Вчені виявили як "міні-мозок" в спинному мозку сприяє балансу
Прогулянка по льоду взимку, балансування на бордюрі, прохід по колоді через струмок - словом, все, що змушує нас підтримуватиме рівновагу - вимагає сильної концентрації. Нове відкриття дозволяє припустити, що більша частина рухів, що виконують наші органи, коли стикаються з таким завданням, відбувається несвідомо, завдяки кластеру нейронів в нашому спинному мозку, які функціонують як "міні-мозок", Щоб інтегрувати сенсорну інформацію і внести такі необхідні корективи в наші м`язи, щоб ми не послизнулись і не впали.
У статті, опублікованій в останньому номері журналу Cell, вчені Інституту Солка опублікували першу в світі карту нейронної схеми спинного мозку, яка обробляє почуття легкого дотику. Ця схема дозволяє організму рефлекторно вносити невеликі коректування в положення стопи для балансу за допомогою легкого дотику датчиків в ногах. Дослідження, проведене на мишах, забезпечує перший докладний план спинного мозку, який служить центром управління для інтеграції моторних команди з мозку з сенсорною інформацією від кінцівок. Краще розуміння цих схем має в кінцевому підсумку допомогти в розробці терапії травми спинного мозку і захворювань, які впливають на моторику і баланс, а також коштів для запобігання падінь у літніх або ослаблених людей.
"Коли ми стоїмо і ходимо, тактильні датчики на підошвах наших ніг здатні виявити тонкі зміни в тиску і русі. Ці датчики посилають сигнали до нашого спинному мозку, а потім в мозок", Говорить Мартін Голдінг, професор Університету Солка і провідний автор роботи. "Наше дослідження відкриває те, що було по суті чорним ящиком, так як до сих пір вчені не знали, як ці сигнали кодуються або обробляються в спинному мозку. Крім того, було неясно, як ця інформація про дотик об`єднана з іншою сенсорної інформацією, щоб контролювати рух і пози".
У той час як роль головного мозку в таких досягненнях як філософія, математика і мистецтво, відома давно, багато з того, як нервова система використовує інформацію, зібрану з нашого навколишнього середовища, щоб направляти наших рухів, абсолютно не вивчено. Прогулянка по слизькій стежці, наприклад, використовує ряд наших почуттів, щоб запобігти нас від падіння. Очі говорять про талій воді на льоду або вологому асфальті. Датчики балансу в вушних каналах тримають наші голови на одному рівні із землею. А датчики в наших м`язах і суглобах відстежують зміна позиції в руках і ногах.
Кожну мілісекунду, кілька потоків інформації, в тому числі сигнали від легкого дотику слідують по "рейках", Які змогла виявити команда Гулдінг. Один із способів, яким мозок обробляє ці дані, є попередня обробка його в сенсорних проміжних станціях, таких як очі або спинний мозок. Око, наприклад, має шар нейронів і датчики світла, які виконують візуальні обчислення - процес, відомий як "кодування" - До того, як інформація далі виявиться в зорових центрах головного мозку. У випадку з дотиком, вчені довго думали, що неврологічні руху спираються на ланцюгу даних в спіннальних нервах. Але до сих пір не вдавалося точно визначити типи нейронів, що беруть участь в цій діяльності і з`ясувати, як саме вони пов`язані один з одним.
У своєму дослідженні вчені Університету Солка демістифікувати цю прекрасно налаштовану природою сенсорно-моторну систему управління. Використання передових методів візуалізації, які засновані на реінжінірованіі вірусу сказу, дозволило простежити нервові волокна, які несуть сигнали від сенсорних датчиків в ногах через з`єднання в спинному мозку. Вчені виявили, що ці чутливі волокна проводять сигнали в спинному мозку з іншою групою нейронів, відомих як ROR нейрони, які в свою чергу, з`єднуються з нейронами в моторному області мозку. На думку дослідників, саме вони є найважливішим сполучною ланкою між мозком і ногами.
Коли експерти з команди з Гулдінг відключили нейрони ROR в спинному мозку генетично модифікованих мишей, вони виявили, що ці миші, які були ще в змозі ходити і стояти на плоскій поверхні, виявилися вельми незграбними в рішенні задач, які вимагають більше зусиль і майстерності, ніж їх побратими з інтактними нейронами ROR . Вчені пов`язують це зі зниженою здатністю тварин до почуття, що виникає, коли нога зісковзує з краю і реагує відповідним чином з невеликими коригуваннями в положенні ніг і балансу - моторних навичок, аналогічних тим, що потрібні для балансування на льоду або інших слизьких поверхнях.
Інша важлива характеристика нейронів ROR в тому, що вони не тільки приймають сигнали від головного мозку і легенів сенсорних датчиків, а також безпосередньо з`єднуються з нейронами в вентральному відділі спинного мозку, який контролюють рух. Таким чином, вони знаходяться в центрі "міні-мозку" в спинному мозку, який об`єднує сигнали від мозку з сенсорними сигналами, щоб переконатися, що ноги рухаються правильно.
"Ми вважаємо, що ці нейрони відповідають за об`єднання всієї цієї інформації, щоб розповісти ногам, як саме рухатися," говорить Стів Бурані, дослідник лабораторії Гулдінг."Якщо ви стоїте на слизькому покритті протягом тривалого часу, ви помітите, що ваші литкові м`язи стануть жорсткими, але ви, можливо, не помітили, що ви насправді використовували їх. Ваше тіло знаходиться на автопілоті, постійно роблячи тонкі поправки, звільняючи Вас від необхідності брати участь в задачах не найвищого рівня для більш серйозної діяльності ".
Дослідження вчених Університету Солка є початком нової хвилі досліджень, які обіцяє надати точні і вичерпні пояснення про те, як саме нервова система кодує і об`єднує сенсорну інформацію, щоб генерувати наше свідоме і несвідоме рух.
"Як саме мозок створює сенсорну сприйнятливість і перетворює сприйняття в дію, є одним з центральних питань в області неврології," додає Гулдінг. "Наша робота пропонує по-справжньому надійний вид нервових шляхів і процесів, які лежать в основі управління рухом і того, як тіло відчуває свою навколишнє середовище. Ми знаходимося на початку реальної зміни в області, яка є надзвичайно захоплюючою."
