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科學家發現紋狀體調控運動功能的神經機制

[所屬分類:行業動態] [發布時間:2021-10-22] [發布人:網站管理員2] [閱讀次數:] [返回]
科學家發現紋狀體(ti)調(diao)控運動功(gong)能的神(shen)經機制
作者：黃(huang)辛(xin) 來源：中(zhong)國(guo)科學報 
山(shan)東拓普生(sheng)物(wu)工(gong)程有(you)限公司  //ljxinglong.com
近(jin)日，中國科(ke)學(xue)院腦(nao)科(ke)學(xue)與智能技術(shu)卓越創(chuang)新中心（神經科(ke)學(xue)研究(jiu)所）姚海(hai)珊研究(jiu)組(zu)研究(jiu)發現(xian)，直接和(he)間(jian)接通路紋狀(zhuang)體神經元對秒級和(he)百毫秒級時間(jian)尺度上的(de)(de)運動都具有不同的(de)(de)調控作用(yong)，這為(wei)理(li)解(jie)基(ji)底(di)神經節(jie)調控運動的(de)(de)機制提供了新的(de)(de)線索。該研究(jiu)成果在線發表于《細胞—報(bao)告》。
基底神(shen)(shen)(shen)經(jing)節(jie)存在于(yu)(yu)所有脊椎(zhui)動(dong)物，由(you)一系(xi)列從前腦延伸(shen)至中腦的(de)(de)(de)(de)核團組成，在運(yun)(yun)動(dong)控制和抉(jue)擇行為等方面發揮重要作用。在帕金森病(bing)和亨(heng)廷(ting)頓病(bing)等神(shen)(shen)(shen)經(jing)退(tui)行性疾(ji)病(bing)中，基底神(shen)(shen)(shen)經(jing)節(jie)特定類型神(shen)(shen)(shen)經(jing)元(yuan)的(de)(de)(de)(de)丟失導致運(yun)(yun)動(dong)障礙(ai)。因此，深入研(yan)究基底神(shen)(shen)(shen)經(jing)節(jie)調控運(yun)(yun)動(dong)的(de)(de)(de)(de)環路機制，對于(yu)(yu)指導神(shen)(shen)(shen)經(jing)退(tui)行性疾(ji)病(bing)的(de)(de)(de)(de)運(yun)(yun)動(dong)障礙(ai)的(de)(de)(de)(de)治療具有重要意(yi)義。
基底神(shen)(shen)(shen)經(jing)(jing)節的(de)(de)紋(wen)(wen)狀體(ti)包含直(zhi)(zhi)接(jie)(jie)通(tong)(tong)路(lu)(lu)和間接(jie)(jie)通(tong)(tong)路(lu)(lu)神(shen)(shen)(shen)經(jing)(jing)元。經(jing)(jing)典模型認(ren)為，直(zhi)(zhi)接(jie)(jie)通(tong)(tong)路(lu)(lu)通(tong)(tong)過(guo)抑(yi)制基底神(shen)(shen)(shen)經(jing)(jing)節的(de)(de)輸出(chu)核(he)團來促(cu)進運(yun)動(dong)(dong)，間接(jie)(jie)通(tong)(tong)路(lu)(lu)使輸出(chu)核(he)團去抑(yi)制來阻(zu)止運(yun)動(dong)(dong)。此前(qian)研究(jiu)表明，直(zhi)(zhi)接(jie)(jie)與(yu)間接(jie)(jie)通(tong)(tong)路(lu)(lu)紋(wen)(wen)狀體(ti)神(shen)(shen)(shen)經(jing)(jing)元編碼運(yun)動(dong)(dong)信息(xi)的(de)(de)方式比(bi)經(jing)(jing)典模型描述的(de)(de)復雜(za)。一些(xie)還未解決(jue)的(de)(de)問題包括：直(zhi)(zhi)接(jie)(jie)與(yu)間接(jie)(jie)通(tong)(tong)路(lu)(lu)紋(wen)(wen)狀體(ti)神(shen)(shen)(shen)經(jing)(jing)元在(zai)精細(xi)時間尺(chi)度上的(de)(de)活(huo)動(dong)(dong)有哪些(xie)特征、在(zai)亞秒級(ji)時間尺(chi)度上的(de)(de)活(huo)動(dong)(dong)如何調(diao)控精細(xi)運(yun)動(dong)(dong)？在(zai)運(yun)動(dong)(dong)過(guo)程中，直(zhi)(zhi)接(jie)(jie)與(yu)間接(jie)(jie)通(tong)(tong)路(lu)(lu)紋(wen)(wen)狀體(ti)神(shen)(shen)(shen)經(jing)(jing)元的(de)(de)活(huo)動(dong)(dong)怎樣影響(xiang)輸出(chu)核(he)團不同神(shen)(shen)(shen)經(jing)(jing)元亞群的(de)(de)活(huo)動(dong)(dong)？
由于舔水(shui)(shui)運動是(shi)有(you)節律(lv)性的(de)、時(shi)間(jian)精度(du)在百(bai)毫秒(miao)級的(de)精細運動，為(wei)了探究(jiu)(jiu)上述問題，姚海珊研究(jiu)(jiu)團隊訓練頭部固定小(xiao)鼠執行(xing)自主舔水(shui)(shui)的(de)任務，并結合(he)光遺傳操(cao)縱和電生理記錄，研究(jiu)(jiu)腹外側紋狀體中(zhong)的(de)直接通路和間(jian)接通路神(shen)經(jing)元在該行(xing)為(wei)中(zhong)的(de)活(huo)(huo)動特征(zheng)及(ji)其(qi)功(gong)能(neng)，以及(ji)二者的(de)活(huo)(huo)動如何調節輸(shu)出核團神(shen)經(jing)元的(de)放電率。
研究人員發現(xian)，在(zai)(zai)秒級(ji)時間(jian)(jian)尺度(du)(du)上(shang)抑(yi)(yi)制(zhi)(zhi)腹外(wai)側紋狀(zhuang)體，能夠引起舔(tian)(tian)水(shui)(shui)序(xu)列(lie)內的(de)(de)舔(tian)(tian)水(shui)(shui)數目減少，舔(tian)(tian)水(shui)(shui)率(lv)下降，但是(shi)不(bu)改變(bian)舔(tian)(tian)水(shui)(shui)節律。抑(yi)(yi)制(zhi)(zhi)直接(jie)(jie)(jie)通路(lu)(lu)(lu)(lu)神(shen)(shen)經元(yuan)(yuan)能夠降低舔(tian)(tian)水(shui)(shui)率(lv)，而(er)抑(yi)(yi)制(zhi)(zhi)間(jian)(jian)接(jie)(jie)(jie)通路(lu)(lu)(lu)(lu)神(shen)(shen)經元(yuan)(yuan)能夠增加舔(tian)(tian)水(shui)(shui)率(lv)。通過(guo)光(guang)遺傳(chuan)標(biao)記記錄發現(xian)，絕大多數直接(jie)(jie)(jie)通路(lu)(lu)(lu)(lu)和(he)(he)間(jian)(jian)接(jie)(jie)(jie)通路(lu)(lu)(lu)(lu)神(shen)(shen)經元(yuan)(yuan)的(de)(de)活動(dong)(dong)(dong)與舔(tian)(tian)水(shui)(shui)行為相(xiang)(xiang)關，但二者在(zai)(zai)舔(tian)(tian)水(shui)(shui)序(xu)列(lie)的(de)(de)起始與執行階(jie)段表(biao)現(xian)出(chu)活動(dong)(dong)(dong)的(de)(de)差異。在(zai)(zai)單個舔(tian)(tian)水(shui)(shui)周期(qi)的(de)(de)百毫秒級(ji)時間(jian)(jian)尺度(du)(du)上(shang)，兩種(zhong)類型神(shen)(shen)經元(yuan)(yuan)的(de)(de)舔(tian)(tian)水(shui)(shui)觸(chu)發振(zhen)蕩活動(dong)(dong)(dong)的(de)(de)相(xiang)(xiang)位具有(you)(you)明(ming)顯差異。直接(jie)(jie)(jie)通路(lu)(lu)(lu)(lu)神(shen)(shen)經元(yuan)(yuan)的(de)(de)舔(tian)(tian)水(shui)(shui)觸(chu)發活動(dong)(dong)(dong)在(zai)(zai)鼠舌觸(chu)碰到出(chu)水(shui)(shui)口的(de)(de)時刻(ke)達到峰(feng)值(zhi)，與間(jian)(jian)接(jie)(jie)(jie)通路(lu)(lu)(lu)(lu)神(shen)(shen)經元(yuan)(yuan)的(de)(de)活動(dong)(dong)(dong)模式不(bu)同。在(zai)(zai)單個舔(tian)(tian)水(shui)(shui)周期(qi)的(de)(de)伸舌階(jie)段瞬時抑(yi)(yi)制(zhi)(zhi)直接(jie)(jie)(jie)通路(lu)(lu)(lu)(lu)神(shen)(shen)經元(yuan)(yuan)，能夠降低該次舔(tian)(tian)水(shui)(shui)動(dong)(dong)(dong)作發生的(de)(de)概率(lv)，而(er)瞬時抑(yi)(yi)制(zhi)(zhi)間(jian)(jian)接(jie)(jie)(jie)通路(lu)(lu)(lu)(lu)神(shen)(shen)經元(yuan)(yuan)對舔(tian)(tian)水(shui)(shui)行為沒有(you)(you)影響。紋狀(zhuang)體光(guang)遺傳(chuan)操(cao)縱和(he)(he)輸出(chu)核團電(dian)生理記錄相(xiang)(xiang)結合(he)的(de)(de)實驗發現(xian)，在(zai)(zai)分別(bie)抑(yi)(yi)制(zhi)(zhi)直接(jie)(jie)(jie)通路(lu)(lu)(lu)(lu)和(he)(he)間(jian)(jian)接(jie)(jie)(jie)通路(lu)(lu)(lu)(lu)神(shen)(shen)經元(yuan)(yuan)這兩種(zhong)情況下，具有(you)(you)抑(yi)(yi)制(zhi)(zhi)反應類型和(he)(he)持續反應類型的(de)(de)輸出(chu)核團神(shen)(shen)經元(yuan)(yuan)的(de)(de)活動(dong)(dong)(dong)均呈現(xian)相(xiang)(xiang)反的(de)(de)變(bian)化(hua)。
這項研究表明，直接與(yu)間接通路(lu)紋狀體神(shen)經元在(zai)秒級(ji)和(he)百毫秒級(ji)的(de)時間尺度上對運動(dong)都具有不(bu)同的(de)調(diao)控(kong)作(zuo)用，它們也拮抗性(xing)地調(diao)節(jie)基底神(shen)經節(jie)輸出(chu)核(he)團神(shen)經元的(de)活(huo)動(dong)，為進一步(bu)理解(jie)基底神(shen)經節(jie)調(diao)控(kong)運動(dong)的(de)環路(lu)機制(zhi)提供了(le)重要(yao)的(de)參(can)考依據。
相關(guan)論文信息：//www.cebsit.cas.cn/xwen/kyjz/2021n/202110/t20211018_6223706.html
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