Спинной мозг содержит сеть нейронов, которые могут работать в значительной степени автономно, что позволяет животным выполнять простые ритмичные движения при ходьбе с минимальным вниманием, что дает нам возможность, например, ходить во время разговора по телефону. Эти схемы управляют такими свойствами, как шаг каждой ногой или темп ходьбы или бега.Исследователи во главе с профессором Солка Мартином Гулдингом впервые определили, какие нейроны в спинном мозге отвечают за управление ключевым выходом этого контура передвижения, а именно способность синхронно активировать и деактивировать противоположные мышцы для создания плавного изгибающего движения ( получившее название чередование сгибателей и разгибателей). Результаты были опубликованы 2 апреля в Neuron.
Двигательные цепи в спинном мозге собраны из шести основных типов интернейронов — клеток, которые взаимодействуют между нервами, идущими от головного мозга, и нервами, которые активируют или тормозят мышцы. Гулдинг и его команда ранее предполагали, что один класс интернейронов, интернейроны V1, вероятно, является ключевым компонентом схемы сгибателей-разгибателей. Однако, когда интернейроны V1 были удалены, команда увидела, что активность сгибателей-разгибателей все еще не нарушена, что заставило их подозревать, что другой тип клеток также участвует в координации этого аспекта движения.
Чтобы определить, какие другие интернейроны задействованы в цепи сгибателей-разгибателей, команда искала другие клетки спинного мозга со свойствами, аналогичными свойствам нейронов V1. При этом они начали фокусироваться на другом классе нейронов, функция которого не была известна, — на интернейронах V2b. Используя специализированную экспериментальную установку, которая позволяет отслеживать движения в самом спинном мозге, команда увидела синхронный паттерн активности сгибателей и разгибателей, когда интернейроны V2b были инактивированы вместе с интернейронами V1.
Команда также показала, что эта синхронность привела к появлению у новорожденных мышей столбнячной реакции, когда два типа интернейронов были инактивированы: конечности застыли в одном положении, потому что у них больше не было двухтактного баланса возбуждения и торможения, необходимого для двигаться.Эти данные еще раз подтверждают гипотезу, выдвинутую более 120 лет назад нейробиологом, лауреатом Нобелевской премии Чарльзом Шеррингтоном, о том, что чередование сгибателей и разгибателей необходимо для передвижения у всех животных, у которых есть конечности. Он предположил, что эту функцию выполняли специализированные клетки спинного мозга, называемые переключающими клетками.
Спустя 120 лет Гулдинг и исследователи установили идентичность этих переключающих ячеек.«Вся наша двигательная система построена на разгибании сгибателей; это краеугольный камень движения », — говорит Гулдинг, владелец кресла Salk’s Frederick W. and Joanna J. Mitchell Chair. «Если вы действительно хотите понять, как движутся животные, вам необходимо понять вклад этих переключающихся ячеек».С более глубоким пониманием фундаментальной науки о том, как работает эта схема сгибателей-разгибателей, ученые смогут, например, создать систему, которая может реактивировать спинной мозг или имитировать сигналы, посылаемые из головного мозга в спинной мозг. .