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髓鞘受損時運動學習任務的神經回路基礎

大学研究团队的国际合作首次阐明了髓鞘受損時運動學習任務的神經回路基礎。

他們還通過將適當的動作與大腦的光仿真配對以促進神經元活動的同步,成功地彌補了運動學習過程受損的情況。這可能有助于將來治療白質功能受損的神經和精神疾病。

髓磷脂的作用

髓鞘是在軸突周圍形成的鞘,調節電脈沖的速度並有效地在神經元之間傳遞電脈沖。髓鞘束充當連接遙遠大腦區域的電纜。一旦髓鞘化受損或髓磷脂受損,神經元內脈沖的傳播就會減慢或失調。

這種調節障礙與神經元群體的異常活動有關,導致學習障礙和衰老(尤其是癡呆和阿爾茨海默氏病)。在阿爾茨海默氏病患者的MRI掃描中已經觀察到白質的變化。但是,人們對髓鞘形成的確切受損如何影響對學習和認知至關重要的大腦的電路特性仍然知之甚少。

這項新研究表明,髓鞘形成受損會導致神經元之間不協調或異步的電脈沖傳輸。髓鞘受損被證明對小鼠的運動學習有不利影響,這表明協調傳遞對有效學習至關重要。

方法

采用體內兩光子顯微鏡,在運動學習活動過程中,對髓磷脂受損小鼠的初級運動皮層神經元的種群活動進行測定。對小鼠進行了訓練,以拉動並握住將分配水滴的杠杆。鼠標行爲由紅外攝像機監控。

在訓練的早期,髓磷脂受損的小鼠和對照小鼠的表現沒有差異。但是,在訓練的後期,髓磷脂受損的小鼠執行任務的成功率較低,盡管嘗試次數相似。盡管這表明它們的動機水平是相同的,但是髓磷脂缺乏使小鼠提高其完成這項任務的能力變得更加困難。這也降低了其運動的准確性並增加了神經元群體的自發活動。

通过分析髓磷脂受损小鼠神经元的活动,他们发现丘脑皮层轴突中的异步活动与受损的工作表现相关。丘脑皮质轴突是连接丘脑和大脑大脑皮质的神经纤维,这些神经纤维携带着神经細胞的信息。

在拉動拉杆任務期間,運動皮層(輸出區域)的電刺激被用于促進運動皮層中神經元的同步活動,並試圖補償小鼠的表現。這促進了學習過程中丘腦皮層軸突的同步活動,並提高了髓磷脂損傷小鼠的成功率。

結果是什麽意思?

這項研究的發現闡明了髓鞘受損如何影響病理神經元回路活動。結果還表明,將無創腦模擬與相關行爲配對以糾正白質受損疾病早期階段的認知和行爲異常可能是可行的。

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