髓鞘受损时运动学习任务的神经回路基础

大学研究团队的国际合作首次阐明了髓鞘受损时运动学习任务的神经回路基础。

他们还通过将适当的动作与大脑的光仿真配对以促进神经元活动的同步，成功地弥补了运动学习过程受损的情况。这可能有助于将来治疗白质功能受损的神经和精神疾病。

髓磷脂的作用

髓鞘是在轴突周围形成的鞘，调节电脉冲的速度并有效地在神经元之间传递电脉冲。髓鞘束充当连接遥远大脑区域的电缆。一旦髓鞘化受损或髓磷脂受损，神经元内脉冲的传播就会减慢或失调。

这种调节障碍与神经元群体的异常活动有关，导致学习障碍和衰老(尤其是痴呆和阿尔茨海默氏病)。在阿尔茨海默氏病患者的MRI扫描中已经观察到白质的变化。但是，人们对髓鞘形成的确切受损如何影响对学习和认知至关重要的大脑的电路特性仍然知之甚少。

这项新研究表明，髓鞘形成受损会导致神经元之间不协调或异步的电脉冲传输。髓鞘受损被证明对小鼠的运动学习有不利影响，这表明协调传递对有效学习至关重要。

方法

采用体内两光子显微镜，在运动学习活动过程中，对髓磷脂受损小鼠的初级运动皮层神经元的种群活动进行测定。对小鼠进行了训练，以拉动并握住将分配水滴的杠杆。鼠标行为由红外摄像机监控。

在训练的早期，髓磷脂受损的小鼠和对照小鼠的表现没有差异。但是，在训练的后期，髓磷脂受损的小鼠执行任务的成功率较低，尽管尝试次数相似。尽管这表明它们的动机水平是相同的，但是髓磷脂缺乏使小鼠提高其完成这项任务的能力变得更加困难。这也降低了其运动的准确性并增加了神经元群体的自发活动。

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细胞的信息。

在拉动拉杆任务期间，运动皮层(输出区域)的电刺激被用于促进运动皮层中神经元的同步活动，并试图补偿小鼠的表现。这促进了学习过程中丘脑皮层轴突的同步活动，并提高了髓磷脂损伤小鼠的成功率。

结果是什么意思?

这项研究的发现阐明了髓鞘受损如何影响病理神经元回路活动。结果还表明，将无创脑模拟与相关行为配对以纠正白质受损疾病早期阶段的认知和行为异常可能是可行的。