新大腦地圖揭示我們如何控制身體運動

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人類大腦有突出的中央前回，它處于運動皮層的位置。圖片來源：Science Photo Library/Getty Images

近一個世紀以來，人們一直認為，橫跨大腦頂部的薄條狀組織——運動皮層，控制著身體運動。但《自然》發布的最新研究表明，身體運動可能受大腦中兩個不同網絡的控制，而并非僅這一個。

20世紀30年代，神經科學家Wilder Penfield和Edwin Boldrey對接受腦部手術的人的大腦進行了電刺激，結果顯示，初級運動皮層的不同區域控制著身體的不同部位。他們還發現，這些控制區域的排列順序與其所控制的身體部位相同，腳趾在一端，臉在另一端。

密蘇里州華盛頓大學醫學院的Evan Gordon和同事希望利用現代技術更詳細地研究Penfield和Boldrey的發現。他們對7個人進行了高分辨率的核磁共振腦部掃描，讓這些人躺在掃描儀里看著一個十字符號，共掃描了12到15個小時。

Gordon說，當參與者基本靜止不動，且不從事閱讀等復雜任務時，他們的大腦活動數據較為簡單，此時對大腦進行分析可以使研究人員能夠更好地觀察大腦的哪些區域在工作。

Penfield-Boldrey描繪的大腦地圖表明，初級運動皮層的一個區域與下半身的運動有關，一個與包括肩膀在內的手部相關運動有關，另一個與面部運動有關。

但Gordon和他的團隊發現，在這三個特定區域之外，大腦皮層還有3個區域散布在大腦地圖中，它們似乎是在協同工作，協調身體中心的運動，如肩膀和腹部。進一步的成像實驗表明，當移動腹部時，這些區域會變得特別活躍。

研究人員將這些中間區域命名為“軀體感覺-認知活動網絡”（SCAN），它構成了我們大腦中第二個不同的運動網絡。

然后，研究人員從幾個主要數據庫（如人類連接組項目和英國生物庫）獲取的大腦活動數據中尋找SCAN的跡象，發現它似乎存在于他們分析的所有樣本中。

Gordon說，SCAN網絡似乎與初級運動皮層的第一個網絡協同工作，初級運動皮層控制與手、腳和嘴有關的運動。而身體其他部位的運動，如臀部或背部，可能由運動皮層的其他區域控制，這些區域尚未被詳細繪制出來。

在實驗的另一部分，研究人員掃描了3個孩子的大腦——一個新生兒、一個11個月大、一個9歲，看看他們是否有SCAN。

雖然他們沒有在新生兒身上看到這個網絡，但在11個月大和9歲的孩子身上都有，這表明它是隨著嬰兒的成長而發展的。Gordon說:“11個月大的嬰兒可以有意識地移動他的胳膊和腿。而新生兒對自己的身體運動幾乎沒有控制力。”

研究小組想知道SCAN是否與帕金森病等疾病有關。帕金森病會影響運動，導致震顫等癥狀。Gordon說，雖然還需要進一步研究，但SCAN可能成為帕金森病和其他運動相關疾病的治療目標。

“這是對神經科學中長期存在的神經科學問題的新貢獻，該問題涉及運動皮層中神經元用來控制運動的機制。”倫敦大學學院的Patrick Haggard說，為了驗證這些結果，在人或其他動物可以自由移動的實驗中記錄SCAN神經元將是有用的，而不僅僅局限于掃描儀。