深藏于大脑中的神经元不仅有助于启动运动——它们还可以主动抑制运动，并且精确度惊人。这是巴塞尔大学和弗里德里希·米歇尔生物医学研究所（FMI）研究人员在《自然》杂志上发表的新研究的结论。该发现对更好地理解帕金森病等神经系统疾病尤为重要。
伸手去拿苹果或将勺子放入口中——这些看似简单的动作依赖于大脑中高度复杂的过程。在这一协调中，一个关键角色是一个被称为基底神经节的深层脑区。很长一段时间以来，基底神经节的输出信号被认为主要作为刹车，抑制不必要的行为。
由西尔维亚·阿尔伯教授领导的研究团队现在在小鼠中展示了基底神经节中特定神经元在何时允许和何时主动停止特定运动方面做出高度精确的决策。这些动态信号共同决定了运动的时机。
**基底神经节：一个中央调度中心**
这些见解挑战了长期以来关于基底神经节工作的传统模型。根据传统观点，基底神经节通过持续抑制大脑中的运动中心来控制运动，只在运动被允许时短暂“松开刹车”。阿尔伯解释说：“但这个模型在处理复杂运动时远远不够，比如涉及手臂和手的协调动作。”
这项研究集中于所谓的黑质网状部（SNr），这是基底神经节的主要输出站，向脑干中的运动中心发送信号。研究人员做出了一个惊人的发现：此区域的神经元不仅仅是发射信号以抑制运动。相反，它们表现出高度动态的活动模式——与正在执行的运动精确同步。在复杂行为中，SNr神经元在增加和减少活动之间多次切换，每个神经元都有其特定的动态模式。因此，基底神经节的输出像是繁忙交叉口的精细调控交通信号灯：每个灯根据计划的动作为特定运动变为绿色或红色。通过这种方式，复杂行为可以由单个运动构建，通过SNr神经元提供的“前进”和“停止”信号的时机来管理。
**细致的运动控制**
为了研究这些过程，阿尔伯的两名博士生记录了小鼠在用手抓取食物颗粒时的大脑活动。他们发现，个别SNr神经元在运动阶段上反应非常不同：当手臂伸出、手抓住或缩回时，特定的神经元活动增加，而其他神经元则暂停。“这些信号的调校是惊人的，”研究的主要作者安东尼奥·法拉斯科尼和哈什·卡诺迪亚一致认为。“SNr神经元仅在非常特定的运动中暂停其活动，而在其他特定运动中增加活动。”
研究人员随后使用光遗传学技术操控SNr神经元。他们能够证明，激活这些神经元会阻止该行为——清楚地展示了它们的控制角色。或许最引人注目的是，即使是最轻微的运动变化也伴随着SNr信号的精确调整。下游的脑干运动中心通过向SNr发送信号做出反应。因此，当SNr“交通信号灯”变为绿色时，下游神经元实际上按下油门，允许运动的执行。这指向了一种高度特定、基于运动的编码系统——远比一般的“前进”或“停止”机制细致得多。
**治疗运动障碍的新途径**
该研究生动地描绘了大脑如何通过精细的激活和抑制相互作用控制甚至是最微妙的运动——重新塑造了我们对运动控制的理解。这具有重要的医学意义：在帕金森病或舞蹈病等疾病中，这种微妙的平衡被打破，导致帕金森患者在启动运动时出现标志性症状。“如果我们理解基底神经节如何协调正常运动，我们就可以在这一系统失衡时开发出更有针对性的治疗方法，”首席研究者阿尔伯解释道。
