揭秘果蝇头部运动控制：单个神经元的奥秘

在研究运动过程中，运动神经元的重要性不言而喻，然而，单个运动神经元在运动控制中的具体贡献仍然不为人们所清楚。测量动物运动过程中单个神经元的活动一直是实验上的难题。

然而，随着技术的进步，研究人员已经可以在果蝇身上自由运动时操纵单个运动神经元。一项新研究展示了对果蝇头部运动控制的单个运动神经元进行表征的发现。

这些发现发表在《自然》杂志上的一篇名为“运动神经元通过本体感塑造产生姿势定向运动”的论文中。

哥伦比亚大学扎克曼研究所的副研究科学家斯蒂芬·休斯顿博士表示：“这是科学家们首次对动物身体自然运动时单个运动神经元的三维活动进行分析。你不能理解大脑如何使身体运动而不知道每个运动神经元的作用，就像你不能理解控制木偶移动的操纵者没有理解各个木偶线索的作用一样。”

研究始于霍华德·休斯医学研究所詹利亚研究营地，研究人员首先激活果蝇控制头部运动的约25个运动神经元中的光敏分子。这使科学家们能够使用红光逐个激活运动神经元。与此同时，他们记录了由此产生的头部运动，并利用人工智能技术来跟踪这些运动。

“大多数神经元作为一个群体共同发挥作用，因此当我们逐个激活单个运动神经元时，我们并不希望看到太多或甚至任何头部运动，”休斯顿说。

研究人员最多只期望每个单个运动神经元被硬编码为产生一种简单的运动，例如使头部向左转动10度。然而，通过后来在扎克曼研究所进行的计算分析，研究人员发现，激活每个运动神经元都可以使头部以各种方式旋转，甚至有些是相反方向的，这取决于果蝇头部的起始姿势。

更具体地说，团队写道：“我们发现，单个运动神经元的活动会使头部向不同方向旋转，取决于头部的起始姿势，从而使头部收敛到由受刺激的运动神经元决定的姿势。”

他们补充说，一个反馈模型“预测这种收敛行为是由运动神经元驱动与本体感觉反馈相互作用所致”，并继续“鉴定和遗传抑制单个类别的本体感觉神经元，根据反馈模型的预测改变运动神经元诱导的收敛行为。”

准确定位果蝇大脑在细胞水平上的活动不仅仅是一项学术性的研究。“对运动神经元的更好理解可以帮助我们理解影响运动系统的疾病，例如肌萎缩性侧索硬化症，也被称为ALS或路易·格尔里希氏病，”休斯顿说。

接下来，研究人员希望调查果蝇中其他类型的神经元，如视觉系统中的神经元，与运动神经元如何相互作用以控制运动。

参考文献：“Motor neurons generate pose-targeted movements via proprioceptive sculpting.”

编辑：周敏

排版：李丽