大脑如何整理形成电动机记忆吗

当你第一次学习如何骑自行车或演奏一种乐器,你的身体动作不协调。但随着时间的推移和大量的重复,你大脑的运动神经元之间创建一种速记的头脑和肌肉。相关的运动最终成为根深蒂固,跳上一辆自行车或玩尺度的感觉几乎是自动的。

的细胞基础运动学习过程是如何工作的?在本周发表的一项研究神经元,领导的一个研究小组西蒙博士陈uOttawa医学院提供了新的和有价值的洞察这持久的神经科学之谜。

他的实验室重点是解开记忆是如何编码和存储在大脑中,特别是在运动学习,我们如何行动的复杂过程和协调我们的身体的肌肉。与这一最新研究陈博士的研究小组探讨了机制在调节电动机内存收购和整合的过程中重复的练习。

陈竺加拿大研究主席神经回路和行为说,研究结果可能有助于开发治疗目标,可以帮助恢复运动功能在患有帕金森病,中风或脑损伤。这是意义重大,因为恢复粗大运动协调和恢复失去争夺这些个体运动是一个非常困难。

“如果我们理解大脑的运动技能的习得是监管那么也许有一天我们可以帮助中风或帕金森症患者在康复过程中重新获得这些技能,”他说。

这项研究集中在老鼠,而不是人。但由于科学家认为记忆形成机制在老鼠和人类很相似,这些发现可能对人们有很深的关联。

实验是怎么工作的呢?

通过限制成像舞台上老鼠的头部动作,允许科学家探测大脑分辨率单细胞,团队训练动物来执行特定的运动任务:实现和把握食品颗粒从机动持有人交付。

最初,head-restrained老鼠试探性的和笨拙的抓球。动物的运动的研究人员进行了详细的分析使用DeepLabCut,深度学习的软件工具箱结合动作捕捉视频和人工智能。与重复和时间,他们发现小鼠形成刻板reach-and-grasp运动,最终允许他们安全的食品很容易。

团队希望看到神经元的激活特定于这些reach-and-grasp气体运动观点的形成突触通路发生在大脑中。

“我们能够监视老鼠大脑的变化,而实际上是学习这个任务,”陈博士说,医学院的副教授细胞和分子医学的部门。

使用双光子成像类型的显微镜,允许活组织的可视化千分尺规模,他的团队就能查看树突棘的重组中兴奋性神经元的初级运动皮层head-fixed老鼠执行这些pellet-grabbing行为随着时间的推移。树突spines-neural结构与瘦突触像棒棒糖棍和泡沫状的顶部和存储记忆形成的关键。

放大到细胞水平,研究人员发现,运动学习选择性地诱导的表达一个叫做NPAS4活动依赖性转录因子”在初级运动皮层。

这些新奇的发现公布,陈医生说,这个转录因子的表达触发的出现learning-associated抑制性神经元,调节初级运动皮层的抑制。调节树突棘重组过程中兴奋性神经元在学习。

从本质上讲,NPAS4调节的基因变化抑制性神经元控制这些神经元的活动类似于笔记本电脑的扬声器音量滑块控件。Chen博士说,这些发现也表明,抑制特异性神经元诱导转录因子作为定义特征的潜在神经集合体的形成进行学习的行为。”

换句话说,重复动作随时间改变动物的内部运作的初级运动皮层,大脑的一部分,只有哺乳动物拥有和控制复杂的运动。

研究小组发现NPAS4转录因子的表达抑制性神经元是大脑簸散下来的关键选项形成最强的运动记忆为特定的运动,它需要不断重新对这些记忆卡和精炼你的大脑在做重复的实践。

参考:杨J,塞拉诺P,阴X,太阳X, Y,陈SX。功能独特的NPAS4-expressing生长激素抑制素中间神经原乐团运动技能学习的关键。神经元。2022;0 (0)。doi:10.1016 / j.neuron.2022.08.018

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