Neuron:注意力容易分散吗?你需要一类脊髓神经元的帮助

2017-12-11 小通 生物通

大脑虽然是人类行动的总指挥,但是绝大多数肢体运动信息来自哪里?答案是脊髓。


大脑虽然是人类行动的总指挥,但是绝大多数肢体运动信息来自哪里?答案是脊髓。

人在行走时,脊髓运动电路(motor circuits)需持续地接收来自皮肤、肌肉等身体感受器的大量信息,比如感知脚底路面软硬、左右脚目前状态等等。

不要小看这些信息,它们能指挥大脑决策行走还是停止。但是,神经科学领域有一个大问题,当行为互相矛盾时,比如不受控制地频频眨眼,脊髓如何疏导导致行为冲突的各种不同感觉信息,最终保持机体协调一致呢?

Salk研究所的科学家们12月7日在顶级神经学期刊《Neuron》发表文章解决了这个长期未解之谜——处理任务时,脊柱知道应该重点关注哪些信息,相反,有意识地忽略可能造成注意力分散的其他信息。

分子神经生物学实验室教授Martyn Goulding课题组揭示,在行走时,脊髓内有一组名为“RORbeta (RORβ)中间神经元”的特殊神经元,负责抑制具潜在干扰性的感官信息,从而对流畅且稳定的步态产生积极影响。

要想知道神经系统如何快速分类处理信息,以帮助机体如何更好地执行手头任务,就需要深入探索这些高度复杂的脊髓信息处理方式。

这篇文章让我们了解到,被现代神经学研究忽视的脊髓神经回路远比想象的更聪明。

Goulding课题组发现RORβ中间神经元主要抑制肌肉方面的矛盾感官信号,这些信号可能会触发导致行为冲突的运动神经元反应。RORβ的抑制作用发生在信号穿越突触间隙(synaptic gap)到达对面神经元之前,因此属于“突触前抑制”。

实际上在这篇文章之前,其他研究人员已经发现RORβ基因突变小鼠会出现步态异常,行走起来好像鸭子一般。受到启发的Goulding课题组就想探究造成突变小鼠鸭步行走的神经学机理。由于RORβ是脑细胞和脊髓不同部位细胞都在表达的一种转录因子,因此,并不好判断究竟哪个部位的细胞应该为小鼠异常步态负责。

Goulding实验室运用遗传和分子生物学手段,对各种类型细胞进行了一系列RORβ基因沉默实验,最后发现,只有失活脊髓背侧的抑制性RORβ细胞时,小鼠才会出现鸭步。

脊髓背侧细胞接受来自身体的感觉信号,随后将它们传递给脊髓腹侧(前部)神经元,才能产生协调的动作。RORβ中间神经元功能不足时,四肢弯曲的运动神经元长时间活跃,因此导致小鼠鸭步异常。

这表示RORβ中间神经元的工作是先疏导再抑制无关感觉信息,如果这些细胞不守本分,比如缺少RORβ,行走过程中双腿就会不由自主地保持弯曲。

Goulding的另一个研究课题受到了这项工作的启发,他们发现脊髓里的特殊中间神经元也负责疏导轻轻触碰感觉信号,如果消除或减少这些神经元会引起慢性瘙痒和过敏。这些特殊中间神经元突变的小鼠虽然行走步态正常,但却表现为过度搔抓。这表明,神经系统中应该还存在着大量的这类起抑制作用的中间神经元,当感觉信号与手头任务无关时,它们能有选择地关闭某些输入信号。

“这些都是神经系统的基本运行法则,理解它们以后,我们就可以开展相关的医学或临床问题了,” Goulding说。

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