小腦核興奮性投射神經元調節身體快速反應詳解

瀏覽次數：954　發布日期：2023-7-26　來源：本站　僅供參考，謝絕轉載，否則責任自負

在運動過程中，中樞多個腦區協同作用可預判下一步進程，讓身體提前產生對未來動作的預測，以達到最佳的時空精度調節。當預測運動的指令和實際反饋的感覺信號不一致時，會產生預測誤差，而小腦在更正預測誤差和更新運動指令中具有重要作用。小腦中的下橄欖核（Inferior olivary，IO）和整合小腦的反饋興奮信號和抑制信號，并產生復雜的尖峰放電（complex spike，CS）。最近研究發現小腦的CS可能編碼對未來運動的預測，在羽毛球、兵半球等運動中，眼球和身體會產生高速移動，在眼球開始運動時，CS的信號最為強烈，隨后逐漸變小。小腦核（cerebellar nucleus，CN）可向IO腦區發出GABA能投射神經元，抑制CS信號的產生，以實現運動的精確預判。2023年7月20日，來自荷蘭鹿特丹伊拉斯謨斯大學神經科學系Zhenyu Gao團隊在nature neuroscience上發表題為“Excitatory nucleo-olivary pathway shapes cerebellar outputs for motor control”的研究論文，不同于經典的抑制性假說，該團隊發現CN到IO的興奮性投射神經元編碼眼球和上半身的快速運動。

1、FN的興奮性神經元投射到mcMAO腦區

內側小腦核（FN）腦區有大量神經元投射到尾部內側下橄欖核（cMAO），為了確定FN-cMAO的投射性質，研究人員在SLc17ac-CRE（VGluT2-CRE）和GAD2-CRE小鼠的FN腦區注射示蹤病毒，發現FN的谷氨酸能神經元投射到內側cMAO（mcMAO）腦區，而FN的GABA能神經元投射到外側cMAO（lcMAO）腦區，進一步通過免疫電鏡和電生理確定FN到mcMAO的投射神經元存在大量的谷氨酸突觸。

對投射到mcMAO的FN興奮性神經元（FNE-IO）和投射到lcMAO的FN抑制性神經元（FNI-IO）的進行解剖分布研究，發現FNE-IO主要接收小腦皮質小葉的III至VI區域浦肯野細胞的投射，主要投射到小腦的爬行纖維。而FNI-IO主要接收小腦后小葉IX和X區域浦肯野細胞的投射。

圖1、FN到cMAO的投射神經元類型鑒定

2、FN^E-IO投射調節小腦的復雜的尖峰放電

研究發現激活FNI-IO投射會抑制CS的活性，但是FNE-IO投射對CS的影響并不清楚。研究人員在FNE-IO投射中選擇性表達ChrimsonR，使用光遺傳學特異性激活FNE-IO投射，發現光遺傳學激活可在小腦小葉上記錄到出強烈的CS信號。而光遺傳學抑制可降低CS信號。使用fMOST發現FNI-IO投射可分為兩類，投射到運動和非運動相關腦區。

圖2、光遺傳學激活FN^E-IO投射誘導CS信號

3、FN^E-IO投射調節小鼠的眼球掃視運動和上半身運動

FN^E-IO投射到腦橋網狀核、巨細胞網狀核和脊髓等，這些核團參與眼跳運動和頭/頸運動。光遺傳學激活FN^E-IO投射對小鼠行為學進行檢測，發現激活FN^E-IO投射引起眼部水平軸方位的運動和輕微垂直方向的運動，并且光激發強度越大，眼球運動更明顯。此外激活FN^E-IO投射可引起自由運動的小鼠上身快速轉向對側。