最近，巴塞爾大學(xué)和Friedrich Miescher生物醫學(xué)研究所（FMI）的研究人員進(jìn)行的一項研究表明，大腦深處的神經(jīng)元不僅能夠幫助啟動(dòng)運動(dòng)，還能以驚人的精確性主動(dòng)抑制運動(dòng)。相關(guān)成果已發(fā)表在《Nature》期刊上。

伸手去拿蘋(píng)果或把勺子送到嘴邊，這些看似簡(jiǎn)單的動(dòng)作實(shí)際上依賴(lài)于大腦中高度復雜的神經(jīng)調控過(guò)程。一個(gè)關(guān)鍵的參與者是被稱(chēng)為基底神經(jīng)節的深層腦區。長(cháng)期以來(lái)，基底神經(jīng)節的輸出信號被認為主要發(fā)揮制動(dòng)作用，抑制不必要的動(dòng)作。

Silvia Arber教授領(lǐng)導的研究團隊在小鼠實(shí)驗中發(fā)現，基底神經(jīng)節中特定的神經(jīng)元能夠非常精確地決定何時(shí)允許特定運動(dòng)，何時(shí)積極停止運動(dòng)。這些動(dòng)態(tài)信號共同精準調控著(zhù)運動(dòng)的時(shí)機。

基底神經(jīng)節：調控中心

這些發(fā)現挑戰了關(guān)于基底神經(jīng)節功能的傳統認知。根據傳統觀(guān)點(diǎn)，基底神經(jīng)節通過(guò)持續抑制大腦運動(dòng)中樞來(lái)控制行為，僅在允許運動(dòng)時(shí)暫時(shí) "松開(kāi)制動(dòng)"。Arber教授指出："這一模型在解釋手臂和手部復雜動(dòng)作的協(xié)調性時(shí)存在明顯缺陷。"

圖片鏈接：https://www.eurekalert.org/multimedia/1075309

圖片信息：SNR神經(jīng)元發(fā)送精確的信號來(lái)控制運動(dòng)。

該研究集中于黑質(zhì)網(wǎng)狀部（SNR）——基底神經(jīng)節的主要輸出區域，其負責向腦干運動(dòng)中樞發(fā)送調控信號。研究人員意外發(fā)現，該區域神經(jīng)元并非單純抑制運動(dòng)，而是呈現出與動(dòng)作執行高度同步的動(dòng)態(tài)活動(dòng)模式。

在復雜行為中，SNR神經(jīng)元的活動(dòng)水平會(huì )經(jīng)歷多次增強與減弱的切換，每個(gè)神經(jīng)元均具備獨特的動(dòng)態(tài)調控模式。因此，基底神經(jīng)節的輸出恰似繁忙十字路口的精密交通燈：每盞燈根據預設動(dòng)作切換為 "綠燈" 或 "紅燈"。通過(guò)這種方式，復雜行為被拆解為單一動(dòng)作的組合，由SNR 神經(jīng)元發(fā)出的 "前進(jìn)" 與 "停止" 信號精準控制時(shí)序。

精細的運動(dòng)控制

為探究上述過(guò)程，Arber教授的兩名博士生記錄了小鼠用前爪抓取食物顆粒時(shí)的腦活動(dòng)。他們發(fā)現，在運動(dòng)的不同階段（如手臂伸出、前爪抓取或縮回），個(gè)別SNR 神經(jīng)元呈現出截然不同的反應：特定神經(jīng)元在某階段活動(dòng)增強，而其他神經(jīng)元則暫時(shí)抑制。第一作者Antonio Falasconi和Harsh Kanodia表示："這些信號的調控精度令人驚嘆。SNR神經(jīng)元僅在特定動(dòng)作階段暫?；顒?dòng)，而在其他階段則增強活動(dòng)。"

研究人員利用光遺傳學(xué)技術(shù)操控 SNR 神經(jīng)元，證實(shí)激活這些神經(jīng)元可直接阻斷運動(dòng)，明確其調控功能。

值得關(guān)注的是，即使是動(dòng)作的微小變化也會(huì )伴隨 SNR信號的精準調整。下游腦干運動(dòng)中樞在接收到信號后作出響應 —— 當 SNR"交通燈" 轉為 "綠燈" 時(shí)，下游神經(jīng)元通過(guò)增強信號輸出 "踩下油門(mén)"，推動(dòng)動(dòng)作執行。這表明，基底神經(jīng)節存在一種高度特異性的動(dòng)作編碼系統，其復雜性遠超簡(jiǎn)單的 "前進(jìn) / 停止" 二元調控機制。

探索運動(dòng)控制的新視角

研究勾勒出一幅生動(dòng)的神經(jīng)調控圖景 —— 大腦通過(guò)激活與抑制的動(dòng)態(tài)微調協(xié)同控制精細運動(dòng)，這一發(fā)現深化了我們對運動(dòng)控制機制的理解。Arber教授解釋說(shuō)："若能解析基底神經(jīng)節協(xié)調正常運動(dòng)的時(shí)序密碼，當該系統失衡時(shí)，我們便有望開(kāi)發(fā)更精準的靶向治療策略。"

期刊：Nature

DOI：10.1038/s41586-025-09066-z