Ученые обнаружили как "мини-мозг" в спинном мозге способствует балансу

01.02.2015 14:37
Женщина упала, женщина не удержала равновесие

Прогулка по льду зимой, балансировка на бордюре, проход по бревну через ручей - словом, все, что заставляет нас подерживать равновесие - требует сильной концентрации. Новое открытие позволяет предположить, что большая часть движений, что выполняют наши органы, когда сталкиваются с такой задачей, происходит бессознательно, благодаря кластеру нейронов в нашем спинном мозге, которые функционируют как "мини-мозг", чтобы интегрировать сенсорную информацию и внести  такие необходимые коррективы в наши мышцы, чтобы мы не подскользнулись и не упали.

В статье, опубликованной в последнем номере журнала Cell , ученые Института Солка опубликовали первую в мире карту нейронной схемы спинного мозга, которая обрабатывает чувство легкого прикосновения. Эта схема позволяет организму рефлекторно вносить небольшие корректировки в положение стопы для баланса с помощью легкого прикосновения датчиков в ногах. Исследование, проведенное на мышах, обеспечивает первый подробный план спинного мозга, который служит центром управления для интеграции моторных команды из мозга с сенсорной информацией от конечностей. Лучшее понимание этих схем должно в конечном итоге помочь в разработке терапии травмы спинного мозга и заболеваний, которые влияют на моторику и баланс, а также средств для предотвращения падений у пожилых или ослабленных людей.

"Когда мы стоим и ходим, тактильные датчики на подошвах наших ног способны обнаружить тонкие изменения в давлении и движении. Эти датчики посылают сигналы к нашему спинному мозгу, а затем в мозг", говорит Мартин Голдинг, профессор Университета Солка и ведущий автор работы. "Наше исследование открывает то, что было по существу черным ящиком, так как до сих пор ученые не знали, как эти сигналы кодируются или обрабатываются в спинном мозге. Кроме того, было неясно, как эта информация о прикосновении объединена с другой сенсорной информацией, чтобы контролировать движение и позы".

В то время как роль головного мозга в таких достижениях как философия, математика и искусство, известна давно, многое из того, как нервная система использует информацию, собранную из нашей окружающей среды, чтобы направлять наших движений, совершенно не изучено. Прогулка по скользкой тропинке, например, использует ряд наших чувств, чтобы предотвратить нас от падения. Глаза говорят о талой воде на льду или влажном асфальте. Датчики баланса в ушных каналах держат наши головы на одном уровне с землей. А датчики в наших мышцах и суставах отслеживают изменение позиции в руках и ногах.

Каждую миллисекунду, несколько потоков информации, в том числе сигналы от легкого прикосновения следуют по "рельсам", которые смогла обнаружить команда Гулдинга. Один из способов, которым мозг обрабатывает эти данные, является предварительная обработка его в сенсорных промежуточных станциях, таких как глаза или спинной мозг. Глаз, например, имеет слой нейронов и датчики света, которые выполняют визуальные вычисления - процесс, известный как "кодирование" - до того, как информация далее окажется в зрительных центрах головного мозга. В случае с прикосновением, ученые долго думали, что неврологические движения опираются на цепи данных в спиннальных нервах. Но до сих пор не удавалось точно определить типы нейронов, участвующих в этой деятельности и выяснить, как именно они связаны друг с другом.

В своем исследовании ученые Универститета Солка демистифицировали эту прекрасно настроенную природой сенсорно-моторную систему управления. Использование передовых методов визуализации, которые основаны на реинжинировании вируса бешенства, позволило проследить нервные волокна, которые несут сигналы от сенсорных датчиков в ногах через соединения в спинном мозге. Ученые обнаружили, что эти чувствительные волокна проводят сигналы в спинном мозге с другой группой нейронов, известных как RORα нейроны,которые в свою очередь, соединяются с нейронами в моторной области мозга. По мнению исследователей, именно они являются важнейшим связующим звеном между мозгом и ногами.

Когда эксперты из команды с Гулдинга отключили нейроны RORα в спинном мозге генетически модифицированных мышей, они обнаружили, что эти мыши, которые были еще в состоянии ходить и стоять на плоской поверхности, оказались весьма неуклюжими в решении задач, которые требуют больше усилий и мастерства, чем их собратья с интактными нейронами RORα. Ученые связывают это с пониженной способностью животных к чувству, что возникает, когда нога соскальзывает с краю и реагирует соответствующим образом с небольшими корректировками в положении ног и баланса - моторных навыков, аналогичных тем, что требуются для балансирования на льду или других скользких поверхностях.


Подпишитесь на наш Ютуб-канал!

Другая важная характеристика нейронов RORα в том, что они не только принимают сигналы от головного мозга и легких сенсорных датчиков, а также непосредственно соединяются с нейронами в вентральном отделе спинного мозга, который контролируют движение. Таким образом, они находятся в центре "мини-мозга" в спинном мозге, который объединяет сигналы от мозга с сенсорными сигналами, чтобы убедиться, что ноги двигаются правильно.

"Мы считаем, что эти нейроны отвечают за объединение всей этой информации, чтобы рассказать ногам, как именно двигаться," говорит Стив Буране, исследователь лаборатории Гулдинга ."Если вы стоите на скользком покрытии в течение длительного времени, вы заметите, что ваши икроножные мышцы станут жесткими, но вы, возможно, не заметили, что вы на самом деле использовали их. Ваше тело находится на автопилоте, постоянно делая тонкие поправки, освобождая Вас от необходимости принимать участие в задачах не самого высокого уровня для более серьезной деятельности ".

Исследование ученых Университета Солка представляет собой начало новой волны исследований, которые обещает предоставить точные и исчерпывающие объяснения о том, как именно нервная система кодирует и объединяет сенсорную информацию, чтобы генерировать наше сознательное и бессознательное движение.

"Как именно мозг создает сенсорную восприимчивость и превращает восприятие в действие, является одним из центральных вопросов в области неврологии," добавляет Гулдинг. "Наша работа предлагает по-настоящему надежный вид нервных путей и процессов, которые лежат в основе управления движением и того, как тело чувствует свою окружающую среду. Мы находимся в начале реальной перемены в области, которая является чрезвычайно захватывающей."

Автор: Марина Дворкович, "Московская медицина"

Материалы по теме

Люди, которые в течение длительного времени принимают препараты для лечения изжоги,...

Чтобы уменьшить потерю памяти в долгосрочной перспективе, полезно регулярно питаться морепродуктами, богатыми омега-3. Жиры Омега-3, которые содержится в морепродуктах,...

По итогам самого масштабного на сегодняшний день исследовании неверности, ученые из Университета Чепмена (Chapman University, США), выяснили, что мужи и женщины испытывают...

Женщины, принимающие антидепрессанты во время беременности, помещают своих детей в группу повышенного риска развития диабета и ожирения у детей, говорят выводы нового...

Наличие чрезмерно избыточного веса в подростковом возрасте может удвоить риск развития рака кишечника на момент достижения среднего возраста, предполагает исследование ученых...

Комментировать