华人女学者《eLife》：复杂神经回路让你不会咬舌头

　　

生物通报道：吃饭，就像呼吸和睡眠，似乎是一项非常基本的生物学任务。然而，咀嚼需要舌头和下颌之间复杂的相互作用，用舌头将食物放置在牙齿之间，然后缩回来，让路给下颌钳住食物并将其磨碎。如果这种行为不能精确地协调，那么不幸的你就会咬住舌头。

美国杜克大学的研究人员，在小鼠中使用一种复杂的示踪技术，映射使进餐时不会咬舌头的基本大脑回路。相关研究结果发表在2014年6月3日的《eLife》杂志，可以使我们认识各种各样的人类行为，从夜间磨牙到微笑或复杂的发声。

本文第一作者、杜克大学医学院研究生Edward Stanek IV称：“咀嚼是你能够有意识控制的一种活动，但是如果你注意力不集中，大脑中这些相互连接的神经元就会为你做这一切。我们很感兴趣的是，这一切是如何运转的？首先要弄清这些神经元存在于哪里。”

以前的映射尝试，已经产生了这个咀嚼控制中心的相对模糊的图像。研究人员知道，下颌和舌头中的肌肉运动，是由称为“运动神经元”的特殊神经元控制，这些神经元反过来由另外一组称为“前运动神经元”的神经元控制。但是这些连接的确切性质——哪个前运动神经元连接到哪个运动神经元？——还没有定义。

本文资深作者、神经生物学副教授、杜克大学脑科学研究所成员王帆（Fan Wang）博士，早年毕业于清华大学生物系，1993年进入美国哥伦比亚大学医学院神经生物学专业攻读博士学位，1998年博士毕业赴斯坦福大学从事博士后研究。2003年受聘于杜克大学，多年来都专注于小鼠的神经回路映射。曾多次在《Cell》《Neurons》等顶级生物学杂志发表论文。在她的指导下，Stanek用一种特殊形式的狂犬病毒，来追踪咀嚼运动的起源。

狂犬病毒，通过向后跳跃穿过神经元，直到它感染患者的整个大脑部位而发挥作用。在这项研究中，Stanek采用一种遗传有缺陷的狂犬病毒版本，它只能从肌肉跳至运动神经元，然后回到前运动神经元。这个病毒还包含一个绿色或红色荧光标记，使研究人员能够看到它跳跃之后在哪里着陆。

Stanek将这些荧光标记的病毒，注入两种肌肉——舌突出颏舌肌和颚关闭咬肌。他发现，一组运动前神经元可同时连接到调控下颌打开和触发舌突出的运动神经元。同样地，他发现，另一组运动前神经元，连接到两个调节颚关闭并负责舌头后缩的运动神经元。结果表明，一种简单的方法可协调舌头和下颌的运动，使舌头不受伤害。

Stanek指出：“使用共有的前运动神经元来控制多种肌肉，可能是运动系统的一般特征。对另外一些针对大脑其他部分的研究来说，重要的是记住，单个神经元在多个下游区域会产生影响。”

研究人员感兴趣的是，使用他们的技术进一步研究小鼠大脑，最终映射蔓延至大脑皮层的所有电路。但是首先他们计划深入研究前运动神经元和运动神经元之间的连接。

Stanek称：“对于了解这些颜面动作的控制来说，这只是一小步。我们只研究了两种肌肉，在咀嚼、饮用和讲话过程中，至少有10种其他肌肉是活跃的。仍有需要开展很多工作，来研究这些肌肉，只有那时我们才能对所有这一切如何运转，有一个全面的认识。”

（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：
Monosynaptic premotor circuit tracing reveals neural substrates for oro-motor coordination
Abstract: Feeding behaviors require intricately coordinated activation among the muscles of the jaw, tongue, and face, but the neural anatomical substrates underlying such coordination remain unclear. Here we investigate whether the premotor circuitry of jaw and tongue motoneurons contain elements for coordination. Using a modified monosynaptic rabies virus based transsynaptic tracing strategy, we systematically mapped premotor neurons for the jaw-closing masseter muscle and the tongue-protruding genioglossus muscle. The maps revealed that the two groups of premotor neurons are distributed in regions implicated in rhythmogenesis, descending motor control, and sensory feedback. Importantly, we discovered several premotor connection configurations that are ideally suited for coordinating bilaterally symmetric jaw movements, and for enabling co-activation of specific jaw, tongue, and facial muscles. Our findings suggest that shared premotor neurons that form specific multi-target connections with selected motoneurons are a simple and general solution to the problem of orofacial coordination.