动物的运动是复杂的，尤其是人类。各种各样的神经元协调我们肌肉的活动和不活动，如果没有这种协调，当我们出去散步时，我们就会脸朝下地摔倒在地。
科学家们很早就知道，脊髓中激活肌肉的运动神经元是如何组织起来产生更有力的输出的，比如从散步到慢跑再到跑步。然而，对于脊髓抑制性间神经元如何通过改变速度来抑制或抑制其他神经元和相关肌肉群，我们知之甚少。
现在，西北大学的一个研究小组在对斑马鱼的研究中发现，在这些关键的抑制神经元诞生的时间、它们参与不同的运动速度以及它们刺激的运动神经元的哪个部分之间，存在着一种非常有序的关系。由于这种分隔的设置，运动神经元接收到的抑制量被调节到不同的运动速度。
斑马鱼是一种模型生物，它的脊髓工作方式与我们的类似。更多地了解游动鱼类的波动运动将使科学家更好地了解人类是如何行走的。
这项研究将在10月23日的《科学》杂志上发表。
该研究的通讯作者David McLean说:“更好地理解脊髓中的神经回路是如何组织起来协调运动的，这让我们在受损或患病时能够更好地修复。”
他说:“事实上，我们在神经系统相对原始的部分脊髓和相对原始的脊椎动物中发现了这种模式，这意味着神经系统利用这种分隔结构来调节活动的时间比我们预期的要早得多。”“这有点像在考古挖掘中发现内燃机零件。”
这有点像在考古挖掘中发现内燃机零件。神经生物学副教授David McLean说
麦克莱恩是温伯格艺术与科学学院的神经生物学副教授。他研究运动网络的发展和功能组织。通过对这些神经网络如何控制运动方向和速度的研究，麦克莱恩希望揭示出有助于解释影响我们运动能力的疾病的广泛原理，如帕金森氏症、癫痫和脊髓损伤。
麦克莱恩说:“作为神经科学家，我们的工作就是弄清楚神经系统中产生行为的巨大复杂性。”“我们这样做的一种方式是寻找模式，让我们感觉其中存在一种潜在的逻辑——一种连接物种并对大脑其他部分有用的算法。”我认为，这就是其中一种模式。”
在他们的研究中，麦克莱恩和他的团队使用了许多先进的方法，包括使用激光和荧光蛋白来照亮透明鱼的单个神经元及其连接。他们还用基因改良鱼的电生理学来描述完整的行为动物的功能。
研究人员发现，最先出生的抑制性神经元在最快速的运动中活跃，并且通过支配运动神经元的轴突(最接近活动产生的部位)来最有效地抑制运动输出。接下来发展的是中间速度活跃的神经元，强烈抑制运动神经元细胞体，接着是那些缓慢速度活跃的神经元，微弱地抑制树突。
总的来说，抑制输入在不同的结构区域的安排简化了确保在不同速度下运动输出的适当模式的过程，McLean说，因为不同的细胞类型可以提供更强或更弱的“否决”运动输出，取决于它们什么时候是活跃的。
该研究的第一作者、麦克莱恩实验室的助理研究员桑迪普·基肖尔说:“这种区域划分模式也存在于其他动物和大脑区域中，但在对斑马鱼的研究中，我们通过观察回路的发展，发现了清晰的功能结果，类似于理解汽车沿着装配线如何工作。”
在斑马鱼发育的早期，控制最有力运动的抑制性网络首先开始发挥作用，然后是那些控制更微妙的、可控制的运动的抑制性网络。
麦克莱恩说:“考虑到人类的发展，这就说得通了。我们的最初动作是在子宫里的踢腿动作。”“只有到后来，我们才需要并获得更好的运动技能。”
该研究由美国国立卫生研究院(赠款R01 NS067299和U19 NS104653)资助。
这篇论文的题目是“斑马鱼脊髓发育过程中运动前抑制的有序分区映射”。除了麦克莱恩和基肖尔，其他作者还有Eli B. Cadoff和Moneeza A. Agha，他们都来自西北大学。
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