南京信帆生物：復(fù)雜的神經(jīng)回路阻止你咬到你的舌頭

吃，跟呼吸和睡眠一樣，似乎是一個(gè)相當(dāng)基本的生物任務(wù)。然而，咀嚼需要舌頭和下顎之間復(fù)雜的相互作用，舌頭將食物定位于牙齒之間，然后每次移動(dòng)下頜夾磨起來(lái)。如果這個(gè)動(dòng)作沒(méi)有的協(xié)調(diào)，咀嚼口香糖的人會(huì)不幸地咬到舌頭。

杜克大學(xué)的研究人員利用*的跟蹤技術(shù)，尋找小鼠進(jìn)餐時(shí)間保持相對(duì)無(wú)痛的潛在的大腦回路。這項(xiàng)研究發(fā)表于6月3日的eLife網(wǎng)絡(luò)版上，可以有助于洞察從夜間磨牙到微笑或復(fù)雜的發(fā)聲的人類各種行為。

在小鼠大腦的這個(gè)藍(lán)色的橫截面，兩種顏色的熒光染料追蹤調(diào)節(jié)下頜關(guān)閉和觸動(dòng)舌頭伸出的前運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元，揭示大腦在咀嚼，飲水和發(fā)聲過(guò)程中是如何連接協(xié)調(diào)這些肌肉的。圖片來(lái)源：王帆實(shí)驗(yàn)室/杜克大學(xué)

“咀嚼是你可以有意識(shí)地控制的一種行為，但如果你停止關(guān)注大腦中的這些相互連接的神經(jīng)元，實(shí)際上，這一切都是它們?yōu)榱四阕龅模?rdquo;這項(xiàng)研究的主要作者、杜克大學(xué)醫(yī)學(xué)院研究生愛(ài)德華斯坦尼克四世說(shuō)。“我們有興趣了解這一切是如何工作的，而*步是搞清楚這些神經(jīng)元所在。”

以前的圖像試圖產(chǎn)生這種咀嚼控制中心的相對(duì)模糊的圖片。研究人員知道下頜和舌頭的肌肉運(yùn)動(dòng)由一種稱為運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的特殊神經(jīng)元控制，而這些反過(guò)來(lái)的運(yùn)動(dòng)是由稱為前運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的另一組神經(jīng)元控制。但這些連接的確切性質(zhì)——即哪一個(gè)前運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元連接到哪一個(gè)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元——還沒(méi)有確定。

研究作者、杜克大學(xué)腦科學(xué)研究所的成員、神經(jīng)生物學(xué)的副教授王帆博士，已經(jīng)研究老鼠的神經(jīng)回路的映射多年。在她的指導(dǎo)下，斯坦尼克使用狂犬病毒的一種特殊形式，追蹤咀嚼運(yùn)動(dòng)的起源。

狂犬病毒的工作原理是自然地向后跳跨神經(jīng)元，直到它已經(jīng)感染了受害者的整個(gè)大腦。在這項(xiàng)研究中，斯坦尼克采用了基因禁用版本狂犬病毒，這只能從肌肉跳轉(zhuǎn)到運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元，然后回到前運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元。該病毒還載有綠色或紅色熒光標(biāo)記，這使研究人員能夠看到它跳躍之后的位置。

斯坦尼克將這些熒光標(biāo)記的病毒注入兩個(gè)肌肉中，舌頭外伸頦舌肌和下頜閉合咬肌。他發(fā)現(xiàn)，一組前運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元同時(shí)連接到運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元調(diào)節(jié)下頜打開(kāi)和引發(fā)舌頭伸出。同樣地，他發(fā)現(xiàn)另一組連接到這兩個(gè)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元調(diào)節(jié)下頜閉合和負(fù)責(zé)舌頭的回縮。結(jié)果表明，協(xié)調(diào)舌頭和下頜的運(yùn)動(dòng)的一種簡(jiǎn)單方法通常能讓舌頭遠(yuǎn)離傷害。

“使用共享前運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元來(lái)控制多個(gè)肌肉可能是運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的一般特征，” 斯坦尼克說(shuō)。“有關(guān)大腦的其他部分的其他研究，重要的是要記住，單個(gè)神經(jīng)元可以受到多個(gè)下游區(qū)域的影響。”

研究人員使用他們的技術(shù)有興趣進(jìn)一步使小鼠跳回到它的大腦中，zui終繪制回路一直到皮層。但首先，他們計(jì)劃深入研究前運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元和運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元之間的連接。

“這只是了解這些顏面部動(dòng)作的控制的一小步，” 斯坦尼克說(shuō)。“在咀嚼，飲水和講話中，我們只能看著兩塊肌肉和至少有其他10個(gè)肌肉在活動(dòng)，仍然需要大量的工作來(lái)觀察這些其他肌肉，也只有這樣，我們才能得到所有的這些工作如何作為一個(gè)單元來(lái)協(xié)調(diào)這種行為的一個(gè)完整圖片。”

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