大脑被广泛认为是人体最复杂的器官。一个多世纪以来，它处理感觉信息的复杂机制以及这些信息如何影响运动控制以及受运动控制影响，一直吸引着神经科学家。如今，借助先进的实验室工具和技术，研究人员可以使用动物模型来解决这个难题，特别是在小鼠大脑中。

20 世纪，麻醉小鼠实验证明，感觉输入主要定义初级感觉皮层的神经元活动，即处理感觉信息(包括触觉、视觉和听觉)的大脑区域。然而，在过去的几十年里，涉及清醒小鼠的研究表明，自发行为，例如探索性运动和称为“拂动”的胡须运动，实际上调节了初级感觉皮层的感觉反应活动。换句话说，神经元水平的感觉似乎基本上受到身体运动的调节，尽管相应的神经元回路和潜在机制尚未完全了解。

为了解决这一知识差距，来自日本的一个研究小组研究了初级体感桶状皮层(S1)——小鼠大脑中处理胡须触觉输入的区域。他们的最新研究 于 2023 年 12 月 1 日发表在 《神经科学杂志》 上，由藤田保健大学 (FHU) 的 Takayuki Yamashita 教授以及 FHU 和名古屋大学附属的 Masahiro Kawatani 博士及其团队进行。

S1 区域通过轴突接收来自其他几个区域的输入，包括次级体感皮层 (S2)、初级运动皮层 (M1) 和感觉丘脑 (TLM)。为了研究这些区域如何调节 S1 的活动，研究人员转向涉及 eOPN3 的光遗传学(一种通过光控制特定神经元群活动的技术)，eOPN3 是一种最近发现的光敏蛋白，能够有效抑制特定神经通路以响应光。他们使用病作为载体，将编码这种蛋白质的基因引入小鼠的 M1、S2 和 TLM 区域。然后，他们测量了清醒小鼠进行自发搅拌时 S1 区的神经活动。在此过程中，他们使用光作为 ON/OFF 开关选择性地抑制进入 S1 的不同信号输入，并观察 S1 处的效果。

有趣的是，只有从 S2 和 TLM 到 S1 的信号输入，而不是从 M1 到 S1 的信号输入，在自发搅拌期间调节 S1 中的神经元活动。具体来说，从 S2 到 S1 的路径似乎传达了有关晶须运动状态的信息。此外，TLM-to-S1 通路似乎传递与自发搅拌阶段相关的信息，该阶段遵循重复和有节奏的模式。这些结果挑战了既定观点，即感觉皮层中的神经元活动主要由运动过程中的运动皮层调节，正如 Yamashita 教授所说：“我们的研究结果引发了对运动感觉投射在感觉运动整合中的作用的重新思考，并揭示了一种新的机制。” S2 到 S1 投影的函数。”

更好地理解不同的大脑区域如何根据运动来调节彼此之间的活动可能会导致无数应用领域的进步。这些研究见解具有深远的影响，可能会彻底改变人工智能(AI)、假肢和脑机接口等领域。山下教授补充道：“了解这些神经机制可以极大地促进模仿人类感觉运动整合的人工智能系统的开发，并有助于为残疾人创造更直观的假肢和界面。”

总之，这项研究揭示了大脑复杂的运作方式。它还为研究身体运动和感官知觉之间的联系铺平了道路。随着我们继续探索与大脑相关的谜团，此类研究为我们了解人体最复杂的器官提供了重要线索。