(Medical Xpress) – Исследовательская группа, возглавляемая Сильвией Арбер из Института биомедицинских исследований им. Фридриха Мишера и Биологического центра Базельского университета, показала, что моторный контроль конечностей регулируется с помощью селективной матрицы синаптических связей между стволом мозга и спинным мозгом. В частности, исследователи определили область ствола мозга, отвечающую за контроль схватывания. Впервые появилась возможность однозначно связать определенные элементы нейронных цепей с определенной фазой движения. Результаты опубликованы в журнале Nature.
Для большинства людей, которые пытаются схватить маленький мяч пальцами ног, разница между моторикой рук и ног сразу очевидна. Но для ученых, изучающих нейроны, которые контролируют движения конечностей, причина этого не так очевидна. В случае рук и ног цепи в головном мозге соединяются с мотонейронами спинного мозга, которые, в свою очередь, контролируют различные мышцы конечностей. Однако не было ясно, где происходит специализация, какие нейронные цепи объясняют различия между ручным и стопным двигательным управлением и как они это делают. Сильвия Арбер и ее команда из Института биомедицинских исследований имени Фридриха Мишера и Биоцентра Базельского университета теперь исследовали цепи в мозге, лежащие в основе этих различий.
Матрица связи между стволом и спинным мозгом
В исследовании, опубликованном в журнале Nature сегодня, нейробиологи из Базеля показывают, что ствол мозга мыши включает ряд областей, контролирующих движение через узкоспециализированные связи со спинным мозгом.
В работе использовались современные методы визуализации связей между нейронами. Таким образом, исследователи смогли выявить трехмерную матрицу связи между стволом головного мозга и мотонейронами спинного мозга. Они обнаружили, что нейроны ствола мозга, связанные с двигательными нейронами, иннервирующими переднюю конечность мыши (соответствующую человеческой руке), частично находятся в разных областях, чем те, которые нацелены на двигательные нейроны, иннервирующие задние конечности. Контроль передних конечностей был особенно выражен в области, известной как вентральная часть ретикулярной формации мозгового ядра, или сокращенно MdV.
Но есть не только различия между задними и передними конечностями в целом. Исследователи также обнаружили, что нейроны, расположенные в определенных областях ствола мозга, демонстрируют предвзятость связи с мотонейронами с разными функциями. Таким образом, нейроны в определенных областях имеют преимущественные связи с бицепсами, а другие – с мотонейронами трицепса, в то время как другие снова связаны с обоими. «Это означает, что существует определенная матрица связности ствола мозга с многочисленными функционально различными моторными нейронами», – говорит Сильвия Арбер.
Область ствола мозга для захвата
Чтобы оценить важность этой матрицы связности для движений, исследователи более подробно проанализировали нейроны в одной из областей ствола мозга – MdV. Сначала определив, что нейроны MdV контролируют мелкие, но не грубые двигательные задачи, они изучили каждую отдельную фазу умелой двигательной задачи – извлечение одной пищевой гранулы – в отдельности. Они обнаружили, что нейроны MdV контролируют только фазу захвата гранулы, а не фазы первоначального достижения или последующей передачи пищи в рот.
Арбер комментирует: «Если мы хотим понять, как возникают движения и контролируются, то сначала мы должны понять структуру различных задействованных нейронных цепей. В нашем исследовании мы определили первый уровень связей, контролирующих четко определенное движение. Мы предполагаем, что сложная матрица, отвечающая за широкий диапазон движений, в конечном итоге будет обнаружена на уровне ствола мозга.”