Muscle-controlling神经元知道当他们陷入困境时,根据研究
是否玩钢琴奏鸣曲或间隔网球发球,大脑需要编排精确,协调控制身体的许多肌肉。此外,需要有某种感官的反馈应该这些动作做错了。神经元,协调动作,即浦肯野细胞,和那些提供反馈时一个错误或意想不到的感觉,称为爬纤维,在演唱会接近调整电机控制工作。
一组来自宾夕法尼亚大学和普林斯顿大学的研究人员已经开始解开decades-spanning悖论有关这个反馈系统是如何工作的。
这个谜题的核心是攀登浦肯野细胞纤维发送信号时一个错误报告,他们也自发火,一次。似乎没有任何机制,个体的浦肯野细胞可以检测到一个合法的误差信号从在这震耳欲聋的噪声随机发射。
使用显微镜技术允许研究人员直接可视化之间的化学信号发生爬纤维和浦肯野细胞的生活,活跃的老鼠,潘队首次表明,有一个可测量的区别“真”和“假”的信号。
这些知识将基本的精细运动控制未来的研究,尤其是关于如何改进与实践活动。
这项研究是由哈维尔·梅迪纳在宾夕法尼亚大学心理学系助理教授艺术和科学学院的研究生和Farzaneh纳杰菲生物学系。他们与博士后研究员Andrea Giovannucci和普林斯顿大学的副教授塞缪尔·s·h·王。
这是发表在《华尔街日报》细胞的报道。
小脑是大脑的马达控制中心之一。它包含成千上万的浦肯野细胞,每个收集信息从大脑和其他地方的漏斗muscle-triggering运动神经元。每个浦肯野细胞接收消息从一个攀登纤维,一种从脑干神经元,并发送反馈相关的肌肉。
“爬纤维不只是感觉神经元,然而,“麦地那说。“是什么让爬纤维有趣的是,他们不只是说,“他觉得有什么东西碰到了我的脸”;他们说,他觉得有什么东西碰到了我的脸当我不期待它。“这是我们的大脑做的事情,这也解释了为什么你不能逗自己。有一部分你的大脑已经预计将来自移动你的手指的感觉。但如果别人呢,大脑无法预测它以同样的方式是,出乎意外导致痒的感觉。”
攀登纤维不仅为意想不到的感觉反馈系统作为一个警告潜在的危险——不稳定的基础,一个看不见的捕食者刷牙的目的——它帮助大脑提高当一个行动不按计划进行。
“肌肉的感觉,不要动的浦肯野细胞直接他们也算作是意想不到的,这就是为什么有些人叫爬纤维错误细胞,”梅迪纳表示。“当你搞砸你的网球,他们说的浦肯野细胞,“停!改变!你所做的是不对的!这就是他们帮助你学习如何正确的动作。
“当浦肯野细胞从攀登纤维获得这些信号,它们改变通过增加或调整的力量连接来自大脑的休息树突。因为浦肯野细胞是如此紧密相连的运动神经元,这些突触的变化会导致改变动作,浦肯野细胞控制。”
这是一种现象被称为神经可塑性,是基本的学习新行为或改善。新的神经通路形式以响应误差信号从攀登小脑纤维允许发送更好的指导运动神经元下次同样的行动是未遂。
神经科学家面临的悖论,是这些攀岩纤维,像许多其他神经元,自发激活。大约每秒钟一次,他们发出一个信号相应的浦肯野细胞,是否有任何意想不到的刺激或错误报告。
“所以如果你浦肯野细胞,”梅迪纳表示,“你会如何区分信号都是自发的,这意味着你不需要改变什么,和那些真正需要注意吗?”
麦地那和他的同事们设计了一个实验来测试是否存在合法的可测量的区别和自发的信号从攀登纤维。在他们的研究中,研究人员让老鼠在跑步机上行走在头上保持静止。这使得研究人员随机吹气吹在脸上,导致它们眨眼,使用非侵入性的显微镜技术观察相关的浦肯野细胞如何回应。
双光子显微镜技术,使用一个红外激光器和一个反射染料深入活组织,提供信息结构和化学成分。神经信号传输在神经元通过改变钙的浓度,所以研究人员用这种技术来测量包含在浦肯野细胞钙的量。
因为空气的随机泡芙是意想不到的刺激的小鼠,研究人员可以直接比较合理的和自发的信号之间的差异在eyelid-related浦肯野细胞的小鼠眨了眨眼。
“我们发现,浦肯野细胞充满更多的钙,其相应的攀登纤维发出信号与这样的感觉输入,而不是一个自发的,”梅迪纳表示。“这是对我们有点惊讶因为爬纤维被认为是“全或无”50多年了。”
机制,允许个人浦肯野细胞区分两种类型的攀岩光纤信号是一个悬而未决的问题。这些信号有破裂,所以数量和间距的电脉冲爬纤维浦肯野细胞可能是重要的。麦地那也和他的同事们怀疑另一个机制在起作用:浦肯野细胞时可能有不同的反应的信号从一个攀登纤维同步信号从大脑。
是否这些解释都得到证实,这一事实个人浦肯野细胞能够区分当相应的肌肉神经细胞遇到一个错误在将来的研究中必须考虑的精细运动控制。这种理解可能导致新的神经可塑性的基础研究和学习。
”的东西会非常有用对大脑不仅仅是信息是否有错误但误差有多大,是否或大或小的浦肯野细胞需要做出调整,”梅迪纳表示。”这样的信息似乎是必要的对于我们非常擅长任何类型的活动,需要精确控制。也许爬光纤信号并不像我们认为的那样“全有或者全无”的,可以提供这种分级信息”
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出版
Farzaneh纳杰菲,安德里亚·Giovannucci塞缪尔工程学系。王,哈维尔·f·麦地那。丰富性非常在意增强钙信号在单独的浦肯野细胞树突清醒小鼠。细胞的报告,2014年2月27日发表。doi: 10.1016 / j.celrep.2014.02.001
