Nový výskum odhaľuje, že neuróny v mieche majú schopnosť učiť sa a uchovávať informácie nezávisle od mozgu.

Miecha je často popisovaná ako jednoduchý kanál na prenos signálov medzi mozgom a telom. Miecha sa však dokáže naučiť a zapamätať si pohyby sama.

Tím výskumníkov z Leuvenského výskumného centra pre neuroelektroniku vo Flámsku (NERF) podrobne opísal, ako dve rôzne nervové populácie umožňujú mieche prispôsobiť sa a zapamätať si naučené správanie úplne nezávislým spôsobom. Tieto pozoruhodné výsledky boli publikované v časopise vedy, vrhá nové svetlo na to, ako chrbticové okruhy prispievajú k riadeniu a automatizácii pohybu. Tieto myšlienky by mohli byť relevantné pre rehabilitáciu ľudí s poranením chrbtice.

Záhadná plasticita miechy

Miecha moduluje a riadi naše akcie a pohyby integráciou rôznych zdrojov zmyslových informácií a môže tak robiť bez vstupu z mozgu. Okrem toho sa neuróny v mieche môžu naučiť nezávisle upravovať rôzne úlohy, ak majú dostatok opakovaných cvičení. Avšak to, ako miecha dosahuje túto pozoruhodnú plasticitu, mátlo neurovedcov už desaťročia.

Jednou z týchto neurovedcov je profesorka Aya Takeoka. Jej tím v Neuroelectronics Research Flanders (NERF, výskumný ústav podporovaný spoločnosťami imec, KU Leuven a VIB) študuje, ako sa miecha zotavuje zo zranení skúmaním toho, ako sú nervové spojenia zapojené a ako fungujú a menia sa, keď sa učíme. Nové pohyby.

„Aj keď máme dôkazy o ‚učení‘ v mieche z experimentov zo začiatku 20. storočia, otázka, ktoré neuróny sú zapojené a ako kódujú túto skúsenosť s učením, zostala nezodpovedaná,“ hovorí profesor Takeoka. .

Časť problému spočíva v ťažkostiach s priamym meraním aktivity jednotlivých neurónov v mieche u zvierat, ktoré nie sú upokojené, ale sú bdelé a pohybujúce sa. Takeokov tím využil model, v ktorom zvieratá trénujú špecifické pohyby v priebehu niekoľkých minút. Pritom tím odhalil mechanizmus učenia miechy špecifický pre typ buniek.

Dva špecifické typy neurónov

Aby sa zistilo, ako sa miecha učí, doktorandský výskumník Simon Lavaud a jeho kolegovia v laboratóriu Takeoka vytvorili experimentálne nastavenie na meranie zmien v pohybe u myší, inšpirované metódami používanými pri štúdiách hmyzu. „Vyhodnotili sme prínos šiestich rôznych populácií neurónov a identifikovali sme dve populácie neurónov, jednu dorzálnu a jednu ventrálnu, ktoré sprostredkúvajú motorické učenie.“

„Tieto dve skupiny neurónov sa striedajú,“ vysvetľuje Lavaud. „Dorzálne neuróny pomáhajú mieche naučiť sa nový pohyb, zatiaľ čo ventrálne neuróny jej pomáhajú zapamätať si a vykonať pohyb neskôr.“

„Môžete to prirovnať k štafetovému behu v mieche, chrbtové neuróny sa správajú ako prvý bežec, ktorý odovzdáva zmyslové informácie dôležité pre učenie, potom prevezmú štafetu ventrálne bunky, čím sa zabezpečí, že naučený pohyb sa zapamätá a vykoná hladko .“

Učenie a pamäť mimo mozgu

Podrobné výsledky zverejnené v vedyUkazuje, že aktivita neurónov v mieche pripomína rôzne klasické typy učenia a pamäte. Odhalenie týchto mechanizmov učenia bude kľúčové, pretože pravdepodobne prispejú k rôznym spôsobom, akým sa učíme a automatizujeme pohyb, a môžu byť relevantné aj v kontexte rehabilitácie, hovorí profesorka Aya Takeoka: „Okruhy, ktoré sme opísali, by mohli poskytnúť prostriedky pre Miecha sa podieľa na pohybovom učení a dlhodobej motorickej pamäti, obe nám pomáhajú hýbať sa nielen pri normálnom zdraví, ale najmä pri rekonvalescencii po poranení mozgu či miechy.

Odkaz: „Dve triedy inhibičných neurónov riadia získavanie a získavanie spinálnej senzomotorickej adaptácie“ od Simone Lavaud, Charlotte Bishara, Mattia Dandola, Shu Hao Yeh a Aya Takeoka, 11. apríla 2024, vedy.
doi: 10.1126/science.adf6801

Výskum (tím) podporili Flanders Research Foundation (FWO), Marie Skłodowska-Curie Action (MSCA), Taiwan-KU Leuven Doctoral Fellowship (P1040) a Wings for Life Myeloid Research Foundation.