Выявлены Нейроны Спинного Мозга, Управляющие Движениями Конечностей

 Исследователи выделяют два типа нейронов, которые позволяют спинному мозгу контролировать квалифицированные движения верхних конечностей.

Первый тип - это группа из возбуждающих интернейронов, которые необходимы, чтобы делать точные движения.

Второй тип - это группа из ингибирующих интернейронов, необходимых для достижения плавного движения конечностей.

Выводы представляют собой важные шаги на пути понимания нормальной двигательной функции человека и потенциального лечения двигательных нарушений, которые возникают в результате травмы или заболевания спинного мозга.

“Мы считаем, что само собой разумеющиеся многие автоматические движения, такие как поймать мяч или монетку, в действительности требуют значительного планирования и точности”, сказал Томас М. Джесселл из Медицинской школы Колумбийского Университета, США, кандидат технических наук, старший Автор обоих исследований. “Такие двигательные действия на самом деле зависят от запутанного и тщательно организованного общения между нейронными сетями, которые соединяют головной мозг, спинной мозг и мышцы”.

 Чтобы человеку переместить одну руку к желаемой цели, головной мозг через спинной мозг посылает сигналы, которые активируют моторные нейроны, управляющие мышцами конечностей. В течение последующих движений, информации от конечностей передается обратно к головному и спинному мозгу, обеспечивая систему обратной связи, которая может поддерживать контроль и корректировать мощности двигателя.

“Но обратные связи от мышц не достаточно быстры, чтобы разрешить наиболее быстрые изменения в реальном времени и для управления мелкой моторикой”, говорит д-р Джесселл.

Исследователи подозревали, что одна из быстрых форм обратной связи, может выходить из группы интернейронов в шейном отделе спинного мозга, она называется - проприоспинальные нейроны (PNs). Как и многие другие нейроны, (PNs) посылает сигналы в моторные нейроны, иннервирующие мышцы рук и вызывают движение. Но это подмножество нейронов также имеет отдельные входы, от моторных нейронов к мозжечку. Через эту двойную разветвленную анатомию, эти нейроны имеют потенциал для решения внутренних копий моторно-входных сигналов в мозг.

Однако, характер этих внутренних обратных связей, путь, и то, имеет ли он какое либо влияния на движение не ясен. “Если (PNs) действительно могли отправлять копии исходящих команды мозга, они могли бы обеспечить удобные средства для оперативной корректировки текущих движений, когда дела идут наперекосяк“, сказал Эйман Азим, к.н, и научный сотрудник в лаборатории доктора Джесселл. “Но без избирательной возможности целевой функции копирования проприоспинальными нейронами, не было возможности проверить эту теорию”.

В университете города Умео в Швеции, преодолели этот барьер путем разработки генетического метода доступа и ликвидации проприоспинальных нейронов у мышей, отменив как моторные, так и ориентированные на копирование сигналы нейронов.

Актуальны ли эти выводы для двигательной активности человека?

Много путей, которые влияют на то, чтобы дотянуться и схватить предмет у обезьяны и человека, так же сохраняются и у мышей. “Мы должны больше узнать об этих путях, прежде чем сможем оценить, насколько их дисфункции способствуют дефициту после травм спинного мозга и нейродегенеративных заболеваниях“, заявил д-р Азим.

Исследователи так же проверили, как спинные контуры регулируют сенсорные обратные связи от мышц. Простейшая система формы обратной связи подразумевает рефлексные пути (например, коленный рефлекс), в котором нервные окончания в мышцах передают сигналы моторной системе через прямые соединения с моторными нейронами. Сигналы от моторных нейронов, в свою очередь, завершают рефлекс.

Ученые давно задавались вопросом, как сила этого чувственного сигнала может регулироваться. Исследования показали, что интернейроны позвоночника, в частности, те, что отвечают за освобождение нейротрансмиттера ГАМК, ингибирующие нейронные деятельности, играют ключевую роль в этом процессе. Но большинство ГАМК - выпуская интернейроны, блокирует возбуждение нейронов.

“Мы знали, что такие нейроны вряд ли несут ответственность за тонкие настройки сенсорного сигнала”, говорит ведущий Автор Андрей Финк, кандидат юридических наук. “Постсинаптическое торможение влияет на весь нейрон, и у двигательных нейронов появиться множество различных входов. Поэтому механизм, который закрывает двигательные нейроны для всех входов, это то, что требует утонченности”.

Ученые давно предполагали, что одно из подмножеств Гамк-ергических интернейронов может регулировать движение, контролируя силу сенсорных сигналов от мышц. “Эти специфические нейроны, как известно, работают, путем формирования прямых связей с сенсорными нейронами и подавляя релиз сенсорного нейромедиатора“, сказал доктор Финк. По техническим причинам, функции этих интернейронов, если таковые имеются, в моторном поведении оставались неуловимыми.

Доктор Финк и его коллеги определили способ доступа к этой подгруппе интернейронов у генетических мышей, а затем разработали подходы к управлению их селективной функцией. Понимание того, как базовые микросхемы способны регулировать сенсорные вводы и мощность двигателя, может, в конечном счете, дать представление о путях борьбы с движениями нестабильности, которые наблюдаются при многих неврологических расстройствах.

“Эти два исследования проливают новый свет на то, как отдельные классы интернейронов позвоночника, расширяют возможности нервной системы для прямого запуска двигателя поведения, в целях, которые соответствуют конкретной задаче”, сказал д-р Джесселл.