[论文解读] Common Synaptic Input, Synergies, and Size Principle: Control of Spinal Motor Neurons for Movement Generation

François Hug, Simon Avrillon+2 more|arXiv (Cornell University)|Jul 27, 2022

EEG and Brain-Computer Interfaces被引用 33

一句话总结

本评审提出一个框架，将运动神经元基于共同输入分组为功能簇；这些簇可能跨越肌肉，且不同于传统的运动神经元群，降低控制维度，并暗示在簇内对单个神经元的选择性控制受限。

ABSTRACT

Understanding how movement is controlled by the central nervous system remains a major challenge, with ongoing debate about basic features underlying this control. In this review, we introduce a new conceptual framework for the distribution of common input to spinal motor neurons. Specifically, this framework is based on the following assumptions: 1) motor neurons are grouped into functional groups (clusters) based on the common inputs they receive; 2) clusters may significantly differ from the classical definition of motor neuron pools, such that they may span across muscles and/or involve only a portion of a muscle; 3) clusters represent functional modules used by the central nervous system to reduce the dimensionality of the control; and 4) selective volitional control of single motor neurons within a cluster receiving common inputs cannot be achieved. We discuss this framework and its underlying theoretical and experimental evidence.

研究动机与目标

• 为脊髓运动神经元分配共同输入提出新框架的动机。
• 提出运动神经元按照功能簇而非固定池进行组织。
• 论证簇可以跨越肌肉或涉及部分肌肉神经支配，改变控制策略。
• 建议簇作为模块来降低运动生成的控制维度。

提出的方法

• 基于脊髓运动神经元的共同输入定义一个概念框架。
• 概述关于簇化、跨肌肉跨度和功能模块化的假设。
• 总结支持该框架的理论与实验证据。
• 讨论对运动控制理论的含义，如尺寸原理和协同作用。

实验结果

研究问题

• RQ1 脊髓运动神经元之间共同输入分布的本质是什么？
• RQ2 运动神经元是否形成跨越肌肉、并不同于经典 pools 的功能簇？
• RQ3 这些簇如何影响实现运动所需的神经控制维度？
• RQ4 簇内对单个运动神经元的选择性随意控制是否可行？
• RQ5 有哪些理论与实验证据支持基于簇的控制框架？

主要发现

• 提出一个概念框架，将运动神经元基于共同输入分组为功能簇。
• 簇可能跨越肌肉或仅涉及肌肉的部分，挑战传统的运动神经元池定义。
• 将簇作为功能模块，降低运动生成所需的神经控制维度。
• 作者讨论了理论论证和支持基于簇的组织的实验证据。
• 该框架暗示在接收共同输入的簇内对单个运动神经元的选择性控制存在局限。