February 2, 2016

研究表明,Cortex命令熟练运动的性能

中枢神经系统的基本功能是协调运动。熟练的运动需要许多元素,包括规划,启动,执行和改进。 霍华德休斯医学院的Janelia Research Campus的科学家们已经在实验中展示了大脑的SensionImotor Cortex对于启动和执行复杂运动至关重要。暂时切断大脑的这一部分导致小鼠在训练有素的任务中突然暂停,在训练有素的任务中,它一旦恢复电机皮质活动,就会成功恢复。

目前尚不清楚电机皮质是否是大脑的志愿运动主任,或者其作用是对微调复杂的运动。由Janelia Group Laight Adam汉庭领导的新研究和2016年2月1日在Elife刊中发布,表明,这部分大脑中的活动对于制定学习技能至关重要。

作为动物的电机皮质火灾中的神经元作为动物计划并进行运动,但这种活动的确切效果尚不清楚。虽然人工刺激皮质可以引起动物的复杂运动,但其他研究人员已经发现 对于电机皮层的不可逆转损坏,保留了完成学习的动作序列的能力。例如,这些动物倾向于失去灵巧,例如通过摆动肢体来调整爪子,而不是仔细地操纵爪子到目标。

汉庭和同事认为,他们可以通过用Optimetics操纵电机皮质的精确作用,这是一种允许精确的时间控制神经活动的技术。该技术涉及将光敏蛋白质递送至研究的特定神经细胞,然后使用右波长的激光脉冲接通或关闭这些神经细胞的活性。使用这种方法,汉庭和他的团队可以在特定时刻抑制电机皮质,而小鼠执行了任务。一次关闭电机皮质活动只是几秒钟的时间也将使小鼠不太可能会学会弥补电机控制中的任何损伤,潜在的混淆因素探讨电机皮质的作用。

汉庭实验室的高级科学家建钟(杰伊)郭耐心训练老鼠攻击并抓住食物颗粒,然后将颗粒带到口腔中消耗。然后,科学家们在任务期间使用了Optimetics来操纵动物的电机皮层中的活动。在动物开始达到食物之后,Guo使用激光束激活控制该作用的电动机皮层区域中的抑制性神经元。这 ,反过来,关闭附近的兴奋神经元。 “我们基本上使用了皮质来自我转移,”汉曼解释道。这样做,他们认为,可能会使小鼠挣扎在任务中取得成功。

事实上,这些效果更加戏剧性。在鼠标开始以右爪子开始达到其食物颗粒后,汉庭和他的同事通过开启沉默左电机皮质的激光可能会突然停止动作。 “当我们看到实验室发生时,这是一个令人叹为观止的事情,”汉曼说。 “只要激光接通,动物就无法前进。就好像我们已经达到了鼠标的遥控器。”

在某些情况下,科学家们在鼠标抓住颗粒后抑制了电动机皮质,然后随着动物使用其它爪子(由非法的皮质半球控制)来引导被停滞的肢体。 “他只是不能让那臂伸展吃,”汉曼说。 “他知道他有一个食物颗粒,他如此拼命地想要它,但他根本无法把它放进嘴里。”

在所有实验中,汉曼的团队记录了动物的行为,并使用了Janelia Group Lairt Kristin Branson及其同事开发的新机器学习算法,以及有效地跟踪他们的动作。自动化此分析允许团队测试在各种情况下抑制电机皮质的效果。但是,当他们审查了不同的行为时,例如舔食物或美容的行为,尽管运动皮质抑制,但小鼠仍然继续失常的活动。科学家们得出结论,暂停效应是特定于学习的,复杂,目标激励的目标。

值得注意的是,在食品抓取任务中,小鼠将在科学家关闭激光器后立即拿起他们离开的行动,从而允许电机皮层中的正常活动恢复。事实上,科学家发现,熟悉任务的饥饿老鼠将在正常的电机皮层恢复后立即到达食物颗粒,即使存在颗粒,也没有先前启动该动作。 “只有仅仅抑制和释放这种抑制似乎唤起了整个运动的序列,”汉曼说。尽管缺乏实际的颗粒,但无论到达爪子的起始位置,动物可靠地达到他们所学到的颗粒的地方。 “这表明我们建议我们也许是皮质不是指定运动的运动学,但是关于那个学到的终点位置的东西,”汉曼说。

汉曼和他的团队现在渴望调查如何 保留有关在何处的信息所需的信息。 “我们在这些扰动期间注意到的一些事情让我们的入场点试图揭示了可能对这种技术行动负责的皮质的动态,”他说。 



更多信息: 建钟郭等人。 Cortex命令熟练运动的性能, el (2015)。 DOI:10.7554 / Elife.10774
信息信息: el

引文 : 研究表明,Cortex命令熟练运动的表现(2016年2月2日) 检索到2021年5月31日 from //xasqxhb.com/news/2016-02-cortex-skilled-movement.html
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