运动皮层的离合波动是如何帮助我们的大脑展开运动的？

几十年来，科学家们一直在想，为什么当人们只计划或想象运动，或者当他们观察其他人运动，但他们自己实际上并不运动时，大脑中控制运动的特定细胞会生气。

现在，芝加哥大学研究这一奥秘的科学家发现，运动皮层中的信号在运动过程中就像一系列的离合器一样，这些信号可以被扰乱，以减缓大脑运动的开始。

这一发现发表在《神经元》期刊上，有朝一日可能会导致帕金森氏病(一种运动障碍)患者的治疗。

生物学家、生物学和解剖学教授、该研究的高级作者Nicho Hatsopoulos博士表示，“这项研究首次提供了大规模和空间组织的大脑模式与行为相关的证据。”

众所周知，当人们考虑或计划运动时，神经元会在运动皮层中发出，并产生一种信号，称为振荡。Hatsopoulos将这种信号的作用与手动变速器汽车中的离合器进行了比较：如果你踩下离合器踏板，然后踩下油门，汽车的发动机会加速，但由于汽车没有挂档，发动机不会动。同样，如果你只是想象自己在动胳膊，或者看着别人动胳膊，运动皮层的这个信号会保持不变，甚至会增强——但你不会动胳膊。只有当你准备实际移动时，振动才会停止——本质上，离合器将发动机与汽车的变速器接合——你的手臂也会移动。

Hatsopoulos和他的团队发现，运动皮层中的“离合器”信号更好理解为不是一个而是多个离合器，它们以有组织的空间模式接合，可以从运动皮层的任何一端开始，在另一端结束。在每次运动开始时，这种有组织的离合器波动实际上是一组放电神经元参与其中。

Hatsopoulos说，“虽然这种类似离合器的机制以前在运动皮层的单个位置观察到，但我们发现运动的开始与离合器在整个皮层表面的传播有关。”“此外，我们提供了第一个因果证据，证明这一波是开始运动的必要条件。”

研究人员研究了三只猕猴，每次它们赢得一个视频游戏，就会得到一份果汁奖励。要求游戏猴子使用操纵杆将光标移动到屏幕上的目标。植入猴子运动皮层的手臂/手区域的电极记录了涉及操纵操纵杆的手臂运动的神经元活动。

通过电刺激运动皮层的手臂/手区域的各个部分来产生刺激波，研究人员可以在一定条件下扰乱猴子的反应时间。当他们以自然释放离合器的方式施加刺激时，猴子的动作开始保持不变。然而，当他们以相反的方向刺激细胞时，反应时间会变慢。

负责这项研究的有机生物学和解剖学部门的高级研究员Karthikeyan Balasubramanian博士说：“这项研究首次在逐个试验的基础上提供了这种类似离合器的机制的特征。”“此外，我们的刺激结果表明，当我们刺激与运动开始相关的自然波时，我们正在因果地破坏波状神经动力学。”

这种刺激方法可能有一天会通过对时空组织运动皮层中的电极进行电刺激来帮助帕金森病患者开始锻炼。重要的是，这种新颖的刺激方法可能有助于理解整个大脑的大规模神经模式。

该团队现在正在研究在移动舌头时，运动皮层是否会出现类似的信号模式，以及舌头的运动是否也可以通过微刺激来控制。

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