作者:冯维维 来源: 中国科学报 发布时间:2020-10-19
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举重强化猴子神经

 

在两个月的时间里,研究人员训练猕猴举起越来越多的重量,直到它们能够做相当于单臂引体向上的动作。图片来源KELLY FINAN

根据英国纽卡斯尔大学神经学家Stuart Baker的说法,在携带运动信息沿脊髓向下的两条主要神经通道中,网状脊髓束(RST)显然没有那么重要。Baker说,与皮质脊髓束(CST)相比,RST与一些“无聊”的功能有关,比如姿势和行走。CST是最近才进化出来的,有助于控制复杂而独特的人类活动,比如弹钢琴。但他怀疑第一种脊髓束在运动中所起的作用比目前所认为的要大得多。

为了测试RST对力量训练的作用,Baker的博士生、目前在伦敦大学学院做博士后的Isabel Glover教两只猕猴用右爪抓住并拉动一个滑轮上的把手。她给猴子喂食水果、坚果或少量巧克力作为成功动作的奖励,然后逐渐增加滑轮另一端的重量。几个月后,这些动物能够拉动相当于自己体重的重量了。

在举重训练之前,研究人员在猴子的脑干和手臂肌肉中植入了电极。这使得科学家可以刺激CST或RST并测量肌肉的电反应。Glover在每天早晨训练开始前,让猴子拉动一根未加重的杠杆。然后她和Baker研究了在实验过程中神经连接是如何变化的。

在近日发表于《神经科学期刊》的研究中,他们发现,随着负重训练的继续,肌肉对第一次刺激的反应明显增强。到培训结束时,反应增加了大约50%。在训练结束后的两周内,研究小组继续追踪神经连接的强度,发现连接增强的情况持续存在。然而,在训练过程中,肌肉对CST刺激的反应并没有表现出同样的稳定增长,而在一只猴子身上,CST连接性似乎下降了。

实验完成后,研究人员解剖了两只猴子,在其脊髓中进一步发现的证据证明RST在重量训练中的作用。经过训练的一边(右)比未经训练的一边(左)的连接加强了,证明脊髓神经元对脑干的刺激有更强的电反应。Baker说:“它就像经过训练的那一边的音量被调高了。”对于CST来说,两边并没有什么不同。

“对我来说,最有趣的部分是脊髓的结果。”并未参与这项研究的澳大利亚昆士兰大学的神经科学家Timothy Carroll说,“这是一种以前从未尝试过的分析。他同意Baker的观点,认为第一阶段被“低估了”,并指出“在控制运动的过程中,确实过度强调了皮质。”他补充说,这项新研究“是一个很好的例子,说明在运动过程中,脑干和脊髓可能发生了很多变化”。

在未来,Baker想要了解增加RST的连接与受伤后的身体愈合有什么关系,以及如何帮助加速这一过程。例如,他与同事在今年早些时候发表的一项研究发现,非侵入性脑刺激可以加速中风患者手部功能的恢复。“我们对使用靶向刺激RST改善损伤后的恢复非常感兴趣。”他说。(冯维维)

相关论文信息:https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.1923-19.2020

https://www.jneurosci.org/content/40/30/5820

《中国科学报》 (2020-10-19 第2版 国际)
 
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