Nature封面：光遗传学解析关键神经元
科学家们通过光遗传学技术，解析了两种帮助脊髓控制技巧性前肢运动的神经元：第一种是运动精确性所需的兴奋性中间神经元，第二种是运动流畅性所需的抑制性中间神经元。这一重要成果先后以两篇文章的形式发表，并且登上了本期的Nature杂志的封面。这些发现有助于人们进一步理解人类的运动功能，并在此基础上治疗创伤或疾病引起的运动障碍。
“接球和抛硬币看起来一点也不费力，实际上它们依赖于复杂而精细的神经网络，涉及大脑、脊髓和肌肉，”文章的资深作者，哥伦比亚大学的Thomas M. Jessell教授说。
把手移动到特定位置，需要大脑向脊髓发送信号，激活控制上肢肌肉的运动神经元。在运动过程中，肌肉的感知信息被传回大脑和脊髓形成反馈体系，允许对运动进行控制和调节。“不过精确运动需要实时微调，而肌肉的反馈还不够快，”Dr. Jessell说。
研究人员推测，应该还存在一种快速的反馈形式，而这种反馈很可能来自颈脊髓的一群中间神经元——PN（propriospinal neuron）。与许多其它的神经元一样，PN能发送信号给运动神经元，但它们还有一个分支伸向小脑。这种双分支结构，使这些神经元能将运动信号的副本发送给大脑。不过，此前人们并不清楚这种反馈通路的具体作用。
研究人员分析了PN缺陷型小鼠的前肢运动，他们发现缺乏运动信号和副本信号使小鼠无法准确触及食物球。“它们的运动非常不协调，”第一篇文章的第一作者Eiman Azim博士说。
随后，研究人员采用光遗传学技术，选择性激活副本信号的神经元分支。他们发现，改动副本信号会严重影响小鼠取食的能力。这说明，PN副本信号的通路能够影响目标导向性的运动。另外研究人员还指出，PN副本信号非常快，足以实时校正手臂的运动。
在第二篇文章中，研究人员对脊髓的感知反馈进行了研究。这种反馈的最简单形式是反射，比如膝跳反射。肌肉将感知信号通过直接的单突触连接传给运动神经元，然而运动神经元发出的信号令肌肉收缩。
此前有研究显示，脊髓的中间神经元在上述过程中具有关键作用，特别是释放神经递质GABA抑制神经元活性的中间神经元。但它们绝大多数在突触后起作用，即在突触的接收端阻断神经元的激活。
“突触后抑制会影响整个神经元，不太可能负责感知信号的精细调节，”第二篇文章的第一作者Andrew J. P. Fink博士说。控制感知反馈的信号强度，需要中间神经元在突触前起作用，与感知神经元的末端形成直接连接，从而抑制相应神经递质的释放。
研究人员通过光遗传学技术，激活了突触前的抑制性中间神经元，成功降低了反馈信号的强度。为了解除这些中间神经元对反馈信号的控制。他们使其对特定毒素非常敏感。研究显示，在调控缺失的情况下，前肢运动表现为震荡和颤抖，无法精确进行。
研究人员指出，突触前的抑制性神经元负责调节感知反馈的强度，对于运动的流畅性至关重要。而理解这些基础性的回路，可以帮助人们治疗疾病引起的多种运动缺陷。
