新研究挑战了关于大脑如何处理运动和感觉的传统观点

科学家们揭示了对身体运动如何影响感官体验的新理解，质疑了神经科学领域的传统观点。

大脑通常被认为是人体最复杂的器官。一百多年来，它处理感官数据的复杂方式以及这些数据与运动功能之间的相互作用一直吸引着神经科学领域的研究人员。今天，由于先进的实验室工具和技术，研究人员可以使用动物模型来解决这个难题，特别是在小鼠大脑中。

在20^世纪，对麻醉小鼠的实验证明，感觉输入主要定义了初级感觉皮层的神经元活动，这些大脑区域处理感觉信息，包括触觉，视觉和听觉。然而，在过去的几十年里，涉及清醒小鼠的研究表明，自发行为，例如探索性运动和称为拂动的胡须运动，实际上调节了初级感觉皮层中感觉反应的活动。换句话说，神经元水平的感觉似乎在很大程度上受到身体运动的调节，即使相应的神经元回路和潜在的机制尚未完全了解。

新的研究努力

为了解决这一知识差距，来自日本的一个研究小组调查了初级躯体感觉桶状皮层（S1）——小鼠大脑的一个区域，负责处理来自胡须的触觉输入。他们的最新研究最近发表在《神经科学杂志》上，由藤田健康大学（FHU）的Takayuki Yamashita教授和FHU和名古屋大学的Masahiro Kawatani博士及其团队进行。

S1 区域通过轴突接收来自其他几个区域的输入，包括次级躯体感觉皮层 （S2）、初级运动皮层 （M1） 和感觉丘脑 （TLM）。为了研究这些区域如何调节S1的活性，研究人员转向了涉及eOPN3的光遗传学（一种通过光控制特定神经元群活动的技术），eOPN3是一种最近发现的光敏蛋白，能够有效抑制特定的神经通路响应光。他们以病毒为载体，将编码这种蛋白质的基因引入小鼠的M1、S2和TLM区域。然后，他们测量了进行自发搅拌的清醒小鼠S1的神经活动。在此过程中，他们使用光作为开/关开关选择性地抑制了进入 S1 的不同信号输入，并观察了 S1 的影响。

有趣的是，只有从 S2 和 TLM 到 S1 的信号输入，而不是从 M1 到 S1 的信号输入，在自发拂动过程中调节 S1 中的神经元活动。具体来说，从 S2 到 S1 的路径似乎传达了有关晶须运动状态的信息。此外，TLM-to-S1 通路似乎传递了与自发拂动阶段相关的信息，该阶段遵循重复和有节奏的模式。这些结果挑战了既定的观点，即感觉皮层中的神经元活动在运动过程中主要由运动皮层调节，正如Yamashita教授所说：“我们的研究结果引发了对运动感觉投射在感觉运动整合中的作用的重新考虑，并揭示了S2到S1投射的新功能。

对未来研究和应用的启示

更好地了解不同的大脑区域如何调节彼此之间的活动以响应运动，可以导致无数应用领域的进步。这些研究见解具有深远的影响，可能会彻底改变人工智能（AI）、假肢和脑机接口等领域。“了解这些神经机制可以大大促进模拟人类感觉运动整合的人工智能系统的开发，并有助于为残疾人创造更直观的假肢和界面，”Yamashita教授补充道。

总之，这项研究揭示了大脑的复杂运作。它还为研究身体运动和感官知觉之间的联系铺平了道路。随着我们继续探索与大脑相关的谜团，像这样的研究为我们了解人体最复杂的器官提供了重要的线索。

该研究由日本科学技术振兴机构、日本科学振兴会、内藤财团、武田财团、中部电工技术研究财团、藤田健康大学和文部科学省资助。