科学家揭示了大脑活动的模式是如何指导特定的身体运动的

哥伦比亚大学(Columbia)科学家的新研究为我们提供了新的视角，让我们了解大脑是如何告诉身体运动的，从走路这样的简单行为，到可能需要数年才能掌握的训练有素的动作。在老鼠身上的发现进一步了解了运动皮层(大脑的运动中心)的细胞如何与肌肉沟通，并可能帮助研究人员更好地理解受伤或疾病时，作为运动基础的机制出错时会发生什么。

这些发现今天在神经元。

“所有的动作，从最基本的，就像散步一样，像踢钢琴一样，就像踢钢琴一样，需要非凡的舞蹈脑以及身体——一个我们还没有完全理解的过程，”哥伦比亚莫蒂默·b·祖克曼心脑行为研究所的联合主任、论文的高级作者托马斯·m·杰塞尔博士说。“在这项研究中，我们能够看到大脑和身体之间的互动即时的，允许我们准确地看到大脑的电机皮质引导肌肉运动，以及如何影响其实际工作。“

先前的研究表明，尽管运动皮层被称为运动皮层，但它并不一定适用于所有类型的运动。如果动物的运动皮层受到损伤，它可以恢复并正常行走。但更特殊的动作，如精确的抓取，确实需要运动皮层，没有它，动物就无法恢复。

“我们想知道在两种完全不同的行为中运动皮层是如何运作的——似乎需要运动皮层的抓握和不需要运动皮层的行走，”哥伦比亚大学医学中心(CUMC)杰塞尔实验室的博士后研究员安德鲁·米瑞博士(Andrew Miri)说，他也是该论文的第一作者。“利用光遗传学技术，一种可以在光线下开启和关闭细胞的技术，当老鼠在跑步机上行走或去抓操纵杆时，我们让老鼠大脑的运动皮层安静下来。”我们可以实时观察动物运动的任何变化。”

在沉默电机皮质之后，研究人员指出，在动物掌握能力被打扰之前需要10毫秒。但在他们观察到动物行走能力的任何变化之前，它至少花了35毫秒。这些发现是难题的关键片断，因为它们暗示动物的电动机皮质与肌肉相互交流，具体取决于动物正在制作的运动。那么这个问题是：这种情况如何发生？

为了找到答案，研究人员收集了运动皮层数百个单独神经元的电子记录，当老鼠执行两个动作:行走和伸手去抓。该研究团队与哥伦比亚大学理论神经科学中心合作，以数学可视化和量化运动皮层的活动。

“每个神经元在两种类型的运动过程中发出了一系列冲动。但最引人注目的是一对神经元的冲动在到达任务期间可以显着同步，而那些相同的冲动神经元动物们走路时完全不匹配，“Miri博士说。

换句话说，一种重要的不是一个神经元脉冲，但是神经元如何与周围的那些类似地脉冲。这种相似之处的总和 - 以及整个电机皮层的数学分析显示的整个电机皮层是另一个运动的主要驱动器。

“这些调查结果首次提供全面解释大脑的电机皮质是如何只引导某些类型的动作，即使总是出现活跃，也可以为什么可以在其他运动后可以将一些动作损坏，而其他动作可以提供线索不能，“杰西尔博士说，他也是神经科学和生物化学和生物化学和分子生物物理学在神经科学和生物化学和分子生物物理学的克莱尔拖曳教授。

因此，这项研究对杰雷尔博士表示，对医学有影响。

理解活动中的电动机皮质这对于开发一系列运动疾病和损伤的治疗方法至关重要。”无论是建立能精确模拟大脑和肌肉之间交流的脑机接口，还是开发一种诊断早期症状的方法移动今天的调查结果如肌营养的横向（ALS），我们更接近我们需要的大脑的详细了解。“

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