脑机启侦 | 神经通路发现可能有助于治疗神经系统疾病（01.12）

你是否曾想过，当你一边吃着早餐一边阅读新闻，或者在开车时说话，甚至是用舌头清理卡在牙齿间的食物时，你的舌头和大脑是如何协调这些复杂动作的？这些看似简单的任务其实依赖于大脑对行为的实时监控和自动调整。然而，长期以来，科学家们对这一过程的具体神经通路知之甚少。

最近，康奈尔大学（Cornell University）的研究人员发现了小鼠用于指导舌头触碰目标的神经通路——上丘（superior colliculus）。这一脑区在灵长类动物（包括人类）中负责引导眼睛注视视觉目标。研究结果表明，人类很可能也使用相同的神经通路来控制舌头的触觉引导运动。

这项研究发表在《自然》（Nature）杂志上，题为《上丘中的触觉引导舌头控制图谱》。论文的第一作者是布兰登·伊藤（Brendan Ito）和高永杰（Yongjie Jason Gao），他们分别是康奈尔大学神经生物学与行为学的博士研究生和博士生。伊藤同时也是该论文的共同通讯作者。

研究介绍

“运动控制的核心在于实时监控行为并进行所谓的‘在线调整’。这些调整非常自动化，但在许多神经系统疾病中会出现问题。”该研究的通讯作者、康奈尔大学艺术与科学学院（A&S）神经生物学与行为学教授杰西·戈德堡（Jesse Goldberg）解释道。

如果剥夺了人类舌头的触觉反馈，语言会变得含糊不清，吞咽也会出现问题。事实上，在帕金森病、肌张力障碍或ALS等神经系统疾病中，最常见的死因之一是吸入性肺炎，因为患者无法很好地控制舌头，容易误吸食物和水。

研究方法

为了研究小鼠如何利用触觉反馈来调整舌头的动作，研究人员开发了一种技术，通过观察小鼠舔舐水龙头的行为来研究即时运动控制。在2021年的研究中，伊藤注意到，小鼠在舔舐时会利用极其细微的触觉反馈事件——例如舌头侧面的轻微触碰来智能地调整下一次舔舐的方向。

“小鼠每次舔舐大约有6到8次连续的动作。”伊藤解释道。“在新的实验中，我们将水龙头移动到小鼠左侧或右侧，而小鼠看不到水龙头，因此它必须依靠猜测，并根据最终的触觉反馈来确定水龙头的位置。”

研究人员通过高速摄像机和深度学习算法分析了数小时的视频，发现小鼠能够利用微弱的触觉反馈重新瞄准下一次舔舐，类似于人用手触摸杯子时通过小指感知其位置的过程。

接下来的问题是：小鼠的大脑是如何解决这个触觉反馈问题的？

研究人员使用光遗传学技术（通过光照抑制特定脑区的活动）进行了实验，结果令人惊讶：额叶皮层——已知负责小鼠舌头控制的区域——并不参与触觉反馈引起的舌头重新瞄准。相反，真正关键的区域是上丘，这是一个已知与视觉引导的眼动相关的脑区。

“上丘表面有一个视觉领域的地图，”伊藤说。“我们的新发现表明，它也包含了一个舌头表面的地图。”

“这听起来可能不太直观，”戈德堡补充道。“当你移动舌头时，你不会觉得你在重新利用视觉引导眼动的电路。但事实证明，在小鼠中，这是一种非常保守的脑结构。通常，这种级别的发现从小鼠扩展到人类的可能性很大。”

研究未来

这一发现不仅有助于理解触觉引导的舌头控制机制，还为研究语言障碍提供了新的思路。语言是一种复杂的触觉引导运动，涉及到舌头的精确控制。此外，这一发现也可能推动人工智能机器人技术的发展，帮助解决简单的人类或动物动作背后巨大的计算复杂性问题。

目前，约翰霍普金斯大学（Johns Hopkins University）的一个研究团队受到康奈尔大学团队的启发，正在测试这一发现是否适用于狨猴，以验证其在灵长类动物中的适用性。

新闻来源：Nature