无脑记忆使脊髓比以前想象的更聪明
RIKEN 脑科学中心 (CBS) 的 Aya Takeoka 和法兰德斯神经电子研究中心 (NERF，由 IMEC、KU Leuven 和 VIB 授权) 的同事发现了脊髓中的神经回路，该神经回路允许独立于大脑的运动学习。该研究于 4 月 11 日发表在《科学》杂志上，发现了两组关键的脊髓神经元，一组是新的适应性学习所必需的，另一组用于回忆已经学会的适应。这些发现可以帮助科学家开发出帮助脊髓损伤后运动恢复的方法。
一段时间以来，科学家们已经知道，即使没有大脑，脊髓的运动输出也可以通过练习进行调整。这在无头昆虫中表现得最为明显，它们的腿仍然可以被训练来躲避外部暗示。到目前为止，还没有人确切地弄清楚这是如何可能的，如果没有这种理解，这种现象只不过是一个奇怪的事实。正如竹冈解释的那样，“如果我们想了解健康人运动自动化的基础，并利用这些知识来改善脊髓损伤后的恢复，那么深入了解其潜在机制至关重要。”
在进入神经回路之前，研究人员首先开发了一种实验装置，使他们能够在没有大脑输入的情况下研究小鼠脊髓的适应能力，包括学习和记忆能力。每个测试都有一只实验小鼠和一只后腿自由悬挂的对照小鼠。如果实验小鼠的后腿下垂太多，它就会受到电刺激，模仿小鼠想要避免的东西。对照小鼠同时接受相同的刺激，但与其自己的后腿位置无关。
仅仅 10 分钟后，他们就仅在实验小鼠中观察到了运动学习;他们的腿保持高高，避免任何电刺激。这一结果表明，脊髓可以将不愉快的感觉与腿部位置联系起来，并调整其运动输出，使腿部避免不愉快的感觉，而这一切都不需要大脑。 24 小时后，他们重复了 10 分钟的测试，但实验小鼠和对照小鼠的情况发生了逆转。最初的实验小鼠仍然保持双腿抬起，这表明脊髓保留了对过去经历的记忆，这干扰了新的学习。
在脊髓中建立了即时学习和记忆之后，研究小组开始检查使这两种能力成为可能的神经回路。他们使用了六种转基因小鼠，每种小鼠都有一组不同的脊髓神经元被禁用，并测试了它们的运动学习和学习逆转。他们发现，在脊髓顶部的神经元(尤其是表达Ptf1a基因的神经元)丧失功能后，小鼠后肢无法适应避免电击。
当他们在学习逆转期间检查小鼠时，他们发现沉默表达Ptf1a的神经元没有效果。相反，位于脊髓底部腹侧的一组表达En1基因的神经元至关重要。当这些神经元在学会回避的第二天被沉默时，脊髓的表现就好像它们从未学到过任何东西一样。研究人员还通过重复初始学习条件来评估第二天的记忆回忆。他们发现，在野生型小鼠中，后肢比第一天更快稳定地到达回避位置，这表明回忆。在回忆过程中兴奋En1神经元可使该速度提高 80%，表明运动回忆能力增强。
Takeoka 说：“这些结果不仅挑战了运动学习和记忆仅局限于大脑回路的普遍观念，而且我们表明我们可以操纵脊髓运动回忆，这对旨在改善脊髓损伤后恢复的治疗具有重要意义。”电线损坏。”
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