當(dāng)葡萄牙Champalimaud基金會的神經(jīng)科學(xué)家Eugenia Chiappe第一次看到這些結(jié)果時，她有一種預(yù)感，她的團隊有了一個特殊的發(fā)現(xiàn)。他們從視覺神經(jīng)元中進行記錄，但房間是黑暗的，所以沒有視覺信號可以以這種方式驅(qū)動神經(jīng)元。

Chiappe回憶說：“這意味著這種不尋常的活動要么是一種偽裝，這不太可能，要么是來自于非視覺來源。在對干擾的可能性進行調(diào)查和排除后，我確信：神經(jīng)元在忠實地跟蹤動物的步伐。”

幾年后，研究人員有了許多新的見解，Chiappe和她的團隊現(xiàn)在在科學(xué)雜志《神經(jīng)元》上介紹了他們的發(fā)現(xiàn)：一個連接腿部和視覺系統(tǒng)的雙向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，以塑造行走。

Chiappe說：“我們發(fā)現(xiàn)的最顯著的方面之一是，這個網(wǎng)絡(luò)同時支持兩個不同時間尺度的行走。它在一個快速的時間尺度上運行，以監(jiān)測和糾正每一步，同時促進動物的行為目標(biāo)。”

Chiappe說：“視覺和行動似乎不相關(guān)，但它們實際上是緊密聯(lián)系的;只要在墻上選擇一個點，試著閉著眼睛把手指放在上面。然而，人們對這種聯(lián)系的神經(jīng)基礎(chǔ)知之甚少。”

在這項研究中，研究小組專注于一種特殊類型的視覺神經(jīng)元，這種神經(jīng)元已知與運動腦區(qū)相連。該研究的第一作者Terufumi Fujiwara解釋說：“我們想確定這些神經(jīng)元接收的信號，并了解它們是否以及如何參與運動。”

為了回答這些問題，F(xiàn)ujiwara使用了一種強大的技術(shù)，即全細胞貼片記錄，使他能夠進入神經(jīng)元的“情緒”，它可以是積極的，也可以是消極的。

“神經(jīng)元利用改變接收神經(jīng)元整體電荷的電流相互交流。當(dāng)神經(jīng)元的正電荷更多時，它更有可能變得活躍，然后向其他神經(jīng)元傳遞信號。另一方面，如果電荷更多是負(fù)的，神經(jīng)元就更容易被抑制，”Fujiwara解釋說。

觀察每一步

研究小組跟蹤了神經(jīng)元的電荷，發(fā)現(xiàn)它與動物的步伐同步，其方式是對每個動作進行微調(diào)的最佳方式。“當(dāng)腳在空中時，神經(jīng)元更積極，準(zhǔn)備在需要時向運動區(qū)發(fā)出調(diào)整指令。另一方面，當(dāng)腳在地上時，使調(diào)整成為不可能，這產(chǎn)生更多的負(fù)電荷，有效地抑制了神經(jīng)元，”Chiappe說。

保持路線

當(dāng)研究小組進一步分析他們的結(jié)果時，他們注意到神經(jīng)元的電荷也在一個較長的時間尺度上發(fā)生變化。具體來說，當(dāng)果蠅快速行走時，產(chǎn)生越來越多的正電荷。

“我們相信，這種變化有助于維持動物的行為目標(biāo)，”Fujiwara說。“蒼蠅快速行走的時間越長，它需要幫助來維持這一行動計劃的機會就越大。因此，神經(jīng)元變得越來越‘警覺’，并準(zhǔn)備好被‘招募’用于運動控制。”

隨后研究人員進行了許多實驗，對該網(wǎng)絡(luò)進行了更全面的描述，并證明其直接參與了行走。但據(jù)Chiappe說，這項研究甚至比揭示一個新的視覺-運動回路更進一步，它還為運動的神經(jīng)機制提供了一個新的視角。

“目前關(guān)于行為如何產(chǎn)生的觀點是非常‘自上而下’的：大腦指揮著身體。但我們的結(jié)果提供了一個明確的例子，說明源自身體的信號如何有助于運動控制。雖然我們的研究結(jié)果是在果蠅動物模型中得出的，但我們推測，類似的機制可能存在于其他生物體中。”她總結(jié)說：“在探索、導(dǎo)航和空間感知過程中，與速度有關(guān)的表征是至關(guān)重要的，這些功能是包括人類在內(nèi)的許多動物所共有的。”