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大脑深处的神经元不仅有助于启动运动，它们还能主动抑制运动，而且精度惊人。
大脑深处的神经元不仅参与启动运动，还能主动抑制运动，而且精度惊人。这是巴塞尔大学和弗里德里希·米歇尔生物医学研究所（FMI）研究人员发表在《Nature》杂志上的一项新研究得出的结论。这些发现对于更好地理解帕金森病等神经系统疾病尤为重要。
伸手去拿苹果或把勺子放到嘴里——这些看似简单的动作依赖于大脑中高度复杂的过程。大脑深层区域——基底神经节——是这一协调机制的关键参与者。长期以来，人们认为基底神经节的输出信号主要起到“刹车”的作用，抑制不良行为。
由Silvia Arber教授领导的研究人员在小鼠实验中证实，基底神经节中的特定神经元能够高度精确地决定何时允许以及何时主动停止特定运动。这些动态信号共同决定了运动的时间。
这些见解挑战了长期以来基底神经节运作方式的模型。根据传统观点，基底神经节通过持续抑制大脑中的运动中枢来控制运动，只有在允许运动时才会短暂地“松开刹车”。“但这种模型在复杂运动方面远远不够，例如涉及手臂和手部协调动作的运动，”Arber解释说。
这项研究的重点是所谓的黑质网状部（SNr），它是基底神经节的主要输出站，负责向脑干的运动中枢发送信号。研究人员发现了一个惊人的现象：该区域的神经元并非仅仅为了抑制运动而放电。相反，它们会表现出高度动态的活动模式——与正在执行的动作精确同步。在复杂的行为过程中，SNr 神经元会在活动增加和减少之间多次切换，每个神经元都有其特定的动态模式。因此，基底神经节的输出功能就像繁忙路口的精密交通信号灯系统：每个信号灯都会根据计划的动作，针对特定动作变绿或变红。通过这种方式，复杂的行为可以从单个动作构建而成，而这些动作由 SNr 神经元提供的“开始”和“停止”信号的时间控制。
为了研究这些过程，Arber 的两名博士生记录了小鼠用手伸向食物颗粒时的大脑活动。他们发现，单个 SNr 神经元在不同运动阶段的反应截然不同：当手臂伸开、手抓握或缩回时，特定神经元的活动会增加，而其他神经元则会暂停。
该研究的主要作者 Antonio Falasconi 和 Harsh Kanodia 对此表示赞同：“这些信号的精细调节令人惊叹。SNr 神经元只会在非常特定的运动中暂停活动，而在其他特定运动中则会增强活动。”
研究人员随后利用光遗传学技术操控了SNr神经元。他们证实激活这些神经元可以抑制行为——这清楚地证明了它们的控制作用。或许最引人注目的是，即使是最细微的运动变化，也伴随着SNr信号的精确调整。脑干下游的运动中枢通过向SNr发送信号做出反应。因此，当SNr“交通信号灯”变绿时，下游神经元实际上踩下了油门，从而允许执行动作。这表明存在一个高度特异性、基于运动的编码系统——远比一般的“开始”或“停止”机制更加精细。
这项研究生动地展现了大脑如何通过激活和抑制的精细相互作用来控制哪怕是最细微的动作，从而重塑了我们对运动控制的理解。这具有重要的医学意义：在帕金森病或舞蹈病等疾病中，这种微妙的平衡被打破，导致帕金森病患者出现一些标志性症状，例如难以发起运动。
首席研究员 Silvia Arber 教授如果我们了解基底神经节如何协调正常运动，那么当该系统失去平衡时，我们就可以开发更有针对性的治疗方法。”
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