科学百科 2024-04-18 22:22

Walking on the move: New insights into the neurology of locomotion

在一项新的研究中,科隆大学的科学家们对竹节虫的神经细胞(神经元)的节律性激活机制有了新的认识,这些神经细胞(神经元)在行走过程中控制着腿部肌肉。研究人员发现,与腿部其他肌肉不同,激活腿部降压肌的神经元是有节奏地兴奋的。人们一直认为,所有这些所谓的运动神经元都是以同样的方式被中枢神经网络激活的。

这项名为“行走昆虫腿部运动神经元的中央模式生成网络的突触驱动是运动神经元池特异性的”的研究发表在《当代生物学》杂志上。

UoC研究小组调查了动物运动产生的神经基础,特别是那些潜在的运动活动,如行走。为此,由Ansgar b schges教授领导的团队分析了昆虫,因为在动物王国中,神经系统对行走运动的产生和控制的要求非常相似。

例如,在许多动物中,中枢神经系统中的网络构成了许多运动形式的节律性活动模式产生的基础,无论是有节奏的运动活动,如跑步、游泳、爬行和飞行,还是植物功能,如呼吸。

这些高度专业化的网络被称为中心模式生成器(cpg)。它们产生肌肉有节奏的运动活动,与来自感觉器官的信息相互作用,被称为本体感受器的神经元;本体感受器报告运动并通知中枢神经系统。在行走的情况下,它们位于昆虫的腿上和腿内。

神经网络通过激活支配肌肉的所谓运动神经元来做到这一点。人们一直认为,这些cpg对它们所针对的所有运动神经元都有相同的影响。在他们的新研究中,Angelina Ruthe、Charalampos Mantziaris博士和b schges教授反驳了这种关于昆虫运动活动的假设。

在他们的实验中,科学家们用药物激活了竹节虫Carausius morosus中枢神经系统中的CPGs,并研究了对支配其腿部肌肉的运动神经元的影响。他们发现,除了一个外,腿部肌肉的所有运动神经元组都接受来自神经网络的相同驱动:来自cpg的节律性抑制信号。只有支配腿部抑制肌的运动神经元受相性兴奋驱动的控制。

有趣的是,腿降肌正是昆虫的肌肉,它负责在任何行走情况下产生腿部姿势——无论动物是水平向上还是向下奔跑,在天花板上还是在树枝上。b schges教授解释说:“有节奏的兴奋和cpg对运动神经元池的特定激活可以确保降肌收缩的准确时间,从而确保站立阶段的开始和稳定。”