Контролируя Движение Тела Светом

 Нейробиологи подавляют мышечные сокращения, светя на нейроны спинного мозга голубым светом.

 Впервые, MIT нейробиологи показали, как они могут контролировать движения мышц путем применения оптико-генетического (optogenetics) метода, который позволяет ученым управлять нейронами и электрическими импульсами с помощью света направленного в спинной мозг животных.

Руководитель института MIT профессор Эмилио Биззи и исследователи изучали мышей, у которых светочувствительный белок, способствующий нейронной активности, был внедрен в подмножество нейронов спинного мозга. Когда ученые светили голубым светом на спинной мозг животных, их ноги были полностью, но обратимо обездвижены. Результаты, предлагают новый подход к изучению сложных позвоночных цепей, которые координируют движения и сенсорную обработку.

В данном случаи ученые, используя «optogenetics» исследовали функцию ингибиторных интернейронов, которые образуют цепи с большим количеством других нейронов в спинном мозге. Эти цепи выполняют команды, посылаемые от головного мозга, с дополнительным вводом сенсорной информации от конечностей.

Ранее нейробиологи использовали электрическую стимуляцию или фармакологическое вмешательство для контроля активности нейронов, чтобы выделить их функции. Полученные подходы, предоставили много информации о спинномозговом контроле, но они не предлагают достаточно точного контроля, необходимого для изучения отдельных подмножеств нейронов.

Optogenetics, позволяет ученым управлять специфическими типами нейронов, генетически запрограммировать их, чтобы выразить светочувствительные белки. Эти белки называются «opsins», они способны действовать как ионные реле, которые регулируют электрическую активность нейронов. Некоторые «opsins», подавляют активность, когда свет светит на них, в то время как другие стимулируют активности.

"С помощью «optogenetics», вы атакуете системы клеток, которые имеют определенные характеристики, аналогичные друг другу. Это большой сдвиг в плане нашей способности понять, как работает система", говорит Биззи, который является членом Массачусетского технологического института Макговерна, США.

Мышечный контроль

 Тормозные нейроны в спинном мозге, подавляют сокращения мышц, что крайне важно для поддержания баланса и координации движения. Например, когда вы подносите яблоко ко рту, бицепс напряжен, а трицепс отдыхает. Тормозные нейроны, также вовлечены в состояние мышечного торможения, которое происходит во время быстрого движения глаз (одна из стадий сна).

Для исследования функции тормозных нейронов, более подробно, ученые использовали мышей, у которых все спинальные ингибиторные нейроны были специально разработаны. Исследователи стимулировали активность нейронов при воздействии синего света. Затем они светили светом в различные точки вдоль позвоночника, чтобы наблюдать эффекты активации нейронов.

Ингибиторные нейроны в небольшой части грудного отдела позвоночника были активированы у свободно перемещающихся мышей, все задние движения ног прекратились. Это говорит о том, что тормозные нейроны в грудном отделе позвоночника, как реле торможения на всем пути до конца позвоночника. Исследователи также обнаружили, что активации тормозных нейронов, не оказали никакого влияния на передачу сенсорной информации от конечностей к мозгу, или на нормальные рефлексы.

"Спинная область, где мы обнаружили полное подавление сигналов, была совершенно новой" говорит доктор Каггиано.

Теперь, когда была продемонстрирована полезность «optogenetics» для этого типа исследования, команда MIT надеется изучить роли других типов нейронов спинного мозга. Они также планируют изучить, как входной сигнал от спинного мозга влияет на эти цепи.

"Существует огромный интерес, пытаясь продлить эти исследования и вскрыть эти цепи, потому что мы занялись только ингибиторной системой в очень глобальном смысле", добавил Каггиано. "Дальнейшие исследования позволят выделить одни популяций нейронов в спинном мозге отвечающие за управление конечностями и управление движением".