神经元网络，在行走时控制左右运动。不过，当时他们还不清楚左右脑回路是如何被大脑的其他部分控制的，比如基底神经节。

“我们现在在脑干中发现了一组新的神经元，它们直接从基底神经节接收信息，并控制左右回路，”Ole Kiehn解释说。

图1 脑干Chx10 Gi神经元编码转动步态

基底神经节位于大脑深处。多年来，人们已经知道它们在控制自愿运动方面发挥了关键作用。

多年前，研究人员发现，通过刺激基底神经节，可以影响小鼠的左右运动。他们只是不知道该怎么做。

“走路时，先缩短右腿的步长再向右拐，再缩短左腿的步长再向左拐。新发现的神经元网络位于脑干的PnO部分。它们接收来自基底神经节的信号，并在我们转弯时调整步长，从而决定我们是向右还是向左移动，”Jared Cregg解释道。

因此，这项研究为理解这些绝对必要的运动是如何由大脑产生的提供了一把钥匙。

在这项新研究中，研究人员研究了小鼠的大脑，因为它们的脑干与人类的脑干非常相似。因此，研究人员希望在人类大脑中找到类似的左右回路。

图2 脑干Chx10 Gi神经元中在自发左转、直行或右转中的活性。

帕金森病症患者难以右转和左转

帕金森病是由大脑中多巴胺缺乏引起的。这会影响基底神经节，负责这项新研究的研究人员认为，这会导致无法激活脑干的左右回路。

当你观察帕金森氏症晚期患者所经历的症状时，这是有道理的——他们在行走时经常难以转身。

在这项新研究中，研究人员在症状与帕金森病患者相似的小鼠身上进行了研究。他们制造了所谓的帕金森氏症模型，从鼠的大脑中去除多巴胺，从而使它们产生与帕金森氏症患者相似的运动症状

“这些鼠有转弯困难，但通过刺激PnO神经元，我们能够减轻转弯困难，”Jared Cregg说。

利用深部脑刺激，研究人员最终可能能够为人类开发出类似的刺激。然而，目前，他们还不能像在小鼠模型中那样精确地刺激人类脑细胞，在小鼠模型中，他们使用光遗传学来刺激PNO（脑桥网状核，口腔部分）中的神经元网络。当研究人员光刺激神经元时，只能左转的小鼠现在也可以直线行走并右转。

图3 通过D1 spn的单侧激活对Chx10 Gi活性的调节

“脑干中的神经元是一团乱麻，电刺激是人类深部脑刺激中使用的刺激类型，但无法将细胞彼此区分开来。然而，我们对大脑的了解在不断增长，最终，我们可能能够开始考虑对人类进行集中的深部脑刺激，”Ole Kiehn总结道。

参考文献：

“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/