运动神经群体的活动模式不同于伸手和抓握行为
芝加哥大学研究人员的一项新研究发现，在到达和抓取行为期间，运动皮层中的神经元种群动态非常不同，挑战了一种流行的理论，该理论表明内在的动态模式控制着运动行为。
先前的研究检查神经种群动态运动皮层猕猴的研究表明，在计划和执行手臂伸展运动的过程中，神经元群体表现出旋转动态——通过运动的平滑有序的神经元活动波的级联皮质．
这种人群水平的行为被解释为运动皮层作为一个模式生成器，驱动肌肉产生运动。
“在之前的研究中，我和同事们证明了这一点大脑区域控制运动就像一个产生肌肉指令的小机器，”合著者马修·考夫曼博士说，他是芝加哥大学的有机生物学和解剖学助理教授。“也就是说，这种活动遵循数学“规则”，让它像一个音乐盒一样，让每块肌肉的命令相对于其他肌肉正确地计时。”
研究人员认为，这些活动模式代表了运动皮层内神经元活动的一般原理，这些优雅的动态是神经回路的一种特性。
“活动模式有点像多米诺骨牌效应，”资深作者Sliman Bensmaia博士解释说，他是芝加哥大学有机生物学和解剖学的詹姆斯和凯伦弗兰克家族教授。“这个想法是，当行为开始时，就像打翻了第一张多米诺骨牌，然后所有剩下的都会依次倒下。如果你重新设置，它会再次执行相同的序列。”
然而，这项新研究关注的是抓手行为而不是伸出手臂的行为，并没有看到这样一个整齐的模式。这项研究发表在11月17日的《科学》杂志上eLife，研究了运动皮层的神经活动。
“我们想知道在手部运动中是否存在相同类型的神经动力学，这涉及到一个非常不同的效应器，产生非常不同的运动，”联合第一作者Aneesha Suresh博士说，他曾是本斯马亚实验室的研究生。“我们记录了大脑的神经活动电动机猴子在执行伸手和抓握任务时的皮层，以比较两种动作的动力学。”
与过去的结果相反，研究人员发现，在种群水平上，抓握行为产生的神经元活动模式不那么有序，而且很少有证据表明，在抓握动作中看到的旋转动态。
“我们期望这个网络中的神经元以有序、可预测的顺序被激活，就像那些被认为在手臂伸向目标时驱动手臂的神经元一样，”共同第一作者詹姆斯·古德曼博士说，他现在是德国灵长类动物中心的博士后科学家。“相反，我们在抓取过程中看到的活动模式要复杂得多，混乱得多，在某些方面表明，触觉和本体感觉在手部运动中起着特别重要的作用。”
这些结果在伸展动作和抓取动作之间的差异的背景下是有意义的。“从概念上讲，手臂和手所做的工作是不同的，”合著者尼古拉斯·哈特索普洛斯博士说，他是芝加哥大学的有机生物学、解剖学和神经学教授。“手臂移动手，并将手带到不同的位置，进行挥手或伸手拿杯子等动作。那只手，另一只手通常用于操作物体，比如抓东西、在键盘上打字等等。”
这项研究提出了新的问题，比如为什么这种优雅的活动模式适用于伸展动作，而不适用于抓取动作，以及其他类型的动作是否也存在类似的模式运动模式。本斯迈亚说:“大脑使用这种模式来达到目标，这意味着大脑也会使用这种模式来进行其他运动，也许这种模式甚至适用于其他系统。”“但我们已经证明，这种模式并不适用于所有地方，那么问题是，它到底有多普遍?”
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