研究人员发现了一条连接脑干和脊髓的神经通路网络，该网络帮助控制手部和手臂运动，揭示了神经系统一个意料之外的层次，使人们能够抓握、持握和操控物体。由加州大学河滨分校领导的研究发表在《美国国家科学院院刊》上，表明控制随意手部运动的信号不仅直接从大脑传递到脊髓，还通过脑干和脊髓最上段的中继中心传递。
通过绘制这一通路，研究人员表示，该工作可为开发恢复中风或其他神经损伤后手部及手臂功能的新疗法提供指导。
重新思考运动的起点
脑干是大脑底部一根狭窄的茎状组织，连接大脑与脊髓，调节呼吸、姿势和平衡等许多基本功能。外皮层是大脑大而皱褶的外层，传统上被认为是随意运动和意识思维的指挥中心。
“长期以来，我们认为人类的精细手部运动几乎完全由皮层控制，”领导这项研究的UCR生物工程助理教授Shahab Vahdat说。“我们观察到的是，进化上更古老的脑干结构也发挥着重要作用。”
成像手部控制的实际运作
研究人员观察到延髓（脑干的最低部分，位于脊髓正上方，有助于调节呼吸和心率等基本过程）两个区域的活动。延髓也是大脑与身体之间信号传递的主要交叉路口。
为了研究这些系统如何相互作用，团队使用了功能性磁共振成像（fMRI）来检查小鼠和人类在受控手部运动期间的大脑活动。
在小鼠中，动物被训练用前爪按压一个小杠杆，同时研究人员记录大脑和脑干的活动。人类志愿者在扫描仪中执行类似任务，用手指以不同的力度挤压一个装置。
“我们想看看控制啮齿动物前肢运动的相同底层网络是否也可能存在于人类中。这并非理所当然，因为人类拥有更先进的运动控制，”Vahdat说。“尽管我们的大脑存在差异，但我们发现这些区域之间的交流具有惊人的相似性。”
保守的中继与临床前景
扫描揭示了延髓的两个区域在任务期间持续活跃，并与大脑的感觉运动区域紧密相连。这两个区域在两种物种中均出现，表明底层回路在哺乳动物中是保守的。
该研究还首次通过测量人类大脑活动表明，颈部脊髓的两个节段（C3和C4颈椎）通过作为脑干与直接激活手部肌肉的较低脊髓之间的中继，帮助控制手部。
这些发现共同表明，随意手部运动依赖于一个多阶段通路，在该通路中，来自皮层的信号在与大脑和脊髓网络整合后才到达肌肉。
这项工作还可能对中风康复产生影响。皮层运动区域的损伤常使患者手部持续难以活动，而识别额外的运动通路可能为旨在刺激存活回路的神经调控疗法提供新靶点。
“这些通路为我们提供了额外的探索目标，”Vahdat说。“如果我们在中风后能够激活它们，它们可能有助于代偿并恢复手部和手臂的功能。”
出版详情
Vishwas Jindal 等人，哺乳动物前肢运动控制的延髓和C3–C4固有脊髓通路，《美国国家科学院院刊》（2026）。DOI: 10.1073/pnas.2518217123
期刊信息：《美国国家科学院院刊》
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