大脑如何告诉我们的四肢分开吗

腿和手臂执行不同的功能。我们的腿是主要负责重复的运动,就像走路和跑步。相比之下,我们的手臂和手必须能够执行许多高度专业化的工作和笔写,手里拿着一个叉,或拉小提琴,只是三个名字。

但神经调节的区域脊髓连接到手臂和那些连接到腿都不清楚。现在,老鼠索尔克研究所的一项研究显示对比神经元构成这些各种类型的电机控制。结果,这一天可能导致定制干细胞为基础的治疗修复脊髓损伤发表在《华尔街日报》神经元2018年2月21日。

“经典的思维方式对脊髓的神经元是一个连续列连接大脑和肌肉,”塞缪尔·普法夫说,霍华德休斯医学研究所的研究员沙克和该研究的资深作者。“如果你看看脊髓横断面图的图片,可能会有微妙的变化在形状之间的地区,控制武器和那些腿,但它不是明显,存在重大差异。”

由于少数尖端的实验室技术,调查人员现在可以解码的差别,导致专业化电机控制两组的四肢。

这些技术之一是使用分子标记来识别细胞的亚种群。在当前的研究中,研究者关注的一组神经元称为V2a表达的基因CHX10(读作“chex十”)。“我们已经知道这些神经元导致脊柱的运动各级“普法夫说,握着本杰明·h·刘易斯的椅子。“但这建立一个自相矛盾的情况:可能是不同V2a神经元在颈层面,控制手臂,与腰椎水平,控制着腿吗?”

事实证明,尽管V2a神经元存在整个脊柱,并不是所有的表达CHX10在相同的水平。首先,调查小组使用一种技术称为RNA序列V2a神经元之间的基因表达差异的手臂地区和腿(认为是相当于前面和动物后肢)。Marito Hayashi,博士后研究助理和第一作者,发现在小鼠脊髓两个主要种群的这些神经元graded-transitioning人口从一个到另一个地方。在宫颈(arm)地区,神经元之间划分一半那些表达基因和那些不,而在腰椎(腿)地区,大部分的V2a神经元表达出来。

研究人员使用一种技术称为optogenetics-where光用于选择性地打开或关闭细胞看看V2a神经元是如何连接到muscle-controlling神经元。他们发现当V2a神经元刺激宫颈,运动神经元的连接很弱,而在腰椎,强大和快速的连接。

在明年使用修改后的狂犬病毒的实验室技术用于跟踪神经回路,团队透露,在颈部区域,许多V2a神经元不表达Chx10基因连接到大脑。相比之下,在腰椎地区大部分V2a神经元表达的基因,神经元是紧密相连的运动神经元和彼此。根据普法夫这是有道理的,因为手和手臂动作需要和大脑密切合作,而腿部运动更自动化。

“从历史上看,人们对待V2a神经元作为一个相同的人口在地区,”哈亚希补充说。“但我们发现,根据脊髓内的部分,因此分子和他们的工作是不同的。”

索尔克团队,包括生物信息学专家肖恩·德里斯科尔,调查是否有超过两个主要种群的V2a神经元采用单细胞RNA序列,独特的基因表达的技术,允许识别单个细胞决议。这项研究导致进一步确定11 V2a神经元的独特群体。

未来的工作将更加密切地关注这些神经元之间的分子差异。

“我们希望做一个更详细的分析来连接不同的神经元功能,”哈亚希说。如果他们的研究结果也适用于人,这工作一天可能导致修复脊髓损伤的治疗方法,可能使用干细胞。

“现在,能够利用干细胞来修复脊髓损伤是我们不知道如何实现,“普法夫说。“我使用正确的类比问题汽车的电气系统通过打开引擎盖,扔在一堆电线。这项工作,我们更近一步找出所有这些不同的电线做。”