创新背景

我们的许多身体功能，如行走、呼吸和咀嚼，都是由称为中央振荡器的大脑回路控制的，它产生有节奏的放电模式来调节这些行为。

大多数明确确定中央振荡器电路的研究都是在无脊椎动物身上完成的。例如，布兰迪斯大学的伊芙·马德实验室发现，龙虾和螃蟹的胃神经节细胞产生振荡活动来控制消化道的节律运动。

哺乳动物，尤其是清醒行为动物的振荡器的特征已经被证明是非常具有挑战性的。控制行走的振荡器被认为分布在整个脊髓中，因此很难精确地识别所涉及的神经元和回路。产生节律性呼吸的振荡器位于脑干的pre-Bötzinger复合体的一部分，但振荡器神经元的确切身份还不完全清楚。

创新过程

麻省理工学院(MIT)的神经科学家发现了大脑回路中的一种神经元特性和机制：一种振荡器，它控制着小鼠触觉触须有节奏地来回摆动。这是第一次在哺乳动物中完全确定这种振荡器的特征。这项研究于2022年8月31日发表于《自然》杂志上。

麻省理工学院的研究小组发现，摆动振荡器由脑干中的一群抑制性神经元组成，这些神经元在摆动过程中会有节奏地爆发。当每个神经元被激活时，它也会抑制网络中的其他一些神经元，让整个群体产生同步节奏，从它们延长的位置收回胡须。

有节奏的行为

在许多哺乳动物中，抖动是一种突出的有节奏的探索行为，它们使用触须来探测物体和感知纹理。小鼠的胡须以大约每秒12个周期的频率伸展和收缩。几年前，该实验室开始尝试识别控制这种振荡的细胞和机制。

为了找到摆动振荡器的位置，研究人员从支配胡须肌肉的运动神经元开始追踪。利用一种感染轴突的改良狂犬病毒，研究人员能够在脑干中称为触须中间网状核(vIRt)的部分标记一组运动神经元的突触前细胞。这一发现与之前的研究一致，这些研究表明，大脑的这部分受损会消除快速摆动。

研究人员随后发现，这些vIRt神经元中约有一半表达一种名为parvalbumin的蛋白质，这种细胞亚群驱动胡须有节奏的运动。当这些神经元被沉默时，抖动活动被取消。

接下来，研究人员记录了清醒小鼠脑干中表达parvalbumin的vIRt神经元的电活动，这是一项具有技术挑战性的任务。研究人员发现这些神经元确实只有在胡须收缩期间才会爆发活动。由于这些神经元为须运动神经元提供抑制性突触输入，因此可以推断，节律性的拂动是由恒定的运动神经元延长信号产生的，而这些振荡器细胞的节律性收缩信号则中断了运动神经元的延长信号。

研究团队发现了一群神经元（用绿色标记），它们形成了一个回路，控制胡须有节奏的运动。

“新原则”

vIRt细胞的振荡爆发模式是在搅拌开始时启动的。当触须不移动时，这些神经元就会持续放电。当研究人员阻止vIRt神经元相互抑制时，节律消失了，相反，振荡器神经元只是增加了它们连续放电的速度。

这种类型的网络，被称为反复抑制网络，不同于在龙虾的胃神经元中所看到的振荡器类型，在这种网络中，神经元本质上产生自己的节奏。

随后，该研究团队还与本-古里安大学和加州大学圣地亚哥分校的理论家团队合作。理论学家创建了一个详细的计算模型，概述了如何控制抖动，这与所有实验数据都非常吻合。描述该模型的相关论文发表在《神经元》杂志上。

创新关键点

研究团队发现了一种由所有抑制性神经元组成的哺乳动物网络振荡回路，它能够控制老鼠胡须有节奏运动。这是首次在哺乳动物中完全确定这种振荡器的特征。