老鼠的尾巴有什么用?
答案可能比最初预期的更复杂。冲绳科学技术大学（OIST）最近进行的研究表明，老鼠的尾巴功能比以前认知的更为重要。通过采用倾斜平台、高速摄像和数学建模的创新实验，研究人员展示了老鼠积极挥舞尾巴，像鞭子一样来保持平衡。这一见解不仅拓宽了我们对老鼠生理学的认识，还可能提升我们对人类平衡障碍的理解，潜在地促进早期检测和治疗诸如多发性硬化症和帕金森病等神经退行性疾病。
“由于老鼠在基因、生物和行为上与人类有相似之处，因此它们是神经科学研究中常见的对象，但它们尾巴的具体作用仍然有些神秘，”OIST神经节律与运动单元的主要作者Salvatore Lacava博士说道，他的研究成果发表于《实验生物学杂志》（Journal of Experimental Biology）。 “通过深入了解健康老鼠如何保持平衡，并改进评估其表现的方法，我们可以更好地研究神经机制以及可能影响运动控制和稳定性的问题的潜在治疗。”
利用尾巴保持平衡
长期以来，大家认为老鼠的尾巴仅仅作为一种被动的平衡器，就像你骑自行车时在崎岖地形或急转弯时倾斜身体一样。“我们花了相当多的时间观察健康老鼠，”Lacava博士回忆道。“我们发现，尾巴不仅仅是起到平衡作用，而是积极地在稳定老鼠。”当它们脚下的地面倾斜时，团队发现老鼠会迅速将尾巴向相反方向旋转。尽管尾巴轻巧，但它摆动的惊人速度产生了大量的角动量，帮助抵消任何下坠的运动。“这就像是挥动鞭子足够快，以便拉自己朝着鞭子劈啪声的方向防止向后摔倒。”
除了抵消突发的平衡变化，研究人员观察到老鼠在走过狭窄表面时，尾巴会不断向相反方向摆动，帮助它们在穿行时保持平衡。在更具挑战性的情况下，它们还会将尾巴保持在较低的角度，结合主动和平衡策略。
对于老鼠在平衡运动中尾巴的功能的理解以前是有限的，且在研究中常常被忽视。“尽管老鼠由于与人类的相似性在神经科学研究中至关重要，但我们的发现突显了像尾巴这样的因素（我们没有的）如何显著影响研究影响我们人类的疾病，”单元负责人及论文合著者Marylka Yoe Uusisaari教授指出。通过展示老鼠尾巴的积极作用，这项研究为更加准确地评估健康老鼠的平衡奠定了基础，为各种影响平衡的疾病（包括神经退行性疾病）的研究建立了关键的参考点。
老鼠和研究的新挑战
除了澄清老鼠尾巴的功能，研究团队还引入了一种全新的实验框架来测试老鼠的平衡。传统的方法是步行测试，老鼠必须在不同条件下越过一个1厘米宽的梁；掉下去则会被视为失去平衡。然而，对于健康的老鼠来说，这个测试相对简单。Uusisaari教授解释说，“许多鼠类是树栖生物，能够很好地适应在树上穿越细小的枝条。我们的新设置通过提供更狭窄的梁和意想不到的运动，提升了难度。”
新设计的实验设置提供了多种平台宽度，从1厘米到4毫米不等，同时随机旋转10到30度的任意方向。平衡的定义不再只是测量老鼠是否能保持在梁上，而是衡量老鼠的身体如何有效地与其脚对齐。为了捕捉它们运动的复杂细节，创建了一个基于神经网络的生物力学模型，以监测它们在平台上导航时不同身体部分的定位。这个模型使研究人员能够计算尾巴的角动量与身体倾斜之间的关系，并表明它如何减轻这种倾斜。
“我们的目标是识别并解决人类的平衡问题，以便在它们恶化到个体难以直行之前进行干预，”Lacava博士总结道。“通过这项研究，我们为老鼠建立了类似的基准。”通过展示老鼠尾巴在其运动中的重要性，并增强健康老鼠的实验严密性，研究人员现在能够更好地检测平衡性能的细微变化，提高了对神经退行性疾病初始影响的研究精确性。
