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新方法提供了联系神经系统和运动功能障碍的路线图

运动障碍,例如缺乏协调能力,步态不整齐或失去平衡,可能是由神经系统疾病引起的,特别是那些影响神经系统运动区域的疾病。为了开发治疗方法,科学家经常转向疾病的动物模型。该策略不仅对于设计潜在疗法至关重要,而且对于深入了解有关神经系统组织和功能的基本问题至关重要。

直到最近,科学家还没有工具来系统地表征神经疾病的不同小鼠模型中特定的步行缺陷。为了解决这个问题,位于葡萄牙尚佩里莫的未知中心的梅根·凯里(Megan Carey)的实验室开发了LocoMouse:一种自动运动跟踪系统,可以捕获小鼠运动的精细细节。

凯里评论说:“就像托尔斯泰说的那样,所有正常的运动都是相似的,但是每种类型的异常运动都有其自己的神经基础。” 在托尔斯泰小说《安娜·卡列尼娜》(Anna Karenina)的开场白的自由诠释中,她抓住了该小组最新研究项目的精髓。

在科学杂志《 eLife》上发表的一项新研究中,凯里的团队使用LocoMouse来识别两种不同鼠标模型的高度详细的“运动标记”。这些签名有效地捕获了每只小鼠的行走缺陷的完整模式。分析运动信号和受影响的神经电路的模式之间的关系,然后提供了联系神经系统和运动缺陷的路线图。

连接神经系统和运动功能障碍

两只老鼠在一条直线路径上行走。他们以沉重而不确定的步骤缓慢行走。显然,两只老鼠都患有运动障碍,但是以某种不同的方式,很难用眼睛查明。他们独特的行走方式能说明潜在的原因吗?

“几年前,我们用LocoMouse发表了我们的初步结果,重点研究了一种名为pcd的小鼠模型,其代表浦肯野细胞。这些小鼠缺乏小脑中的一种主要细胞类型(浦肯野细胞)。这项研究很有趣,我们不知道赤字的模式到底有多普遍或有多具体。”

pcd和reeler都遗传了影响大脑小脑区域的遗传突变。小脑对于协调运动和跨物种正常行走很重要。”

这项研究的主要作者Ana Machado

pcd小鼠的神经损伤仅限于小脑,而reeler小鼠改变了整个大脑的发育和电路。“ reeler和pcd小鼠的运动行为明显不同,reeler受到的影响更严重。尽管如此,这两种模型的运动缺陷在训练有素的眼睛中看起来都像是“小脑”。我们问自己:'我们能定量捕获共有和特定的特征吗?这些老鼠的运动?”,“马查多说。

答案是“是”。研究人员发现,在四肢和身体之间的运动协调方式上有明显相似的损伤。他们的尾巴动作也受到影响。通常,小鼠控制尾巴以确保整体稳定性,但是pcd和reeler都无法做到这一点。结果,它们的尾巴由于肢体运动而被动地摆动。凯里说:“我们认为这种共同的赤字模式反映了小脑损伤的核心特征。”

除了共享的功能外,研究小组还确定了re绕小鼠特有的特定步行缺陷。Machado表示:“这些小鼠的运动变异性总体上要高得多。此外,它们的前肢而不是后肢支撑着体重。因此,他们不能将它们用于转向,从而导致轨迹不稳定”,Machado解释。研究人员将这些额外的损伤归因于小脑和整个大脑的脑电路差异。

研究运动缺陷的路线图

凯里回忆说:“当我们开始研究用于运动的神经回路时,总是在行为测量的特异性和可解释性之间进行权衡。” “借助LocoMouse,我们试图提供运动行为的全面定量描述以及在其中解释高维数据的概念框架。”

凯里说:“现在,我们有了一个新的路线图,可以使我们超越这两种鼠标模型并进行更多研究。” 她总结说:“我们有一种定量的方法可以将大量的高维度的行为数据映射到潜在的神经回路的复杂性上。这种方法可以扩展到更多的鼠标模型,并且可以对各种大脑区域和细胞类型进行不同的操作。” 。

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