脊髓中的运动单元可能比我们想象的要灵活得多

当人类和其他哺乳动物进行自主运动时，会发生一系列的神经过程。大脑皮层，大脑的外部区域，向脊髓中的运动单元(即神经元)发送信号，进而激活单个肌肉。

过去的神经科学研究表明大脑皮层不控制单个的电机单元，而是向一个电机单元池发送“公共指令”。此外，实验证据支持这样一种假设，即这些运动单元是刚性的，而不是适应性的。

哥伦比亚大学的研究人员最近进行了一项研究，旨在调查这两种被广泛接受的关于自主运动背后神经过程的观点是否可靠。他们的研究结果发表在自然神经科学研究表明，大脑皮层对运动单位的控制可能比以往研究显示的要灵活得多。

开展这项研究的研究人员之一马克·m·邱克兰(Mark M. Churchland)告诉MedicalXpress:“考虑一下你腿上的肌肉，比如股四头肌，它可以使腿伸直，在跑步、骑自行车或滑雪时使用。”“肌肉会被很多(比如1000个)刺激运动神经元它们生活在你的脊髓里。我们这个领域一直以来的信念是，那1000个人神经元共同行动，一致行动，以一种非常坚定的方式。”

如果运动神经元以一种严格的方式串联行动，那么产生一种特定的力就总是需要激活相同数量的神经元。无论人类或动物从事何种特定活动，神经元的数量都将保持不变。

“例如，假设某种力需要激活500个神经元，产生这种力总是使用相同的500个神经元，无论你是在跑步、骑自行车、跳跃，还是在瑜伽中做椅子式姿势，等等，”邱兰解释说。

“当然，这并不一定是这样的，因为你可以在保持椅子姿势时使用一组总数，在跳跃时使用另一组500，但我们的想法是，这将使生活变得复杂。我们认为，如果始终使用相同的500，将会更好、更简单、更直接。”

尽管这种长期存在的关于神经活动与自主运动有关的观点看起来简单而直接，但它并不能解释单个运动神经元之间的差异。事实上，我们现在知道神经元有特殊的功能，这意味着它们在某些事情上比其他事情更擅长。

邱克兰说:“有些神经元会刺激肌肉纤维，这些肌肉纤维收缩缓慢，往往具有抗疲劳能力。”“其他神经元的兴奋程度不同肌肉纤维收缩很快，但疲劳也很快。如果大脑以一种“最佳”的方式工作，它就会关心这个。换句话说，最好在瑜伽时使用第一种神经元，在跳跃时使用第二种神经元。”

虽然一些神经科学家认为，大脑皮层激活不同神经元的可能性取决于我们从事的体育活动的类型，但这一假设迄今为止被广泛认为是一个有争议的假设。人们普遍认为，参与人类和哺乳动物运动的神经过程并没有那么灵活，因为它更注重简单而非效率。

为了测试这是否属实，邱克兰和他的同事们开发了一种新的等距任务(即，涉及特定肌肉的收紧和收缩的任务)肌肉组)。这项任务使他们能够可靠地记录恒河猴的运动单元的活动，当它迅速改变运动模式和行为。

“我们通过记录肌肉(运动神经元发送投影的地方)来观察运动神经元的活动，”邱克兰说。“我们所做的实验涉及的动作种类比之前所检测的要多得多，我们同时观察到的神经元(所有神经元都在同一时间、同一套动作中)也比之前观察到的要多。”

研究人员收集的结果非常有趣，因为他们推翻了公认的观点电动机神经元以一种固定的方式一起被激活。在未来，这项研究提供的见解可能会导致新的和重要的发现，关于大脑和神经元如何脊髓真正支持自愿行动。

“我们发现，我们的大脑、身体和肌肉的灵活性比我们之前想象的要大得多，”邱克兰补充说。“它们可以根据不同情况优化运动，比人们想象的要有效得多。这意味着，在某种意义上，我们的大脑的工作比我们意识到的要复杂得多。大脑不仅要决定使用多少力，还必须弄清楚哪些神经元应该产生这种力。”

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