运动神经元是大脑指挥肌肉行动的要害细胞 �？蒲Ъ颐窃涫幼骷蚱拥呐�，类似于毗连电脑及其外设的电缆 。然而，哥伦比亚大学祖克曼研究所的研究职员最新发明，单个运动神经元能指导昆虫以远凌驾先前预期的重大方法移动 。
这项效果于3月20日揭晓于《自然》杂志 。
哥伦比亚大学祖克曼研究所的副研究科学家、本研究通讯作者斯蒂芬·休斯顿博士体现：“这是科学家们首次以3D方法剖析单个运动神经元在身体自然移动中的作用 。”他增补道，“不相识每个运动神经元的功效，我们就无法明确大脑怎样控制身体移动，就像不明确木偶师怎样操作每根线控制木偶一样 。”
图1：The tendons of yaw muscles are coupled.
运动神经元是大脑控制身体运动的终端环节，涵盖从手指轻弹到眼睛闪灼等行动 。只管肩负着这一要害职责，研究职员现在才最先展现单个运动神经元在运动中的角色 。在运动中丈量单个神经元的运动在实验上一直颇具挑战 。
图2：The tendons of yaw muscles are coupled.
现在，实验室手艺的前进让研究职员能够在果蝇自由移动时操作单个运动神经元 。
研究起始于弗吉尼亚州阿什本的霍华德·休斯医学研究所詹纳利亚研究园 。研究职员首先激活了控制芝麻籽巨细的果蝇头部运动的约25个运动神经元中的光敏分子 。这使科学家能够使用红光逐一激活运动神经元 。同时，他们纪录了由此引发的头部运动，并运用人工智能手艺追踪这些运动 。
图3：The tendons of yaw muscles are coupled.
休斯顿博士说：“大都神经元作为群体配合行动，因此当我们一次只激活一个运动神经元时，本不期望看到显着的头部运动 。”
图4：The tendons of yaw muscles are coupled.
科学家们最初预计，每个简单运动神经元仅认真引发一个简朴行动——好比，使头部向左转10度 。然而，通事后续在祖克曼研究所举行的盘算剖析，研究职员发明激活每个运动神经元可以引发头部以多种方法转动，某些行动甚至与其他行动偏向相反，这取决于果蝇头部的初始姿态 。
图5：The tendons of yaw muscles are coupled.
加州大学圣巴巴拉分校分子、细胞与发育生物学系的博士生、本研究的第一作者本杰明·戈尔科体现：“我们能云云准确地激活单个神经元来驱动这些运动，让我感应很是兴奋 。”
科学家们将这种运动控制比作数字恒温器，凭证目今温度设定温度，房间将响应升温或降温 。同样地，当研究职员刺激每个运动神经元时，果蝇的头部就会朝着该神经元特有的姿势移动，凭证其初始姿势，昆虫的头部会向一个或另一个偏向旋转，以抵达预期的位置 。
图6：The tendons of yaw muscles are coupled.
研究团队提出的恒温器模子体现，当大脑想要以特定方法移启航体时，它不可简朴地每次都激活统一组运动神经元并期待获得相同的效果 。相反，大脑必需凭证吸收到的关于身体目今姿势的感官数据来盘算哪些运动神经元需要被激活 。现实上，当科学家刺激运动神经元时，停用监测果蝇头部位置的感受神经元，会改变昆虫的移动方法 。
图7：Neck musculature and nerves of Drosophila melanogaster.
在果蝇身上深入相识大脑在细胞层面的作用不但是理论研究 。“更深入地明确运动神经元的功效，有助于我们相识影响运动系统的疾病，如肌萎缩侧索硬化症（ALS），亦称为路易·盖里格病，”休斯顿博士说 。
图8：The tendons of yaw muscles are coupled.
接下来，研究职员希望探索果蝇中其他类型的神经元，如视觉系统中的神经元，它们怎样与运动神经元相互作用来控制运动 。
杂志：Nature
DOI：10.1038/S41586-024-07222-5
