为了了解我们的神经系统如何让我们在成长过程中移动和学习新的动作，例如走路或游泳，研究人员仔细研究了斑马鱼的神经系统，并建立了斑马鱼脊髓回路的发育模型，以测试和进一步了解脊髓回路的运作为移动。他们的计算研究“为发育中的斑马鱼的运动建模脊髓运动回路”，最近发表在eLife杂志上。
为了了解更多信息，我们与资深作者、生物学系副教授、神经运动电路实验室负责人、uOttawa Brain and Mind Research Institute 成员 Tuan Bui 进行了交谈。
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“了解脊髓如何控制我们的身体对于改善因神经系统损伤或疾病引起的运动障碍的治疗至关重要。我们检查了斑马鱼脊髓的功能，因为斑马鱼和哺乳动物有许多共同的脊髓神经元。这些淡水鱼类是生物医学研究中广泛使用的模式生物。
“最近的研究描述了成长中的斑马鱼的游泳动作和这些发育阶段存在的脊髓神经元。这些研究促使我们询问脊髓的哪些变化有助于年轻斑马鱼在成熟时获得新的游泳动作。”
“脊髓是一个细长的管状结构，从脑干延伸到脊柱的下部。它包含几个神经细胞群(神经元)，有助于控制和协调所有身体肌肉并帮助进行运动。我们尚未完全了解每个脊髓神经元的作用以及它们如何与其他神经元和肌肉交流以促进动物的运动。
“在发育早期，脊髓中的新神经元形成，脊髓神经元之间建立了新的连接。对于包括人类婴儿在内的年轻动物来说，这些新神经元的形成和这些神经连接的建立与制造神经元的能力相吻合。随着身体的成长和成熟，新的、更熟练的动作。了解脊髓如何控制我们身体的一种方法是检查新的神经元和连接如何负责获得新的运动。”
你的团队发现了什么?
“我们在不同发育阶段建立了脊髓的计算模型。模拟表明，斑马鱼的新游泳动作可能源于向脊髓添加特定的新神经元和脊髓神经元之间的新连接。这些添加使脊髓能够控制步伐和新动作的持续时间。
“我们还确定了在不同运动中重复的神经活动模式。例如，为了使左右两侧交替的尾拍，脊髓一侧的神经元激发另一侧的神经元以切换方向尾拍。然而，这种全身激活的时机非常精确，以确保每一侧都有足够的时间来产生尾拍。这些模式可能存在于人类如何进行步行和游泳等运动活动中。”
“我们的模型将识别脊髓中参与促进运动的不同神经元的新功能。更好地了解脊髓的工作原理将有助于识别以恢复运动为目标的神经元。然而，使因受伤而运动受损的个体受益或疾病，我们的研究结果需要结合改进的方法来修复或重新激活神经系统。”
uOttawa 研究生 Yann Roussel 是这项研究的主要作者，该研究还涉及 uOttawa 博士候选人 Stephanie Gaudreau 和荣誉学生 Emily Kacer，以及华盛顿大学医学院的合作者 Mohini Sengupta。