就像微小的教官一样,脊髓中的神经元可以协调我们的步伐

行走是最自然的运动。我们不假思索地向前迈了一步又一步,一直向前,推动着我们前进。那么,如果我们不是有意识地指导神经和肌肉之间复杂的相互作用,那是什么呢?

正如人们所预料的那样,是大脑启动了运动。哥伦比亚大学的神经学家说乔治健全的他研究的是控制行走的回路,目的是为ALS(肌萎缩侧索硬化症)、SMA(肌萎缩侧索硬化症)和脊髓损伤患者寻找新的治疗方法。

控制行走的脊髓神经元的图像
小钻中士。一项新的研究发现,腹侧脊髓小脑束神经元(绿色)自身完全负责保持我们走路时的双腿步调一致。如果没有这些小小的教官集体指挥,“左,右,左,右”,我们将寸步不让。照片由George ments拍摄。

哥伦比亚大学瓦杰洛斯内科和外科医学院病理学与细胞生物学(神经学)副教授提蒂斯说,我们许多行走肌肉的协调是由脊髓中的神经元处理的。

这是一项复杂的工作:在精确的时间安排下,这些神经元必须发送信号,使左腿和右腿交替活动——左、右、左、右——这样每条腿的屈肌和伸肌就会交替收缩。

大多数科学家认为,这种复杂的任务只能由复杂的神经元回路来完成,而神经元的贡献来自不同类型的神经元。这种电路的组合,被称为中央模式发生器,似乎在操纵一切。

但曼提斯的最新研究表明,在这些电路中,只有一种类型的神经元完全负责保持我们的双腿步调一致。

脊髓神经元的电脉冲记录
精密计时.腹侧脊髓小脑束神经元以精确的时间发送控制我们行走的节律信号。图片来自George Mentis。

就像小小的教官一样,如果没有这些神经元集体指挥,“左,右,左,右”,我们永远也到不了任何地方。

这些神经元——确切地说是脊髓小脑束腹侧神经元——与其他脊髓神经元接触,并协调肌肉运动的能力。

在这项新的研究中,曼提斯和他的同事们发现,在自由活动的成年小鼠中,只有这些细胞被化学沉默,这些动物就不能正常活动了。药物消退后,就可以正常活动了。此外,通过光或药物激活这些细胞可以诱导幼年小鼠的运动行为。“换句话说,这些神经元对运动行为既必要又充分,”门蒂斯说,他的发现是发表1月20日,牢房。

曼提斯还发现,这些细胞是高度相互连接的,这一特性可能有助于它们产生运动所必需的复杂节奏模式。

这一发现对脊髓损伤或运动障碍患者的新疗法的开发具有重要意义。

“例如,对于脊髓切断的人来说,仅仅将大脑和脊髓连接起来可能是不够的,”曼蒂斯说。“我们的发现表明,你还必须恢复腹侧脊髓小脑束神经元的正常活动,以确保中央模式生成器正常工作。在刺激某些神经元和抑制其他神经元之间,一切都必须保持紧密的平衡。如果这种平衡被破坏了,你就不会有协调的运动。”

参考文献

更多的信息

这篇论文的题目是腹侧脊髓小脑束神经元对哺乳动物运动的控制.”

所有作者:Joshua I. Chalif(哥伦比亚),María de Lourdes Martínez-Silva(哥伦比亚),John G. Pagiazitis(哥伦比亚),Andrew J. Murray(伦敦大学学院),和George Z. Mentis(哥伦比亚)。

该研究由美国国立卫生研究院(NIH)、SMA基金会和als项目资助(R01-NS078375、R21-NS079981、R01-AA027079和F30NS098551)。