Чудові результати. Нове дослідження показує, що спинний мозок може навчатися та запам’ятовувати

Нове дослідження показує, що нейрони спинного мозку мають здатність навчатися та зберігати інформацію незалежно від мозку.

Спинний мозок часто описують просто як канал для передачі сигналів між мозком і тілом. Однак спинний мозок може навчатися і запам'ятовувати рухи самостійно.

Команда дослідників Фландрського науково-дослідного центру нейроелектроніки (NERF) у Льовені детально розповіла, як дві різні нейронні популяції дозволяють спинному мозку адаптуватися та запам’ятовувати навчену поведінку повністю незалежним від мозку способом. Ці чудові результати були опубліковані в журналі наук, що проливає нове світло на те, як спинномозкові кола сприяють контролю та автоматизації руху. Ці ідеї можуть бути актуальними для реабілітації людей із травмами хребта.

Загадкова пластичність спинного мозку

Спинний мозок модулює та контролює наші дії та рухи, інтегруючи різні джерела сенсорної інформації, і може робити це без введення з боку мозку. Крім того, нейрони в спинному мозку можуть навчитися самостійно регулювати різні завдання за умови достатньої повторної практики. Проте те, як спинний мозок досягає такої надзвичайної пластичності, десятиліттями спантеличило нейробіологів.

Одним із таких неврологів є професор Ая Такеока. Її команда з Neuroelectronics Research Flanders (NERF, науково-дослідний інститут, який підтримує imec, KU Leuven і VIB) вивчає, як спинний мозок відновлюється після травм, досліджуючи, як нейронні зв’язки підключені, як вони функціонують і змінюються, коли ми навчаємося. Нові рухи.

«Хоча ми маємо докази «навчання» всередині спинного мозку з експериментів, що відносяться до початку 20-го століття, питання про те, які нейрони задіяні і як вони кодують цей досвід навчання, залишилося без відповіді», — каже професор Такеока. .

Частина проблеми полягає в труднощах безпосереднього вимірювання активності окремих нейронів спинного мозку у тварин, які не перебувають у стані седації, але не сплять і рухаються. Команда Такеока скористалася моделлю, в якій тварини тренуються певним рухам протягом декількох хвилин. Роблячи це, команда виявила специфічний для типу клітин механізм навчання спинного мозку.

Два специфічних типи нейронів

Щоб дослідити, як спинний мозок навчається, доктор Саймон Лаво та його колеги з лабораторії Такеока створили експериментальну установку для вимірювання змін у пересуванні у мишей, натхненну методами, які використовуються у дослідженнях комах. «Ми оцінили внесок шести різних популяцій нейронів і визначили дві популяції нейронів, одну дорсальну та одну вентральну, які опосередковують рухове навчання».

«Ці дві групи нейронів чергуються», — пояснює Лаво. «Дорзальні нейрони допомагають спинному мозку навчитися новому руху, тоді як вентральні нейрони допомагають йому запам’ятати і виконати рух пізніше».

«Це можна порівняти з естафетою в спинному мозку, як перший бігун, передаючи сенсорну інформацію, важливу для навчання. .”

Навчання та пам'ять поза мозком

Детальні результати опубліковано в наукЦе показує, що діяльність нейронів у спинному мозку нагадує різні класичні типи навчання та пам'яті. Виявлення цих механізмів навчання матиме вирішальне значення, оскільки вони, ймовірно, сприятимуть різним способам навчання та автоматизації рухів, а також можуть бути актуальними в контексті реабілітації, каже професор Ая Такеока: «Описані нами схеми можуть забезпечити засоби для Спинний мозок бере участь у навчанні рухам і довгостроковій руховій пам’яті, які допомагають нам рухатися не лише за нормального здоров’я, але особливо під час відновлення після травм головного або спинного мозку.

Довідка: Сімон Лаво, Шарлотта Бішара, Маттіа Дандола, Шу Хао Йе та Ая Такеока «Два класи гальмівних нейронів керують отриманням та відновленням спінальної сенсомоторної адаптації», 11 квітня 2024 р. наук.
doi: 10.1126/science.adf6801

Дослідження (команда) було підтримано Дослідницьким фондом Фландрії (FWO), Діяльністю Марії Склодовської-Кюрі (MSCA), докторською стипендією Тайвань-KU Leuven (P1040) і Фондом дослідження мієлоїду Wings for Life.