您的脊髓可以在沒(méi)有大腦輸入的情況下學(xué)習(xí)和回憶,我們終于知道如何了
沒(méi)有頭,許多昆蟲(chóng)會(huì)繼續(xù)踢腿和抽搐,直到最后,耗盡所有生命,它們的運(yùn)動(dòng)完全停止。
一段時(shí)間以來(lái),科學(xué)家們已經(jīng)知道脊髓能夠執(zhí)行肢體運(yùn)動(dòng),而不是反射性抽搐運(yùn)動(dòng),甚至適應(yīng)點(diǎn)以避免不愉快的刺激。
它的神經(jīng)元如何在沒(méi)有大腦同意的情況下“學(xué)習(xí)”新的反應(yīng),這一點(diǎn)從來(lái)都不清楚。
比利時(shí)佛蘭德斯VIB-神經(jīng)電子研究的研究人員對(duì)轉(zhuǎn)基因小鼠進(jìn)行的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn),脊神經(jīng)中表達(dá)的特定基因在記憶對(duì)潛在威脅的反應(yīng)方面的作用。
“這些結(jié)果不僅挑戰(zhàn)了運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)和記憶僅限于大腦回路的普遍觀念,而且我們表明我們可以操縱脊髓運(yùn)動(dòng)回憶,這對(duì)旨在改善脊髓損傷后恢復(fù)的療法具有重要意義。說(shuō)神經(jīng)學(xué)家和高級(jí)研究員 Aya Takeoka。
雖然大腦對(duì)大多數(shù)形式的運(yùn)動(dòng)有最終的呼喚權(quán),但脊髓不僅僅是神經(jīng)信號(hào)的簡(jiǎn)單高速公路。它包含遺傳上多樣化的神經(jīng)元群體,能夠隨著個(gè)體的發(fā)育而塑造以滿足個(gè)人運(yùn)動(dòng)或從疼痛中撤退的需要。
盡管器官很復(fù)雜,但脊髓中的神經(jīng)可以大致分為兩大類——攜帶感覺(jué)信息的神經(jīng),稱為背神經(jīng)元,以及控制運(yùn)動(dòng)反應(yīng)的組織,稱為腹側(cè)神經(jīng)元。
在每一類中,抑制性神經(jīng)元充當(dāng)繁榮門(mén),代表大腦微調(diào)和協(xié)調(diào)感覺(jué)和運(yùn)動(dòng)。
這些不同分類的脊髓組織如何在神經(jīng)鎖定到位后很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)協(xié)同工作以學(xué)習(xí)新的反應(yīng),一直是神經(jīng)學(xué)家尋求幫助受損神經(jīng)恢復(fù)方法的緊迫問(wèn)題。
Takeoka和她的團(tuán)隊(duì)將具有橫斷脊髓的小鼠放在安全帶中,這些安全帶將后肢懸掛在空中,使它們能夠自由移動(dòng)。他們的大腦沒(méi)有從后腿發(fā)送和接收信號(hào),所有的反應(yīng)都留給了他們的脊神經(jīng)。
通過(guò)用溫和的電流刺激測(cè)試動(dòng)物的腳 - 一個(gè)在隨機(jī)時(shí)間,另一個(gè)僅在對(duì)一定量的腿下垂做出反應(yīng) - 研究人員能夠測(cè)試脊髓是否可以學(xué)會(huì)如何對(duì)負(fù)面刺激做出反應(yīng)。
隨著一只老鼠學(xué)會(huì)拉起后腿,研究小組在一天后為每只老鼠交換了角色,這表明習(xí)得的反應(yīng)不是短期適應(yīng)。神經(jīng)真的學(xué)會(huì)了一個(gè)新把戲。
然后,研究小組使用六種不同種類的轉(zhuǎn)基因小鼠來(lái)挑選出保留脊神經(jīng)電擊記憶的可能機(jī)制。
他們逐一排除了不同類型的遺傳上不同的神經(jīng)細(xì)胞,發(fā)現(xiàn)了那些在脊髓頂部神經(jīng)受阻的神經(jīng)細(xì)胞,尤其是那些缺乏功能性的神經(jīng)細(xì)胞聚酰胺(Ptf1a)基因,無(wú)法適應(yīng)沖擊。在那些已經(jīng)適應(yīng)的人中,禁用聚酰胺(Ptf1a)并沒(méi)有逆轉(zhuǎn)他們所學(xué)到的東西。
但是關(guān)閉編碼同源盒蛋白的第二個(gè)基因 engrailed-1 (EN1基因)在脊髓下部的腹側(cè)神經(jīng)中有效地使適應(yīng)的小鼠在一天后的后續(xù)測(cè)試中“忘記”如何應(yīng)對(duì)電擊。另一方面,人為地刺激這些神經(jīng),恢復(fù)了他們回憶反射的能力。
從醫(yī)學(xué)的角度來(lái)看,了解我們的脊髓如何在一生中保持可塑性并繼續(xù)對(duì)環(huán)境變化做出反應(yīng),可以激發(fā)對(duì)人類神經(jīng)系統(tǒng)損傷治療的新研究。
“如果我們想了解健康人運(yùn)動(dòng)自動(dòng)性的基礎(chǔ),并利用這些知識(shí)來(lái)改善脊髓損傷后的恢復(fù),那么深入了解潛在機(jī)制至關(guān)重要,”說(shuō)竹岡。
這項(xiàng)研究發(fā)表在科學(xué)進(jìn)展.
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