日本理研脑科学中心(CBS)的Aya Takeoka和他的同事们发现了脊髓中的神经回路，它允许大脑独立的运动学习。这项研究发表在4月11日的《科学》杂志上，它发现了两组至关重要的脊髓神经元，一组是新的适应性学习所必需的，另一组是在学习后回忆所适应的东西。这一发现可以帮助科学家找到帮助脊髓损伤后运动恢复的方法。
科学家们早就知道，即使没有大脑，脊髓的运动输出也可以通过练习来调节。这一点在无头昆虫身上得到了最显著的体现，它们的腿仍然可以被训练来躲避外界的暗示。到目前为止，还没有人弄清楚这是如何可能的，如果没有这种理解，这种现象只不过是一个奇怪的事实。
在进入神经回路之前，研究人员首先开发了一个实验装置，使他们能够在没有大脑输入的情况下研究小鼠的脊髓适应性，包括学习和回忆。每次测试都有一只实验小鼠和一只后腿自由摆动的对照小鼠。如果实验老鼠的后腿下垂得太多，它就会受到电刺激，模仿老鼠想要避免的事情。对照组老鼠在同一时间接受了同样的刺激，但与它自己的后腿位置无关。
10分钟后，他们只观察到实验小鼠的运动学习;他们的腿一直抬高，避免任何电刺激。这一结果表明，脊髓可以将不愉快的感觉与腿部位置联系起来，并调整其运动输出，使腿部避免不愉快的感觉，这一切都不需要大脑。24小时后，他们重复了10分钟的测试，但将实验小鼠和对照小鼠进行了逆转。最初的实验小鼠仍然保持着腿，这表明脊髓保留了对过去经历的记忆，从而干扰了新的学习。
在脊髓中建立了即时学习和记忆功能之后，研究小组开始研究使这两种功能成为可能的神经回路。他们使用了六种转基因小鼠，每种小鼠都有一组不同的脊髓神经元被禁用，并测试了它们的运动学习和学习逆转。他们发现，在脊髓顶端的神经元，特别是那些表达Ptf1a基因的神经元丧失功能后，老鼠的后肢无法适应以避免电击。
当他们在学习逆转期间检查小鼠时，他们发现沉默表达ptf1a的神经元没有效果。相反，脊髓底部腹侧部分表达En1基因的一组神经元至关重要。当这些神经元在学习回避后的第二天被沉默时，脊髓表现得好像它们从未学过任何东西。研究人员还在第二天通过重复最初的学习条件来评估记忆回忆。他们发现，在野生型小鼠中，后肢稳定到躲避位置的速度比第一天更快，这表明它们有回忆能力。在回忆过程中刺激En1神经元使这一速度提高了80%，表明运动记忆增强。
“这些结果不仅挑战了运动学习和记忆仅仅局限于大脑回路的流行观念，”Takeoka说，“而且我们表明，我们可以操纵脊髓运动回忆，这对旨在改善脊髓损伤后恢复的治疗具有重要意义。”
