不同类型的神经元相互作用使reaching-and-grasping任务成为可能

冲绳研究所研究科学技术研究生院(OIST)的角度来研究特定的神经元看似简单的重要性,日常任务,包括追求和把握对象。该研究发表在细胞的报道。

“我们关注神经元位于基底神经节,”戈登Arbuthnott教授说,领导OIST行为单元的大脑机制。“大脑的这一部分是连接到大脑皮层,这是参与运动机能。和神经元或神经细胞是专门的细胞作为神经系统的构建块输入与外界连接到我们的肌肉运动。”

病人患有基底神经节的损伤可以严重影响了它们的运动能力,使日常reaching-and-grasping任务,拿起一杯咖啡或穿上夹克,近乎不可能。

“我们知道,中断这些基底神经节神经元参与疾病如帕金森病和亨廷顿氏舞蹈症的发展,但这不是正确理解背后的确切的细胞机制,”教授Arbuthnott继续解释。

问题的神经元是纹状体带刺的投射神经元,一大群,有助于平滑的运动机能。有两种截然不同的types-D1直接输出纹状体神经元的输出有着直接的联系基底神经节和D2间接输出神经元,这走通过大脑的其他区域。取决于一个人的行为,不同的团体由不同成分的这两个神经元将形成。大多数组织都D1和D2神经元尽管有例外,一些组只有一个。因此,它是一个动态系统的两种不同类型一起工作。先前的研究已经表明,任务涉及运动、D1神经元给“go”信号而D2神经元“停止”的信号。研究人员独立决定改变每种类型的活动,来测试这个想法。

执行实验,小鼠训练室和把握达到通过一个开放的巧克力的食物颗粒。未能检索颗粒在三种分类方式。一个“初始”错误发生当鼠标不能得到他们的爪子通过开放室。最后的错误是当一只老鼠的爪子结束后在错误的地方穿过。和“掌握”的错误是当鼠标的爪子使颗粒,但他们无法把它捡起来。

当老鼠D1和D2神经元正常工作被训练在这个任务中,他们最有可能失败的理解错误,发生在超过一半的失败。有鉴于此,研究人员使用光学方法,使神经元D1或D2神经元可以通过光兴奋或抑制。

研究人员发现令人兴奋和抑制D1型导致明显降低治疗成功率的检索,比例,失败的数量从最初的错误增加。

相比之下,令人兴奋的D2类型也导致成功率显著减少,但这一次,这是最后的错误比例增加。

但是,有趣的是,当D2类型被抑制,对检索的成功率增加。

“我们有一些想法为什么这可能发生,“Arbuthnott教授说。“如果我们想象,一小群D2神经元是达到目标那么令人兴奋的在该地区所有的D2细胞可能使小组的迷失在吵闹的活动很多,而抑制大群可以留下最强烈兴奋神经元,从而有效地指导老鼠的行为”。

发现两种类型的结果所必需的所有运动的平滑的运动机能。老鼠有麻烦的开始部分没有D1的运动细胞;在大多数情况下,颗粒不能检索如果D2细胞不正常工作。然而,走走停停的理论是不支持的这项研究,尽管D1细胞被发现是必要的控制初始的一部分,研究人员发现,D2细胞实际上是需要治疗的目标,而不是停止任务。

“这项研究帮助我们了解我们的大脑如何工作和贡献的研究,有一天会找到一个治疗神经退行性疾病有可能,”Arbuthnott教授说。与帕金森病”,我们要善于解决症状,但是我们需要得到疾病的根源。与此同时,了解神经元参与运动控制将有助于解决患者在日常生活中面临的问题。”

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