大脑是如何区分四肢的

腿和手臂的功能非常不同。我们的腿主要负责重复运动，比如走路和跑步。相比之下，我们的手臂和手必须能够完成许多高度专业化的工作——举三个例子，拿笔写字，拿叉子，拉小提琴。

但是神经调节是由脊髓与手臂相连的和与腿部相连的还不太清楚。现在，索尔克研究所在老鼠身上的一项研究揭示了两者之间的对比神经元这是不同类型的运动控制的基础。这一结果可能会在未来的某一天引导出基于干细胞的修复治疗方法脊髓损伤发表在杂志上神经元2018年2月21日。

索尔克霍华德休斯医学研究所研究员、该研究的资深作者塞缪尔·普法夫(Samuel Pfaff)说:“对脊髓的经典看法是，它是连接大脑或肌肉的连续神经元柱。”“如果你看一下脊髓横切面的图像，控制手臂的区域和控制腿部的区域之间可能有细微的形状变化，但不明显有重大差异。”

多亏了一些尖端的实验室技术，研究人员现在能够解码导致专业化的差异电机控制对于两组肢体。

其中一项技术是使用分子标记来识别细胞亚群。在目前的研究中，研究人员集中研究了一组被称为V2a的表达该基因的神经元CHX10(发音为“chex ten”)。“我们已经知道这些神经元有助于脊柱各级的运动，”本杰明·h·刘易斯(Benjamin H. Lewis)主席普法夫说。“但这造成了一个矛盾的情况:控制手臂的颈部和控制腿部的腰部的V2a神经元可能有什么不同?”

事实证明，尽管V2a神经元存在于整个脊柱，并不是所有的都表达了CHX10在相同的水平上。首先，研究小组使用了一种称为RNA测序的技术，来调查手臂区域和腿部区域之间V2a神经元基因表达的差异(据信相当于动物的前肢和后肢)。博士后研究员、第一作者Marito Hayashi发现，在小鼠脊髓中，这些神经元的两个主要种群从一个种群分级过渡到另一个种群。在颈椎(手臂)区域，表达该基因的神经元和不表达该基因的神经元各占一半，而在腰椎(腿部)区域，大多数V2a神经元表达该基因。

研究人员使用了一种叫做光遗传学的技术——利用光选择性地打开和关闭细胞——来观察V2a神经元是如何连接到肌肉控制神经元的。他们发现，当V2a神经元在颈部受到刺激时，与运动神经元的连接很弱，而在腰椎区域，连接很强且快速。

接下来，研究小组利用一种实验室技术，用改良的狂犬病毒来追踪神经回路，发现在颈部区域，许多V2a神经元不表达Chx10基因与大脑相连。相比之下，在大多数V2a神经元表达该基因的腰椎区域，神经元却紧密连接运动神经元对彼此也是如此。普法夫说，这是有道理的，因为手和手臂的运动需要与大脑仔细协调，而腿的运动则更加自动化。

Hayashi补充道:“从历史上看，人们一直将V2a神经元视为不同地区的同一种群。”“但我们发现，根据脊髓内的不同部分，它们的分子结构——因此它们的工作是不同的。”

包括生物信息学专家Shawn Driscoll在内的索尔克团队，通过使用单细胞RNA测序技术，研究了V2a神经元是否有两个以上的主要种群。单细胞RNA测序技术可以识别以单个细胞分辨率表达的独特基因。这项研究进一步确定了11组独特的V2a神经元。

未来的工作将更密切地关注这些神经元之间的分子差异。

Hayashi说:“我们希望进行更详细的分析，将不同的神经元与其功能联系起来。”如果他们的发现也适用于人类，这项工作有一天可能会导致修复脊髓损伤的量身定制的治疗方法，可能会使用干细胞。

普法夫说:“目前，我们还不知道如何利用干细胞修复脊髓损伤。”“我用的是试图通过打开引擎盖，扔进一堆电线来纠正汽车电气系统的问题。通过这项工作，我们离弄清楚所有这些不同的电线到底是干什么的又近了一步。”