哺乳动物运动中的'暂停-继续'复杂角色
作者: Peter D Gowdy, Ph.D., 翻译: 艾德琳
在复杂的哺乳动物运动网络功能中，“暂停-继续”的概念为运动和感觉刺激提供了一个全新的视角。与一些人的想法相反，停顿不是没有运动。它标志着运动的停滞，而控制肌肉的脊髓和神经细胞的活动仍在继续。在这种状态下，尽管身体停止了，但并没有崩溃，而是保持著一种主动的惯性。
“我们在中脑中发现了一组神经细胞，当受到刺激时，它们会停止所有运动。不仅仅是行走；所有的运动活动都会停止。这些细胞会导致小鼠停止呼吸或呼吸减慢，甚至他们的心率也会降低，”丹麦-瑞典神经科学家、这项开创性研究的合著者Ole Kiehn教授解释说。这项研究已经在2023年7月27日发表在《Nature Neuroscience》上，并受到了广泛的关注。”有多种机制可以停止运动。但是，这些特定的神经细胞格外突出。一旦被激活，它们会导致动作暂停或冻结，就像按下电影的暂停按钮一样，导致演员停在原地。”Kiehn教授解释道。
近期关于运动控制的研究，深入探讨了大脑如何协调动作。通过检查神经系统中的各种回路，包括脊髓（大脑信号的中心），研究人员重点关注了桥脚核（PPN）。之前的研究已经确定了促进运动的神经细胞。然而，这项研究发现了PPN中的一个独特的神经元集合。当这些神经元被刺激时，它们表现出了引人注目的“暂停-继续”模式，暂停所有的动作，并且是自愿。这种独特的反应与脑干中先前检测到的其他暂停动作机制（例如，非自愿的由恐惧引起的“冻结”反应）有所区别。
Ole Kiehn教授拥有辉煌的职业生涯和双重身份。他是丹麦哥本哈根大学神经科学系综合神经科学教授，并拥有瑞典卡罗林斯卡学院神经生理学教授头衔。他的开创性工作证明了这一发现的重要性。
此项研究显示，由环境的感官刺激引起的停顿可以提高对特定刺激的注意力。如果被认为不具有威胁性或无关紧要，则行动将恢复。这种行为可以在野外观察到，像跟踪猫或徘徊的狮子这样的动物会自愿地展现这种暂停，让它们在准备攻击或避免被发现的同时，以高度集中的姿态专注于猎物。
这种机制的一个有趣的方面是它对关键身体系统的影响。在此暂停期间，呼吸频率下降，甚至有时停止，并且心跳明显减慢。它并不是一种高度警觉的状态，更像是一种专注的姿势。
这种暂停发生速度非常快，大约在200毫秒内发生。如此快速的速度表明神经系统具有类似记忆的功能，可以回忆起之前的动作，并准备在暂停之后继续。然而，这一过程的细微差别仍在深入研究中。
对于常规的动作，例如走路，大脑并不向肌肉传达复杂的、逐步的指令。相反地，它向脊髓发送高水平的执行指令，脊髓中的神经细胞电路产生节奏，并确保各种肌肉之间的协调，类似于一个预先编程的例行程序。这种节奏性模式可以在执行命令下被中断，然后迅速恢复，正如研究中所证明。
在这些停顿期间神经细胞和高度注意力之间的潜在关系可以引导进一步研究的方向。虽然目前的研究结果并未最终将运动停止与高度关注联系起来，反之亦然，但它们暗示了一种值得进一步探索的相互作用。
这项研究的影响深远，可能会揭示像帕金森病这样的疾病，这种疾病的特征是运动症状，如运动减缓、震颤和冻结步态。通过探索这种运动停止的细节，有望为这些具有挑战性的症状揭示新的信息，并可能导致新的治疗方法。
在接下来的十年中，研究将扩展到更深入的运动控制领域中，重点关注大脑区域并了解高级大脑功能如何影响运动行为。通过这些研究，有可能弥合运动输出和认知过程之间的鸿沟，可能揭示意识和决策制定的方面。
虽然基于这些发现的治疗方法仍然是未来的事情，但这项基础研究为潜在的未来创新奠定了基础。人们乐观地认为，这些发现最终可能会提高患有运动障碍个体的生活质量。