连接神经和运动缺陷的路线图

运动缺陷，如缺乏协调性，步履蹒跚，或失去平衡，可由神经系统疾病引起，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，科学家们经常求助于疾病的动物模型。这一策略不仅对设计潜在的治疗方法至关重要，而且对深入了解神经系统的组织和功能的基本问题也至关重要。

直到最近，科学家们还没有工具来系统地描述不同神经系统疾病小鼠模型的特定行走缺陷。为了解决这个问题，梅根·凯里在葡萄牙尚帕利莫未知中心的实验室开发了一种自动运动跟踪系统，可以捕捉老鼠运动的细节。

“就像托尔斯泰说的，”凯里评论道，“所有正常的运动都是相似的，但每一种异常的运动都有自己的神经基础。”在对托尔斯泰(Tolstoy)小说《安娜·卡列尼娜》(Anna Karenina)开篇一句话的自由意译中，她抓住了她的团队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locomohouse为两种不同的小鼠模型识别出高度详细的“运动特征”。这些特征有效地捕捉了每只小鼠行走缺陷的完整模式。分析运动特征与影响模式之间的关系神经回路然后提供了一个联系神经和运动缺陷的路线图。

连接神经和运动缺陷

两只老鼠走在一条直线上。他们迈着沉重而不稳定的步子慢慢地走着。很明显，两只老鼠都有运动缺陷，但方式有些不同，很难用肉眼确定。他们独特的走路方式能说明什么潜在原因呢?

“几年前，我们发表了与移动实验室合作的初步结果，重点研究了一种名为pcd的小鼠模型，pcd代表浦肯野细胞变性。这些小鼠缺乏小脑中的一种主要细胞类型(浦肯野细胞)。虽然这项研究的初步结果很有趣，但我们不知道赤字的模式会有多普遍或多具体，”凯里解释道。

该研究的主要作者安娜·马查多(Ana Machado)说:“pcd和reeler都遗传了影响小脑的基因突变。”“小脑对于协调运动和跨物种正常行走很重要。”

pcd小鼠的神经损伤局限于小脑，而卷轴鼠则改变了整个大脑的发育和回路。“卷轴鼠和pcd鼠的运动行为明显不同，卷轴鼠受到的影响更严重。不过，在受过训练的人看来，这两个模型的运动缺陷大致上是“小脑性”的。我们问自己:‘我们能定量地捕捉这些老鼠运动的共享和特定特征吗?’”马查多回忆道。

答案是肯定的。研究人员在四肢和身体的运动协调方面发现了非常相似的损伤。它们尾巴的运动也受到了影响。一般来说，老鼠控制自己的尾巴以确保整体稳定，但pcd和卷轴都无法做到这一点。因此，它们的尾巴被动地摆动，作为肢体运动的结果。凯里说:“我们认为这种共同的缺陷模式反映了小脑损伤的核心特征。”

除了这些共同的特征外，研究小组还发现了卷轴鼠特有的特定行走缺陷。“这些人的运动变异性总体上要高得多老鼠．此外，它们用前肢而不是后肢支撑自己的体重。因此，他们不能使用它们来转向，这导致了不稳定的轨迹，”Machado解释道。研究人员将这些额外的损伤归因于小脑和整个大脑中大脑回路的差异。

研究运动缺陷的路线图

“当我们开始研究运动的神经回路时，在行为测量的特异性和可解释性之间总是有一个权衡，”凯里回忆道。“通过‘移动房屋’，我们试图提供一个全面的、定量的运动行为描述，以及一个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，将允许我们超越这两种小鼠模型，研究更多的小鼠模型。”“我们有一种定量的方法，可以将巨大的高维行为数据集映射到复杂的底层神经回路上。这种方法可以扩展到更多的小鼠模型，对不同的大脑区域和细胞类型进行不同的操作，”她总结道。