脊髓中的“小脑”有助于大脑保持身体平衡

Salk研究人员在他们发现的“小脑”的帮助下保持平衡
索尔克研究所

人类大脑计划和其他建立3D地图的工作将显示必须调整的计划,这些3D地图显示大脑的物理表面如何提供理解量子物理学的能力或在冰冷的池塘中漫步的能力。 恐龙可能没有第二只小脑 在他们的背上控制自己的后肢,但人类却可以。

一捆 脊髓内的神经元能够像“小脑”一样起作用 接收来自脚和腿的轻微触摸信号,并返回细微的命令来巧妙地重新调整脚的位置,移动平衡或以其他方式掌舵,这使得在冰上或狭窄的人行道上保持平衡的过程似乎是自动的, 根据今天发表在《细胞》杂志上的一篇论文 由索尔克生物研究所和哈佛医学院的研究人员

这两个团队一直在研究小鼠的神经通路,以确定如何将疼痛和轻触的感觉收集,编码并发送到大脑,以及如何对响应这些刺激的命令从大脑返回。

这些命令中的某些不是来自大脑,而是来自神经回路,该团队先前已确定至少部分负责幻影痛的感觉,这种幻觉痛出现在某些患病的疾病中,例如纤维肌痛或截肢者。

在由发表的研究中 Cell 2014年11月20日, 同一组研究人员描述了他们如何打开“黑匣子”电路,使某些人仅受到轻触,温度变化或根本没有明显原因时会感到剧烈疼痛, 根据Salk小组的高级研究员Marty Goulding的说法,根据Salk的一项研究宣布。

这项在老鼠身上进行的研究集中在“背角”,即皮肤的感觉神经元与脊髓相连的位置,脊髓既包含疼痛受体,又包含触觉受体。剧烈接触皮肤会引起神经化学物质连锁反应,从而向大脑发送疼痛信号时,疼痛受体就会激活。一组抑制性神经元可以通过其自身的化学反应来终止信号。那么这些抑制剂的功能就会变差或根本不起作用,即使轻触也会向大脑发送疼痛信号。

今天发表的这项研究是在研究之后试图绘制负责轻触的电路并最终为脊椎电路创建蓝图的,该蓝图结合了感觉数据,例如,表明身体是直立的,将它们与信号结合后,一只脚比另一只脚的一侧重,然后将这些信号组合成一个更简洁的信号,告诉大脑身体向一侧倾斜。大脑可以发送命令来拉直,然后将其拉直到脊髓中特定类型的运动控制神经元。

研究人员发现,这些神经元似乎也负责检测鼠标所走过的狭窄表面的边缘,而倾斜表面需要改变平衡才能保持直立。这些细胞,即RORα神经元,还可以通过注意到体重,位置,压力,滑动,运动或其他人体站立在不稳固地面上的迹象来检测表面感觉的毫秒级到毫秒级变化。

RORα神经元不仅能够告诉大脑所有这些细微的变化,而且还能够告诉人体如何做出反应-提供从大脑到“站立”的命令中“如何”的许多细节,例。

新论文的主要作者,古尔丁实验室的博士后研究员史蒂夫·布兰妮说:“我们认为这些神经元负责将所有这些信息结合起来,告诉脚如何运动。”

Bourane在Salk新闻稿中说:“如果长时间站在光滑的表面上,您会发现小腿肌肉僵硬,但您可能没有注意到自己正在使用它们。” “您的身体处于自动驾驶状态,会不断进行细微的校正,同时使您可以自由地执行其他更高级别的任务。”

这并不意味着神经元团会为大脑做一些思考,只是神经元能够下令进行毫秒级的调整,一旦大脑告诉大脑,它们就能使身体继续保持平衡。

尽管进行了数十年的反射,麻痹,生长,协调,截肢,再附着以及与大脑用来从身体获取信息并向身体发出命令,了解特定的神经元和数据通路的机制有关的其他研究,例如,从大脑到脚的信息仍然是“神经科学的核心问题之一”。

这一发现可能有助于进一步研究使肢体瘫痪的感觉和控制方式,为类人机器人的设计提供指导,并加深对大脑本身功能的理解,大脑似乎使用神经的微小簇从许多传感器收集数据,将其编码为可管理的信号,至少在这种情况下,将保持身体直立所需的一些细节工作外包。

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