神经科学分子通过在脊髓神经元上闪亮闪光来抑制肌肉收缩

麻省理工学院的神经科学家首次证明，他们可以通过光遗传学来控制肌肉运动，这种技术可以让科学家利用光来控制神经元的电脉冲，从而控制清醒和警觉的动物的脊髓。

由麻省理工学院学院教授Emilio Bizzi，研究人员研究了小鼠，其中促进了一种光敏蛋白质神经活动插入脊髓神经元的子集中。当研究人员在动物的脊髓上发光蓝光时，他们的后腿完全但可逆地固定。调查结果，在6月25日中描述的问题普罗斯一体研究人员表示，为研究坐标运动和感官加工的复杂脊柱电路提供了一种新的方法。

在这项研究中，Bizzi和Vittorio Caggiano，MIT麦戈尔恩大脑研究所的POSTDOC，使用了Optogensics来探索抑制性互相核心的功能，其与许多其他神经元一起形成电路脊髓。这些电路执行来自大脑的命令，具有来自肢体的感觉信息的附加输入。

以前，神经科学家使用电刺激或药理学干预来控制神经元的活动，并尝试梳理其功能。这些方法揭示了有关脊柱控制的大量信息，但它们并未提供精确的足够的控制来研究神经元的特定子集。

另一方面，Optogenetics允许科学家通过遗传编程它们来控制特定类型的神经元以表达光敏蛋白质。这些蛋白质称为Opsins，充当了调节神经元电活动的离子通道或泵。一些Opsins在光线上闪耀时抑制活动，而其他Ops则刺激它。

“通过光源，您正在攻击具有彼此类似特征的细胞系统。这是我们理解系统所作如何运作的能力的大转变，”Bizzi说，谁是麻省理工学院的麦戈尔恩研究所的成员。

肌肉控制

脊髓中的抑制性神经元抑制肌肉收缩，这对保持平衡和协调运动至关重要。例如，当你把一个苹果放到嘴边时，肱二头肌收缩而肱三头肌放松。抑制性神经元也被认为与肌肉抑制状态有关快速眼球运动（REM）睡眠阶段。

为了研究抑制性神经元的功能更详细，研究人员使用了由MIT的神经科学的Poatras Feng开发的小鼠，其中所有抑制性脊髓神经元都被设计成表达称为沟道流蛋白2的Opsin。该OPSIN刺激神经活动暴露在蓝光下。然后，它们沿着脊柱在不同点处发光以观察神经元激活的影响。

当胸椎的一小部分中的抑制性神经元在自由移动的小鼠中被激活时，所有后腿运动都停止了。Caggiano说，这表明胸椎脊柱中的抑制性神经元在脊柱的末端中继到脊柱的尽头。研究人员还发现，活化抑制性神经元对透射率没有影响感官信息从肢体到大脑，或正常反射。

“我们发现这种完全抑制的脊柱位置完全是新的，”Caggiano说。“任何其他科学家们都没有显示出这个前后抑制，这仅影响运动行为而不影响感官行为。”

“这是一个引人注目的光学学，提出了很多非常有趣的问题，”德雷塞尔大学的神经生物学和解剖学教授Simon Giszter说，他们不是研究团队的一部分。这些问题中是这种机制是否表现为全球“杀戮交换机”，或者如果是抑制性神经元形成允许更具选择性抑制运动模式的模块。

既然他们已经证明了对这种类型的研究的opologensics的有用性，麻省理工学院团队希望探索其他类型的脊髓神经元的作用。他们还计划调查大脑的输入如何影响这些脊柱电路。

“迫害试图扩展这些研究并解剖这些电路，因为我们只是以非常全球化的方式解决了抑制系统，”Caggiano说。“进一步的研究将突出脊髓中单一种群的源于脊髓中的单一群体，以控制肢体和对运动的控制。”

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