研究揭示了基底神经节在控制习得的运动技能中的作用

大多数研究运动技能的神经科学研究都是在啮齿动物身上进行的。在这些实验中，啮齿动物通常在简单的运动任务上进行测试，它们可以轻松地使用它们剧目中的运动行为完成，或者稍微调整这些行为的版本。

与这些研究相反，人类的运动技能学习可能是一个漫长的过程，导致高度复杂和特定任务的动作。为了可靠而直接地探究这些技能，一些研究人员一直在尝试设计训练老鼠也能做出更复杂行为的方法。

几年前，哈佛大学的研究人员开发了一项任务，训练老鼠在几周的练习中执行复杂的和特定任务的运动模式。就像在人类身上观察到的复杂的运动模式一样，他们训练大鼠的行为是高度定型的，特殊的，随着时间的推移是稳定的。随后，研究人员进行了一项研究，旨在确定大脑区域参与控制啮齿类动物获得的新的复杂运动技能。

“令我们惊讶的是，我们发现运动皮层并没有参与这些习得模式的生成，”该研究的首席研究员Bence P. Ölveczky教授告诉记者欧宝娱乐地址．“但如果不是运动皮层，大脑的哪个部分正在学习产生我们训练的技能?”我们的注意力转向了基底神经节．"

他们最近的研究发表在自然神经科学，建议基础神经节大脑皮层下的一组核，确实通过它们与较低水平的运动电路的相互作用来指定和控制习得的运动技能的精细细节。

众所周知，基底神经节是一个可塑性网络，这意味着它可以随着时间的推移而适应，并学会将有关世界状态的输入与特定状态下有益的行为联系起来。这种可塑性被认为支持基底神经节在特定情况下选择最有回报的行为的作用。

Ölveczky说:“我们问自己，这个联想网络是否也能学会产生在毫秒时间尺度上形成运动的信号。”换句话说，基底神经节的动作选择思想能否扩展到包括对熟练动作的细粒控制——一种以前归因于运动皮层和脑干运动中心(在较小程度上)的功能?我们开始测试这一点。”

为了验证他们的假设，Ölveczky和他的同事测量了已知与运动有关的基底神经节区域的单个神经元种群的活动，在啮齿动物中被称为背外侧纹状体(DLS)。他们收集了获得运动技能的动物的测量数据，并将他们检测到的神经活动与获得的技能的不同方面联系起来，他们使用视频跟踪技术仔细地识别了这些技能。

Ölveczky说:“我们发现，我们可以根据DLS的神经元放电来预测给定试验的详细运动学，但不能预测相邻纹状体区域(DMS)。”“这意味着DLS中的神经元编码有关行为的信息，因此可以用来指定运动。”

为了确认DLS神经元的活动是否有助于啮齿动物的熟练运动，研究人员在接受了新的复杂运动技能密集训练的受试者身上损伤了纹状体的DLS区域。有趣的是，他们发现，当这个区域受损时，动物们会恢复到它们在训练早期阶段所做的简单动作。

虽然受过训练的啮齿动物并没有完全忘记它们所训练的任务，但它们似乎不再能够回忆和执行复杂的任务运动他们在训练中获得的模式。由于DLS区域的损伤导致啮齿动物在最初训练任务中的表现下降，该区域很可能在控制习得运动行为中发挥关键作用。

Ölveczky解释说:“我们的工作扩展了我们对基底神经节功能的理解，揭示了这些重要的中脑结构在生成熟练动作的细粒度结构方面的作用。”“这提出了一种可能性，即与BG疾病相关的一些运动缺陷不是由于无法在下游控制电路中选择适当的动作，而是由于首先产生了这些动作。”

这组研究人员最近的研究可能对神经科学领域产生重要影响。事实上，他们的发现表明，基底神经节可能在产生物理动作的细节方面发挥积极作用，而不是像之前的研究那样简单地影响动作的选择或力度。

到目前为止，Ölveczky和他的同事们主要关注运动技能的研究运动皮层基底神经节。然而，在他们未来的研究中，他们希望扩大他们的工作范围，并研究可能参与控制的其他大脑区域运动技能．

基底神经节发送投影来控制脑干中的电路，并接收来自丘脑和皮层的输入，而丘脑和皮层又接收来自脑干、小脑和其他结构的输入，”Ölveczky说。“虽然我们已经确定基底神经节是产生熟练动作的网络中的一个重要节点，但我们的长期目标是建立一种理解，包括这些其他的大脑结构，并能解释分布的逻辑电动机哺乳动物大脑中的回路可以学习并产生熟练的动作。”

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