Nature子刊：注意力集中时甚至会忘了呼吸，此时你的大脑中发生了什么？

来源：生物世界

作者：王聪

动物在捕猎时，看到猎物的身影或嗅到其气味，有时会突然僵住。同样的事情也会发生在专注于一项挑战性任务的人类身上，或许你也有这样的体会——观看一段紧张的电影情节时，甚至会不自觉忘记了呼吸。

这些现象背后的神经学机制是什么？大脑做了什么让我们突然停下了运动？

2023年7月27日，哥本哈根大学的研究人员在 Nature 子刊 Nature Neuroscience 上发表了题为：Pedunculopontine Chx10+ neurons control global motor arrest in mice 的研究论文。

该研究发现，位于中脑运动区的脚桥核（PPN）中存在一个以转录因子Chx10的表达为特征的谷氨酸能神经元亚群，其激活会导致所有正在进行的运动的中止，同时伴有呼吸暂停和心动过缓。

不同于之前描述的运动骤停类型，这种短暂的全局运动中止具有独特的“暂停-播放模式”，会在停止刺激后在刚才停止的地方继续开始运动。研究团队认为这可能是一种集中注意力的表现。此外，该研究还有助于我们了解帕金森病（PD）患者出现运动停止或运动缓慢症状的原因。

中止正在进行中的运动是执行运动计划的一个组成部分。行为中止可能发生在各种目标导向运动的终止或在恐惧背景下或对显著环境线索的反应中作为全局运动中止。但神经回路与执行运动回路之间的桥接以实现全局运动中止的机制尚不清楚。

在这项研究中，研究团队在小鼠中发现，脚桥核（PPN）中谷氨酸能Chx10+神经元的激活会中止所有正在进行中的运动，同时引起呼吸暂停和心动过缓。这种全局运动中止具有一种“暂停-播放模式”，即运动瞬间被暂停，然后从暂停的地方继续进行。

论文通讯作者 Ole Kiehn 教授表示，这项研究在中脑里发现了一组神经细胞，当它们受到刺激时，会停止身体的所有运动，这不仅仅是走路等各种形式的运动，甚至能让小鼠暂时停止呼吸、减慢心率。

有很多方法可以阻止运动，而这些神经细胞的特别之处在于，一旦被激活，它们会导致运动暂停。就像按下了暂停键一样，而当研究人员停止激活这些神经细胞时，小鼠会在刚才停止的地方继续开始运动，就像重新按下了播放键。

研究团队表示，这种“暂停-播放模式”模式非常独特，与我们之前观察到的运动和运动停止模式完全不同，之前观察到的运动恢复并不一定从停止的地方开始，而是可能以一种新的模式重新开始。

众所周知，神经细胞可以被恐惧所激活，在极度恐惧状态下，动物或人类都可能会出现“冻僵”现象。这项研究中的动作停止与恐惧无关。

研究团队将这种类型的运动停止与由恐惧引起的运动停止或冻僵进行了比较，发现它们并不相同，其与恐惧无关。研究团队认为其与注意力或警觉性有关，这是一种集中注意力的表现。

研究团队还表示，这项新研究或许能帮助我们了解帕金森病（PD）的一些机制。运动停止或运动缓慢是帕金森病的主要症状之一。研究团队推测脚桥核（PPN）中的这些特殊神经细胞在帕金森病中过度激活，而这会抑制运动。这项研究主要集中在控制神经系统运动的基本机制上，可能最终帮助我们了解帕金森病一些运动症状的原因。

鉴于脚桥核（PPN）在帕金森病（PD）的发病机制中的重要意义，这项研究可能具有潜在的转化价值。PPN已被用作脑深部刺激方法的靶标，用以改善帕金森病的症状。结合之前的研究成果与这项最新研究，在对帕金森病进行脑深部刺激治疗时，应当避免激活Chx10+神经细胞。而应该激活Vglut2+/Chx10−神经元，它们构成了PPN中的大多数谷氨酸能神经元，具有促进运动的作用，并且已经在帕金森病动物模型中被证明可以改善步态缺陷。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41593-023-01396-3