运动控制导论

对运动行为的控制，即我们大脑中的思维如何转化为身体动作，是行为科学家所能提出的最重要问题之一。从根本上说，了解我们的神经系统如何感知和整合感觉信息，并通过肌肉骨骼系统引发反应，具有重要的科学意义。同时，对运动控制的深入理解将有助于我们开发出更好的工具，以帮助患有运动障碍的患者。

在本视频中，您将了解运动控制的神经生物学基础、该领域的基本科学问题、一些重要的实验技术，以及这些技术在研究运动行为中的若干具体应用。

首先，让我们来看看科学家目前对运动控制神经生物学的了解。

我们神经系统的不同部分似乎以层级方式协同作用，以控制运动行为。在神经解剖学层级的顶端是运动皮层，包括前运动皮层和初级运动皮层。通过运动皮层的冠状切面可以发现，初级运动皮层发出“上运动神经元”沿脊髓下行，以控制不同部位的运动。控制特定身体部位的神经元定位于运动皮层的相应区域，因此可以大致识别出身体的“运动图谱”，并以“皮层小人（cortical homunculus）”的形式表示。

位于初级运动皮层前方的是前运动皮层，据认为其参与任务特异性复杂运动的控制。除了直接控制运动外，前运动皮层还被认为在运动规划和学习中起重要作用。

大脑中另外两个区域可能在运动控制中发挥重要的整合功能：小脑和基底神经节。小脑利用来自多种感觉系统的信息，精细调节 locomotion 的各个方面，如节律、步态、平衡和姿势。它也被认为参与运动规划和学习。基底神经节与大脑皮层及其他脑区有丰富的连接，被认为参与从多种可能动作中选择一个执行。一些主要的运动障碍疾病，如帕金森病和亨廷顿病，已被归因于基底神经节的损伤。

在运动层级的更下游是脑干和脊髓。来自运动皮层的上运动神经元沿锥体束下行，与直接控制运动的下运动神经元相连接。另一方面，接收来自其他脑区输入的锥体外束主要负责调节运动的某些方面，如平衡、姿势和协调性。

除了接收来自高级中枢的指令外，从脊髓发出的运动神经元还负责执行不自主的脊髓反射，例如膝跳反射，在这种反射中，感觉信息直接决定运动反应。

在回顾了运动控制的神经相关机制之后，让我们来看看运动行为领域中的一些主要科学问题。

尽管人们对不同脑区在运动控制中的作用已有大致了解，但科学家仍在努力揭示这些系统在运动障碍疾病中发生了哪些变化。当前正在研究的具体运动功能包括平衡与协调能力，以及灵巧性。随着实验工具的不断改进，一些研究人员正试图精确定位这些疾病背后病理事件的发生位置。

该领域的另一个重要问题是：我们的感觉感知如何影响运动行为？例如，科学家正在探索视觉错觉或具有不同视角的目标如何影响自主与非自主运动，同时也在研究当受试者接收到不同的视觉和运动线索时，姿势是如何被调整的。

最后，科学家还关注运动技能的习得过程。这可能涉及探究学习一项运动技能所需的时间长短、所需的反馈类型，以及所习得技能的持久性。

在回顾该领域的一些主要问题后，让我们来看看用于回答这些问题的实验工具。

啮齿类动物（如小鼠和大鼠）常被用于评估运动行为的测试。例如，基本的运动功能可通过跑步机运动或开放场地活动来评估；而让啮齿类动物在平衡木或转棒上运动，则可用于测试其运动平衡与协调能力。

此外，可通过涉及获取食物奖励的范式来研究啮齿类动物的运动学习。食物抓取任务也可用于评估动物前肢的灵巧性。这些行为测试可与药物干预或手术等操作相结合，以将特定运动行为与明确的神经机制联系起来。

最后，为了观察运动过程中发生的神经变化，可应用成像与电生理测量技术。例如，活细胞成像、脑电图（EEG）和肌电图（EMG）等技术可用于在受试动物执行运动任务时，测量其神经元和肌肉的活动。

在了解了一些用于研究运动控制的常用方法后，让我们讨论这些技术的一些应用。

如前所述，行为测试可与手术诱导的损伤相结合，以研究特定神经损伤与运动行为之间的关联。在这项研究中，研究人员在大鼠的一侧颈髓诱导了损伤，随后测试了动物在运动和取食任务中肢体使用的变化。这些实验有助于科学家理解特定神经回路在肢体运动活动中的作用。

为了研究感觉信息在运动控制中的作用，研究人员可以开展实验，向受试者提供特定的感觉刺激，并观察其对运动的影响。在这项研究中，受试者被置于一个视觉环境和支撑表面均可编程移动或摇摆的环境中，随后评估其调节姿势和维持平衡的能力。

最后，一些科学家正在开发同时结合多种数据采集模式的实验方案，以更全面地揭示运动控制机制。在这项研究中，科学家结合使用脑电图（EEG）、肌电图（EMG）和动作捕捉技术，以考察参与者在执行真实世界运动任务时的神经活动。

您刚刚观看了 JoVE 关于运动行为控制的视频。该视频回顾了当前对运动控制的神经生物学理解、该领域的重要问题和主要研究方法，以及这些方法在运动行为研究中的一些应用。一如既往，感谢您的观看！