遇到風(fēng)沙要閉眼,，碰到危險(xiǎn)就躲閃……當(dāng)動(dòng)物遭遇外界侵害時(shí),，會(huì)本能地逃離或防備,，趨利避害，以更好地應(yīng)對(duì)外界環(huán)境,。
那么,，感受到外界信息后，大腦如何通過(guò)運(yùn)動(dòng)相關(guān)神經(jīng)元控制我們的肌體采取行動(dòng),？這個(gè)無(wú)法繞開(kāi)又令人困惑的重要疑問(wèn)由我國(guó)科學(xué)家找到了部分答案,。
日前，《美國(guó)科學(xué)院院刊》發(fā)表了中科院昆明動(dòng)物所研究員胡新天實(shí)驗(yàn)室的最新研究成果《運(yùn)動(dòng)命令在單個(gè)運(yùn)動(dòng)前神經(jīng)元的表達(dá)》,。這一發(fā)現(xiàn)表明,，每個(gè)運(yùn)動(dòng)命令在單個(gè)神經(jīng)元上得到了高度精確的表達(dá)，這是世界首次對(duì)這一基本問(wèn)題進(jìn)行探討,。
什么是運(yùn)動(dòng)控制研究,？為什么把眼睛作為運(yùn)動(dòng)控制研究的突破口？神經(jīng)元究竟怎樣傳達(dá)大腦的指令,？這一發(fā)現(xiàn)能給機(jī)器人設(shè)計(jì),、醫(yī)學(xué)應(yīng)用帶來(lái)怎樣的驚喜,？近日，胡新天接受了本報(bào)專訪,，為記者一一解答了這些疑問(wèn),。
為什么說(shuō)眼睛也是重要的運(yùn)動(dòng)器官？
如果把腦看成一個(gè)信息處理系統(tǒng),，那么感覺(jué)是它的輸入,，而運(yùn)動(dòng)是它的輸出。
作為輸入端的耳,、鼻,、皮膚、眼睛就如同一個(gè)個(gè)信息搜集器,，負(fù)責(zé)采樣,，把這些信息傳遞給大腦。例如眼睛的視網(wǎng)膜就是個(gè)感受器,，如同探頭,，把光信息轉(zhuǎn)化成電信息傳遞給大腦。另一方面,，作為大腦輸出的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)出命令到手,、腳、脖子這些器官,，它們根據(jù)命令采取相應(yīng)行動(dòng),，即我們所看到的動(dòng)物適應(yīng)性行為。
不過(guò),，據(jù)胡新天介紹,，在運(yùn)動(dòng)研究方面，國(guó)內(nèi)開(kāi)展的還很少,。
“把眼睛看成輸入端很容易理解,，但人們往往忽視它也是大腦的輸出端，也會(huì)做大量運(yùn)動(dòng),，其中最為常見(jiàn)的是一種稱為快速掃視的眼睛轉(zhuǎn)動(dòng),。”所謂輸入就是指射入眼睛的光線經(jīng)視網(wǎng)膜轉(zhuǎn)換后進(jìn)入大腦，而輸出就是眼睛按照大腦的命令進(jìn)行運(yùn)動(dòng),。胡新天告訴記者,，眼睛每天要做約20萬(wàn)次的快速掃視。
為什么選擇獼猴的眼動(dòng)系統(tǒng)做研究模型,？
胡新天的實(shí)驗(yàn)室主要以獼猴眼動(dòng)系統(tǒng)為模型,，研究大腦的運(yùn)動(dòng)控制機(jī)理。為什么單單選擇眼睛作為運(yùn)動(dòng)研究的突破口,？
原因一：研究眼睛不如手,、腳等其它器官那么復(fù)雜
據(jù)胡新天介紹,，在我國(guó)，運(yùn)動(dòng)研究相對(duì)于感覺(jué)研究還有很大距離,，因?yàn)檠芯渴?、腳等器官運(yùn)動(dòng)存在諸多技術(shù)難點(diǎn)。例如,，手,、腳有很多關(guān)節(jié)和肌肉，相應(yīng)的控制機(jī)制就很復(fù)雜,。另外,，它們控制通路的一部分在脊髓內(nèi)，目前的技術(shù)手段很難觀測(cè)到這部分神經(jīng)元的活動(dòng),。這些困難限制了研究的深入,，而眼睛運(yùn)動(dòng)相對(duì)簡(jiǎn)單，可以看作是繞眼眶內(nèi)一個(gè)固定點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng),，便于測(cè)量。同時(shí),，眼睛運(yùn)動(dòng)的整個(gè)控制回路都在腦內(nèi),，便于觀察記錄。
原因二,、眼睛的控制回路已經(jīng)清楚明了
上個(gè)世紀(jì)60年代,，美國(guó)科學(xué)家戴維·羅賓遜（DavidRobinson）發(fā)明了一種眼動(dòng)測(cè)量?jī)x，這使眼睛運(yùn)動(dòng)變成一種可以精確測(cè)量的行為,。眼睛運(yùn)動(dòng)的速度,、方向和幅度等指標(biāo)都可以精確量化。該項(xiàng)成果使研究控制眼睛行為的回路有了定量化的基礎(chǔ),。此外,，眼睛控制的回路都在腦內(nèi)，可以邊觀察眼動(dòng)邊記錄控制神經(jīng)元的活動(dòng),。
胡新天概括地說(shuō),，獼猴的眼睛運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)具有負(fù)荷恒定（因?yàn)檠劬Φ闹亓吭谝欢〞r(shí)間內(nèi)是基本恒定的），行為簡(jiǎn)單（三維轉(zhuǎn)動(dòng),，易于精確測(cè)量）,，控制回路神經(jīng)元容易記錄以及它的控制中樞包括了低位腦干和高級(jí)皮層的特點(diǎn)，這使得它成為腦功能研究中一個(gè)不可多得的系統(tǒng),。
“到目前為止,，在運(yùn)動(dòng)研究中，能夠被測(cè)量的最精確的行為就是眼動(dòng),。眼動(dòng)控制系統(tǒng)是目前運(yùn)動(dòng)控制研究中最為深入的領(lǐng)域,，它的低位腦干控制回路已基本清楚,。”胡新天說(shuō)。
單個(gè)神經(jīng)元究竟以何種方式表現(xiàn)大腦的命令,？
