走路、跳跃、游泳，这些事儿都不经过大脑

　　

生物通报道：在走路、跳跃和游泳的时候，我们并不需要去想怎样迈步和使用肌肉，因为脊髓的神经网络就能完成这些节律性运动。就算与大脑和感觉输入隔离，脊髓也可以搞定这些事儿。

这种特殊的脊髓神经网络被称为中枢模式发生器（central pattern generator，CPG）。Salk研究所的科学家们最近克服了关键的技术困难，揭开了中枢模式发生器的神秘面纱，相关论文发表在近期的Neuron杂志上。

已知脊髓中不同位置的运动神经元控制不同的肢体肌肉，不同类型的神经元控制走路的频率、精度和左右交替模式。不过，阐明各种运动神经元对CPG的影响一直比较困难。传统的电生理学研究方法只能监控多种运动神经元的综合活性。

Salk研究所的Christopher Hinckley及其同事解决了这一问题，他们通过遗传编码的钙离子指示器和双光子成像技术，在小鼠脊髓中同时监控了不同运动神经元的活性。

令人惊讶的是，运动神经元的亚型或定位对CPG的一些核心特征并没有太大影响。举例来说，负责节律和左右控制的元件对神经元定位和亚型比较不敏感。不过，介导屈-伸控制的元件需要正确的神经元亚型和定位。（延伸阅读：PNAS：华人科学家揭示神经退行性变背后的“RNA海绵”）

“我们将遗传学、光学、生理学和计算机分析结合起来，阐明了神经元遗传学身份对脊髓神经网络的影响，”Hinckley说。“这些网络表现出惊人的精确性。”

虽然使用了强大的成像技术，但研究人员还是很难观察到脊髓深处的神经活动。“与大脑相比，脊髓的解剖结构更难成像，”Hinckley说。“脊髓包裹在白质中，而白质会散射掉光，影响成像质量。人们可能还要经过多年努力才能看透整个脊髓。”

这项研究可以帮助人们更好的治疗脊髓损伤。研究表明，植入正确的运动神经元亚型，对于修复受损的神经连接很重要。“在促进脊髓损伤康复方面，人们已经取得了较大的进展，”Hinckley说。“我们还需要考虑到这一点，运动神经元的遗传学身份会影响脊髓神经网络的正确连接。”

 

生物通编辑：叶予

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