Полученные данные проливают свет на древнее происхождение контроля скорости во время движения. | Советы девушкам

Передвижение у животных сложное, особенно у людей. Множество нейронов координируют активность и бездействие наших мышц, и без этой координации мы бы упали ничком, когда вышли на прогулку.

Ученым уже давно известно, как мотонейроны спинного мозга, активирующие мышцы, организованы таким образом, чтобы генерировать более мощную отдачу, например, при переходе от ходьбы к бегу трусцой. Однако мало что известно о том, как тормозящие спинномозговые интернейроны работают, чтобы подавлять или заглушать другие нейроны и связанные с ними группы мышц в координации с активными группами мышц при изменении скорости.

Исследовательская группа Северо-Западного университета в ходе исследования рыбок данио обнаружила, что существует очень упорядоченная взаимосвязь между тем, когда рождаются эти критически важные тормозящие нейроны, их участием в различных скоростях движения и какой частью двигательного нейрона они иннервируют. В результате такой компартментальной установки количество подавления, получаемого мотонейронами , настраивается на разные скорости движения.

Данио – это модельный организм, спинной мозг которого работает аналогично нашему собственному. Более подробные сведения о волнообразных движениях плавающей рыбы позволят ученым лучше понять, как люди ходят.

Исследование будет опубликовано 23 октября в журнале Science .

«Лучшее понимание того, как организованы цепи в спинном мозге для координации движений, позволяет нам лучше восстанавливать вещи, когда они повреждены или больны», – сказал Дэвид Маклин, автор исследования.

«Тот факт, что мы видим этот паттерн в спинном мозге, относительно примитивной части нервной системы, и у рыб, относительно примитивных позвоночных, означает, что нервные системы использовали эту компартментальную схему для регулирования деятельности намного раньше, чем мы ожидается “, – сказал он. «Это немного похоже на обнаружение деталей двигателя внутреннего сгорания во время археологических раскопок».

Маклин – адъюнкт-профессор нейробиологии Колледжа искусств и наук Вайнберга. Он изучает развитие и функциональную организацию двигательных сетей. Своим исследованием того, как эти сети контролируют направление и скорость движений, Маклин надеется раскрыть общие принципы, которые помогают объяснить нарушения, влияющие на нашу способность двигаться, такие как болезнь Паркинсона, эпилепсия и травмы позвоночника.

«Наша работа как нейробиологов – разобраться в огромной сложности нервной системы, которая порождает поведение», – сказал Маклин. «Один из способов сделать это – найти закономерности, которые дают нам представление о существовании лежащей в основе логики – алгоритма, который связывает виды и полезен в других частях мозга. Я думаю, что это один из таких паттернов».

В своем исследовании Маклин и его команда использовали ряд передовых подходов, включая использование лазеров и флуоресцентных белков для освещения отдельных нейронов и их соединений в прозрачной рыбе. Они также использовали электрофизиологию генетически модифицированных рыб, чтобы охарактеризовать функции неповрежденных, ведущих себя животных.

Исследователи обнаружили, что тормозящие нейроны, рожденные первыми, активны во время самых быстрых движений и наиболее эффективны при подавлении двигательной активности путем иннервации аксонов двигательных нейронов, ближайших к месту возникновения активности. Затем развиваются интернейроны, активные на промежуточных скоростях, которые сильно ингибируют тела клеток двигательных нейронов, за ними следуют те, которые активны на медленных скоростях и слабо ингибируют дендриты.

По словам Маклина, в совокупности расположение тормозных входов в различных структурных отделениях упрощает процесс обеспечения соответствующих паттернов моторной отдачи на разных скоростях, поскольку разные типы клеток могут обеспечивать более сильное или слабое “ вето ” над моторной отдачей в зависимости от того, когда они активны .

«Этот паттерн компартмента существует у других животных и областей мозга, но с помощью рыбок данио мы обнаружили явные функциональные последствия, наблюдая за развитием цепей, аналогично пониманию того, как работает автомобиль, следуя за конвейером», – сказал Сандип Кишор, первый автор исследования и научный сотрудник лаборатории Маклина.

На раннем этапе развития рыбок данио тормозные сети, контролирующие наиболее сильные движения, становятся функциональными первыми, за ними следуют те, которые контролируют более тонкие, контролируемые движения.

«В этом есть смысл, если учесть человеческое развитие, когда наши первые действия запускают движения в утробе матери», – сказал Маклин. «Только позже мы потребуем и приобретем более тонкие моторные навыки».

Название статьи: «Упорядоченное компартментальное картирование премоторного торможения в развивающемся спинном мозге рыбок данио ».

Leave comment

Your email address will not be published. Required fields are marked with *.

один × 4 =