Синаптические окончания премоторных нейронов в исследуемом ядре ствола мозга (синий). Аксоны отмеченной субпопуляции спинномозговых интернейронов, оканчивающихся в определенном домене этого ядра ствола мозга (розовый).
Моторные команды, посылаемые мозгом для активации мышц рук, осуществляются двумя разными путями. Как выяснила исследовательская группа под руководством профессора Сильвии Арбер из Биоцентра Базельского университета и Института биомедицинских исследований им. Фридриха Мишера, многие нейроны спинного мозга посылают свои инструкции не только мускулатуре, но и обратно. мозг через изысканно организованную сеть. Этот двойной поток информации обеспечивает нейронную основу для точного управления движением рук и кистей рук. Эти результаты были опубликованы в Cell.
Движение – это фундаментальная способность человека и животных, включающая очень сложное взаимодействие мозга, нервов и мышц. В частности, движения наших рук и кистей рук требуют чрезвычайно точной координации. Мозг посылает постоянный поток команд через спинной мозг нашим мышцам для выполнения самых разнообразных движений. Этот поток информации из головного мозга достигает интернейронов в спинном мозге, которые затем передают команды по дальнейшим цепям моторным нейронам, иннервирующим мышцы. Исследовательская группа во главе с Сильвией Арбер из Биоцентра Базельского университета и Института биомедицинских исследований имени Фридриха Мишера теперь выяснила организацию второго информационного пути, используемого этими командами.
Копия в мозг: одна команда – два направления
Ученые показали, что многие интернейроны в спинном мозге мыши не только передают свои сигналы через моторные нейроны к целевой мышце, но и одновременно отправляют копию этой информации обратно в мозг. Кьяра Пиветта, первый автор публикации, объясняет: «Моторная команда к мышце отправляется в двух разных направлениях – в одном направлении, чтобы вызвать желаемое мышечное сокращение, а в другом – для информирования мозга о том, что команда действительно была перешел на мускулатуру.”По аналогии с передачей по электронной почте информация, таким образом, отправляется не только получателю, но и отправителю первоначального запроса.
Информация для ядра ствола мозга, разделенная по функциям
Что происходит с информацией, отправляемой спинномозговыми интернейронами в мозг? Как обнаружила группа Арбера, этот вход разделен по функциям и пространственно организован в ядре ствола мозга. Таким образом, информация от разных типов интернейронов поступает в разные области ядра. Например, информация о позвоночнике, которая будет влиять на координацию движений слева и справа, собирается в другом месте, чем информация, влияющая на скорость движения.
Мелкая моторика поддерживается двойным информационным потоком
Арбер комментирует: «От одной миллисекунды до следующей эта чрезвычайно точная обратная связь гарантирует, что команды передаются правильно и что – через сигналы, отправленные обратно в мозг из спинного мозга – результирующее движение немедленно координируется с мозгом и корректируется.”Интересно, что ученые наблюдали такой поток информации в мозг только для руки, но не для контроля ног. «Это показывает, – говорит Арбер, – что этот информационный путь, скорее всего, важен для мелкой моторики. По сравнению с ногой движения нашей руки и особенно рук должны быть намного более точными. Очевидно, что наш организм может обеспечить такой уровень точности управления моторикой только при постоянной обратной связи информации.”
В ходе дальнейших исследований группа Сильвии Арбер теперь планирует изучить, что произойдет, если поток информации обратно в мозг нарушится определенным образом. Поскольку одни интернейроны способствуют движению, а другие – препятствуют, такие исследования могут дать дополнительную информацию о функциях цепей, управляющих движением.