理化學研究所腦科學中心（RIKEN Center for Brain Science）的研究人員發現了脊髓神經機制，可以實現不依賴大腦的運動學習，有可能徹底改變脊髓損傷的恢復療法。

日本理化學研究所腦科學中心的竹岡綾（Aya Takeoka）及其團隊確定了脊髓中獨立於大腦促進運動學習的神經路徑。他們的研究結果發表在4月11日的《科學》（Science）雜誌上，研究人員發現了兩組關鍵的脊髓神經元，一組是新的適應性學習所必需的，另一組則是學習後回憶適應性的神經元。這些發現可以幫助科學家發展出幫助脊髓損傷後運動恢復的方法。

科學家早就知道，即使沒有大腦，脊髓的運動輸出也可以透過練習來調整。這一點在無頭昆蟲身上得到了最顯著的體現，它們的腿仍然可以透過訓練來避開外界的提示。到目前為止，還沒有人搞清楚這是如何做到的，如果不了解這一點，這種現象就只能是一個怪異的事實。正如武岡所解釋的那樣：”如果我們想了解健康人運動自動性的基礎，並利用這些知識改善脊髓損傷後的恢復，那麼深入了解其潛在機制是至關重要的。

在這項研究中，將肢體位置與不愉快經歷聯繫起來的脊髓僅在10 分鐘後就學會了調整肢體位置，並在第二天保留了記憶。而隨機接受不愉快經驗的脊髓則不會學習。資料來源：理化學研究所

在深入研究神經迴路之前，研究人員首先開發了一種實驗裝置，使他們能夠在沒有大腦輸入的情況下研究小鼠脊髓的適應性，包括學習和回憶。每次試驗都有一隻實驗鼠和一隻後腿自由懸垂的對照鼠。如果實驗鼠的後腿下垂過多，它就會受到電刺激，模仿小鼠想要避免的動作。對照組小鼠在同一時間接受同樣的刺激，但與自己的後腿位置無關。

即時學習與記憶保持觀察

僅僅過了10 分鐘，他們就觀察到只有實驗小鼠進行了運動學習；它們的腿仍然高高抬起，避免了任何電刺激。這一結果表明，脊髓可以將不愉快的感覺與腿部位置聯繫起來，並調整其運動輸出，使腿部避免不愉快的感覺，而這一切都不需要大腦。 24 小時後，他們重複了10 分鐘的測試，但將實驗小鼠和對照組小鼠顛倒過來。原來的實驗小鼠仍然保持著抬腿的姿勢，這表明脊髓保留了對過去經歷的記憶，從而乾擾了新的學習。

在脊髓中建立了即時學習和記憶之後，研究小組開始研究使這兩種學習和記憶成為可能的神經迴路。他們使用了六種類型的基因轉殖小鼠，每種小鼠都有一組不同的脊髓神經元被禁用，並對它們進行了運動學習和學習逆轉的測試。他們發現，脊髓頂端的神經元失效後，小鼠後肢無法適應以避免電擊，尤其是那些表達Ptf1a基因的神經元。

當他們在學習逆轉過程中對老鼠進行檢查時，發現沉默表達Ptf1a 的神經元沒有任何效果。相反，脊髓底部腹側的一組表達En1基因的神經元卻起了關鍵作用。當這些神經元在學習迴避的第二天被沉默時，脊髓就像從未學習過任何東西一樣。研究人員還在第二天透過重複最初的學習條件來評估記憶回憶。他們發現，在野生型小鼠中，後肢比第一天更快穩定地到達迴避位置，這表明它們已經記住了。在回憶過程中激發En1神經元可將此速度提高80%，顯示運動回憶能力增強。

竹岡說：「這些結果不僅挑戰了運動學習和記憶僅限於大腦迴路的普遍觀點，而且我們還證明了我們可以操縱脊髓運動記憶，這對旨在改善脊髓損傷後恢復的療法具有重要意義。 “