研究小组揭示了运动记忆形成的基础
当你刚开始学习骑自行车或演奏乐器时，你的身体动作最多是不协调的。但随着时间的推移和大量的重复，你大脑的运动神经元在思维和肌肉之间创造了一种速记。相关的动作最终变得如此根深蒂固，以至于跳自行车或弹音阶几乎是自动的。
这种运动学习过程的细胞基础是什么?在本周发表于神经元渥太华大学医学院的Simon Chen博士领导的研究小组为这一持久的神经科学之谜提供了新的和有价值的见解。
他的实验室致力于揭示记忆是如何编码和储存在大脑中的大脑特别是在运动学习方面，即我们如何移动和协调身体肌肉的复杂过程。通过这项最新的研究，陈博士的研究团队探索了调节过程的机制电动机的记忆在重复练习中习得和巩固。
加拿大神经回路和行为研究主席陈博士说，这项研究的发现可能有助于开发治疗靶点，帮助帕金森病、中风或脑卒中患者恢复运动功能脑损伤．这很重要，因为恢复大肌肉运动协调能力和恢复失去的运动对这些人来说是一场非常困难的战斗。
他说:“如果我们了解大脑如何调节运动技能的习得，那么也许有一天我们可以帮助中风或帕金森氏症患者在康复过程中重新获得这些技能。”
这项研究主要针对老鼠，而不是人类。但由于科学家们认为，老鼠和人类的记忆形成机制非常相似，这些发现可能与人类有着深刻的关联。
那么这些实验是如何进行的呢?
通过在成像阶段限制小鼠的头部运动，科学家可以以单细胞分辨率探测大脑，研究小组训练动物执行特定的运动任务:从机动递送支架上抓取食物颗粒。
最初，头部被束缚的老鼠在抓球时表现得犹豫不决和笨拙。研究人员使用DeepLabCut对动物的动作进行了详细的分析，DeepLabCut是一个结合了动作捕捉视频和人工智能的深度学习软件工具箱。他们发现，随着重复和时间的推移，老鼠形成了刻板的伸手抓握动作，这使它们最终能够轻松地获得食物。
研究小组想要看到神经元具体到这些触手可及的动作，并观察大脑中突触通路的形成过程。
陈博士是医学院细胞与分子医学系的副教授，他说:“当老鼠学习这项任务时，我们能够监测大脑的变化。”
使用双光子成像，一种允许在微米尺度上可视化活组织的显微镜，他的团队能够看到组织的重组树突棘随着时间的推移，固定头部的小鼠在初级运动皮层的兴奋性神经元中执行这些抓球动作。树突棘——突触上的神经结构，类似于棒棒糖，上面有细棒和气泡——是记忆形成和存储的关键。
放大到细胞水平上研究人员发现，运动学习选择性地诱导了一种名为NPAS4的活动依赖“转录因子”在初级运动皮层的表达。
陈博士说，这些新发现揭示了这种转录因子的表达触发了与学习相关的抑制性神经元集合的出现，该集合调节了初级运动皮层的抑制。这调节了学习过程中兴奋性神经元之间的树突脊柱重组过程。
本质上，NPAS4调节抑制性神经元的基因变化，抑制性神经元控制这些神经元的活动，类似于音量滑块控制笔记本电脑的扬声器。Chen博士说，这些发现“也证明了抑制性神经元特异性转录因子诱导是学习行为中神经元集合形成的决定性特征。”
换句话说，随着时间的推移，重复这些动作改变了动物的内部运作方式。初级运动皮层-大脑中只有哺乳动物拥有的部分，控制复杂的运动。
研究小组发现，抑制性神经元中NPAS4转录因子的表达是你的大脑如何筛选选项以形成特定运动的最强运动记忆的关键——在进行重复练习时，它需要不断地重新表达这些记忆，以便在你的大脑中停留和完善。
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