神经系统如何工作？《Nature》告诉你

　　

生物通报道：人类大脑的神经系统堪称世界上最复杂微妙的工作机器，来自美国国立卫生研究院，韩国梨花女子大学等处的研究人员发表了题为“Concurrent activation of striatal direct and indirect pathways during action initiation”的文章，发现了神经系统在启动一个行动时候的作用方式，这为研制针对多种神经系统疾病，如帕金森氏症的新治疗方法，铺平了道路，相关研究成果公布在1月23日Nature杂志上。

文章的第一作者分别是NIH的崔国宏（Guohong Cui，音译），以及韩国梨花女子大学的Jun Sang-beom，这项研究确认了启动一个行动时，直接和间接的两种工作途径。

此前，科学家们认为直接途径只有在启动一个行动的时候才会被激活，而间接途径则只有在抑制一个行动的时候才起作用。

“这项研究成果十分重要，因为新研究不仅表明了启动一个行动时神经系统的作用机制，而且也指出了清晰识别之前无法观察到的许多神经通路的方法”，Jun表示。

在之前的研究中，无法获得个人神经通路的信号，这是因为存在许多相互作用的神经通路。

这一研究小组利用荧光钙指示剂蛋白GCAMP3放大了靶向途径的信号。“这项研究发现了直接和间接途径在启动行为的时候会被激活，这将有助于开发新的，以前无法治疗的各种神经系统疾病的方法，如帕金森氏症，”Jun说。

关于神经系统作用的奥秘，近期来自哈佛大学的研究人员获得了类似于皮质骨髓运动神经元的神经细胞。这一发现表明医生或许能够使用完整的神经元来补充被神经变性疾病毁坏的细胞。

研究人员利用一种转录因子或者控制其它基因表达的蛋白质（Fezf2蛋白质）来引发重新编程。研究团队称Fezf2蛋白质被认为在胚芽期的皮质骨髓神经元发育中扮演着重要角色。这一发现告诉我们，大脑或许并非如我们一直认为的无法改变，因为我们至少能够在早期阶段将一种神经元种类重新改编为另一种。 （生物通：万纹）

原文摘要：

Concurrent activation of striatal direct and indirect pathways during action initiation

The basal ganglia are subcortical nuclei that control voluntary actions, and they are affected by a number of debilitating neurological disorders1, 2, 3, 4. The prevailing model of basal ganglia function proposes that two orthogonal projection circuits originating from distinct populations of spiny projection neurons (SPNs) in the striatum5, 6—the so-called direct and indirect pathways—have opposing effects on movement: activity of direct-pathway SPNs is thought to facilitate movement, whereas activity of indirect-pathway SPNs is presumed to inhibit movement1, 2. This model has been difficult to test owing to the lack of methods to selectively measure the activity of direct- and indirect-pathway SPNs in freely moving animals. Here we develop a novel in vivo method to specifically measure direct- and indirect-pathway SPN activity, using Cre-dependent viral expression of the genetically encoded calcium indicator (GECI) GCaMP3 in the dorsal striatum of D1-Cre (direct-pathway-specific6, 7) and A2A-Cre (indirect-pathway-specific8, 9) mice10. Using fibre optics and time-correlated single-photon counting (TCSPC) in mice performing an operant task, we observed transient increases in neural activity in both direct- and indirect-pathway SPNs when animals initiated actions, but not when they were inactive. Concurrent activation of SPNs from both pathways in one hemisphere preceded the initiation of contraversive movements and predicted the occurrence of specific movements within 500 ms. These observations challenge the classical view of basal ganglia function and may have implications for understanding the origin of motor symptoms in basal ganglia disorders.