控制运动与光——麻省理工学院神经学家抑制肌肉收缩,脊髓神经元
第一次,麻省理工学院(MIT)神经科学家已经证明了他们能控制肌肉运动通过应用光遗传学技术,允许科学家控制神经元的电脉冲与光——动物脊髓的清醒和警觉。
由麻省理工学院教授埃米利奥Bizzi,研究人员研究了老鼠的感光蛋白促进神经活动是插入到脊髓神经元的一个子集。当研究人员照蓝光对动物脊髓,他们的后腿完全但可逆固定化。描述的结果,6月25日的问题《公共科学图书馆•综合》,提供一个新的方法来研究复杂的脊柱协调运动和感觉处理电路,研究人员说。
在这项研究中,Bizzi Vittorio Caggiano,麻省理工学院博士后的麦戈文脑研究所使用光遗传学探索抑制性中间神经元的功能,形成电路与其他神经元的脊髓。这些电路执行命令从大脑,额外的输入从四肢感觉信息。
此前,神经科学家使用电刺激或药理干预来控制神经元的活动,试图梳理出它们的功能。这些方法揭示了大量的关于脊髓控制信息,但他们没有提供足够精确控制来研究神经元的特定子集。
光遗传学,另一方面,允许科学家通过基因编程控制特定类型的神经元表达光敏蛋白质。这些蛋白质,称为视蛋白,作为离子通道或水泵调节神经元的电活动。一些视蛋白抑制活动当光照在他们身上,而其他刺激。
“光遗传学,你攻击系统的细胞有一定的相似特征。这是一个重大转变的能力理解系统是如何工作的,“Bizzi说,他是麻省理工学院麦戈文研究所的成员。
肌肉控制
抑制脊髓神经元抑制肌肉收缩,这是至关重要的维持平衡和协调运动。例如,当你提高苹果嘴里,肱二头肌收缩,而肱三头肌放松。抑制性神经元也认为是参与肌肉抑制的状态,发生在快速眼动(REM)睡眠阶段。
详细研究抑制性神经元的功能,研究人员用老鼠由办事,Poitras麻省理工学院的神经科学教授,抑制脊髓神经元都是设计来表达一个名为脑细胞的视蛋白2。这视蛋白刺激神经活动暴露在蓝光。然后他们闪耀的光沿着脊柱不同时间点观察神经元激活的影响。
当抑制性神经元的一小部分胸脊柱在自由移动的老鼠被激活,所有后腿运动停止。这表明抑制性神经元在胸椎继电器抑制到脊椎,Caggiano说。研究人员还发现,激活抑制性神经元没有影响感官信息的传播从肢体到大脑,或者在正常的反应。
“脊椎位置我们发现这个完整的抑制是全新的,“Caggiano说。“它并没有显示任何其他科学家,这前后的镇压只会影响运动行为不影响感官行为”。
“这是一个引人注目的光遗传学的使用提出了很多非常有趣的问题,”Simon Giszter说德雷克塞尔大学神经生物学和解剖学教授研究团队的一部分。那些问题是这种机制的行为作为一个全球“杀死开关,或者如果抑制性神经元形成模块,允许更多的选择性抑制运动模式。
现在他们已经证明了光遗传学的有用性在这种类型的研究中,麻省理工学院的团队希望探索其他类型的脊髓神经元的作用。他们还计划研究大脑影响这些脊髓回路的输入。
“有巨大的兴趣试图扩展这些研究和解剖这些电路,因为我们只解决抑制系统全球地,“Caggiano说。“进一步的研究将突出单一种群的贡献在脊髓的神经元控制四肢的运动和控制。”
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出版
Vittorio Caggiano Mirganka苏尔,埃米利奥Bizzi。Rostro-Caudal下肢运动的抑制小鼠的脊髓。《公共科学图书馆•综合》,2014年6月25日出版。doi: 10.1371 / journal.pone.0100865
