冰河时代的幸存者

大脑通常被认为是人体最复杂的器官。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让神经科学研究人员着迷了一百多年。如今，得益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，尤其是在小鼠大脑中。

在 20^世纪，麻醉小鼠实验证明，感觉输入主要决定初级感觉皮层（大脑区域处理感觉信息，包括触觉、视觉和听觉）中的神经元活动。然而，在过去几十年中，涉及清醒小鼠的研究表明，自发行为（例如探索性运动和胡须运动，称为胡须运动）实际上调节了初级感觉皮层中感觉反应的活动。换句话说，尽管相应的神经回路和潜在机制尚未完全了解，但神经元层面的感觉似乎在很大程度上受到身体运动的调节。新的研究尝试

为了填补这一知识空白，日本的一个研究小组研究了初级体感桶状皮层 (S1)，这是小鼠大脑中处理来自胡须的触觉输入的区域。他们的最新研究最近发表在《神经科学杂志》上，由藤田保健大学 (FHU) 的 Takayuki Yamashita 教授和隶属于 FHU 和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，包括次级体感皮层 (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 中的活动，研究人员求助于光遗传学（一种通过光控制特定神经元群活动的技术），其中涉及 eOPN3，这是一种最近发现的光敏蛋白，能够有效抑制响应光的特定神经通路。他们使用病毒作为载体，将编码这种蛋白质的基因引入小鼠的 M1、S2 和 TLM 区域。然后，他们测量了清醒小鼠在自发拂动时 S1 中的神经活动。在此过程中，他们使用光作为开/关开关，选择性地抑制进入 S1 的不同信号输入，并观察 S1 处的效果。

有趣的是，在自发性胡须运动过程中，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）会调节 S1 中的神经元活动。具体而言，从 S2 到 S1 的通路似乎传达了有关胡须运动状态的信息。此外，TLM 到 S1 通路似乎传递了与自发性胡须运动阶段相关的信息，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受运动皮层调节，正如 Yamashita 教授所说：“我们的发现促使人们重新考虑运动感觉投射在感觉运动整合中的作用，并揭示了 S2 到 S1 投射的新功能。”

对未来研究和应用的启示

更好地了解大脑不同区域如何根据 细胞P数据 运动调节彼此之间的活动，可能会推动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增强模仿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接口，”山下教授补充道。

总而言之，这项研究揭示了大脑的复杂运作方式。它还为研究身体运动与感觉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线索。

该项研究得到了日本科学技术振兴机构、日本学术振兴会、内藤基金会、武田科学基金会、中部电气技术研究基金会、藤田卫生大学以及文部科学省的资助。