Замечательные результаты. Новое исследование показывает, что спинной мозг способен учиться и запоминать.

Новое исследование показывает, что нейроны спинного мозга обладают способностью обучаться и сохранять информацию независимо от мозга.

Спинной мозг часто называют просто каналом передачи сигналов между мозгом и телом. Однако спинной мозг может обучаться и запоминать движения самостоятельно.

Группа исследователей из Научно-исследовательского центра нейроэлектроники Фландрии (NERF) в Левене подробно описала, как две разные нейронные популяции позволяют спинному мозгу адаптироваться и запоминать выученное поведение полностью независимым от мозга способом. Эти замечательные результаты были опубликованы в журнале Науки, проливая новый свет на то, как спинальные цепи способствуют контролю и автоматизации движений. Эти идеи могут быть актуальны для реабилитации людей с травмами позвоночника.

Загадочная пластичность спинного мозга

Спинной мозг модулирует и контролирует наши действия и движения, интегрируя различные источники сенсорной информации, и может делать это без участия головного мозга. Более того, нейроны спинного мозга могут научиться самостоятельно решать различные задачи при достаточной повторяющейся практике. Однако то, как спинной мозг достигает такой замечательной пластичности, десятилетиями озадачивало нейробиологов.

Одним из таких нейробиологов является профессор Ая Такеока. Ее команда из Neuroelectronics Research Flanders (NERF, научно-исследовательский институт, поддерживаемый imec, KU Leuven и VIB) изучает, как спинной мозг восстанавливается после травм, исследуя, как устроены нейронные связи, и как они функционируют и меняются по мере того, как мы учимся. Новые движения.

«Хотя у нас есть доказательства «обучения» спинного мозга в результате экспериментов, проведенных еще в начале 20-го века, вопрос о том, какие нейроны в этом участвуют и как они кодируют этот опыт обучения, остался без ответа», — говорит профессор Такеока. .

Частично проблема заключается в сложности прямого измерения активности отдельных нейронов спинного мозга у животных, которые не находятся под действием седативных препаратов, но бодрствуют и двигаются. Команда Такеоки воспользовалась моделью, согласно которой животные тренируют определенные движения за считанные минуты. При этом команда выявила специфичный для типа клеток механизм обучения спинного мозга.

Два специфических типа нейронов

Чтобы изучить, как спинной мозг обучается, докторант Саймон Лаво и его коллеги из лаборатории Такеоки построили экспериментальную установку для измерения изменений в локомоции у мышей, вдохновленную методами, используемыми при изучении насекомых. «Мы оценили вклад шести различных популяций нейронов и определили две популяции нейронов, одну дорсальную и одну вентральную, которые опосредуют моторное обучение».

«Эти две группы нейронов чередуются», — объясняет Лаво. «Дорсальные нейроны помогают спинному мозгу выучить новое движение, а вентральные нейроны помогают ему запомнить и выполнить это движение позже».

«Вы можете сравнить это с эстафетой внутри спинного мозга. Спинные нейроны действуют как первопроходцы, передавая сенсорную информацию, важную для обучения. Затем эстафету принимают вентральные клетки, гарантируя, что выученное движение запомнится и будет выполняться плавно. ».

Обучение и память вне мозга

Подробные результаты опубликованы в НаукиОно показывает, что активность нейронов спинного мозга напоминает различные классические типы обучения и памяти. Раскрытие этих механизмов обучения будет иметь решающее значение, поскольку они, вероятно, будут способствовать различным способам нашего обучения и автоматизации движений, а также могут быть актуальны в контексте реабилитации, говорит профессор Ая Такеока: «Описанные нами схемы могут обеспечить средства для Спинной мозг участвует в обучении движениям и долговременной двигательной памяти, которые помогают нам двигаться не только при нормальном здоровье, но особенно во время восстановления после травм головного или спинного мозга.

Ссылка: «Два класса тормозных нейронов управляют приобретением и восстановлением сенсомоторной адаптации позвоночника», Симона Лаво, Шарлотта Бишара, Маттиа Дандола, Шу Хао Йе и Ая Такеока, 11 апреля 2024 г., Науки.
doi: 10.1126/science.adf6801

Исследование (команда) поддерживалось Исследовательским фондом Фландрии (FWO), Фондом Марии Склодовской-Кюри (MSCA), Докторской стипендией Тайваня-KU Левена (P1040) и Фондом миелоидных исследований Wings for Life.