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康奈尔大学的研究人员首次开发出一种研究小鼠运动控制的神经科学的技术,即在舔水嘴时将注意力集中在小鼠的舌头上。该技术在一个易于处理的实验装置中结合了高速相机和机器学习功能,这为揭示运动皮层如何运作的奥秘,了解帕金森氏病等相关疾病的神经基础以及为机器人提供了信息打开了大门。
神经生物学和行为学副教授杰西·戈德伯格(Jesse Goldberg)说:“我们现在有了一种使用鼠标的方法,可以将现代神经科学的所有工具用于解决这个真正经典的运动控制问题。”
戈德伯格说,运动控制神经科学领域几乎完全是通过研究猴子伸手拿东西来取得进步的。他的实验室多年来尝试为更快,更具延展性的实验开发小鼠模型,但发现在使小鼠四肢伸直方面存在太多限制。小鼠缺乏这种运动所必需的生物力学和性质。
Tejapratap Bollu,在戈德堡实验室的一名前研究生谁是工作在不同的项目,涉及的老鼠舔水喷口,取得这一发现导致了新的技术。水嘴装有接触传感器,但通常,舌头会漏掉目标。
戈德伯格说,博卢“小心翼翼地注意到,(老鼠)实际上是在伸出舌头,寻找着喷口,而不是像以前那样舔。”
研究人员发现,老鼠的运动发生在每次舔时接近100毫秒的时间尺度上,类似于猴子伸手并做出调整并以惊人的相似方式激活运动皮层。
使用高速摄影机,研究人员可以观察到舌头伸向喷水嘴,就像人类伸向物体一样。他们还可以移动喷水嘴,这会导致漏水并立即纠正。同时,转基因小鼠允许研究人员在动物饮酒时使用光来打开和关闭大脑的不同部分。
研究人员能够使用大脑激活实验来放大前外侧运动皮层。戈德伯格说:“那里的电信号与人们在灵长类动物触及任务中观察到的电信号具有显着的相似性。”
他说:“现在我们可以进行从未做过的实验。”
康奈尔神经技术公司开发的技术可以使例如一次记录数千个神经元的动物成为可能。在接下来的步骤中,戈德堡计划使用这些工具来首次表征神经系统疾病(如帕金森氏病)中的致病性脑信号的起源。
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