Американские ученые с помощью математических моделей продемонстрировали, как у миног может восстанавливаться подвижность после повреждений спинного мозга. Исследователи предполагают, что полученные результаты подтолкнут развитие новых терапевтических методов в медицине и алгоритмов «мягкой» робототехники. Данные были опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Спинной мозг связывает органы и части тела с головным, регулируя работу всего организма. Каждый сегмент спинного мозга отвечает за определенные системы органов, и чем выше отдел — тем более важные для жизнеобеспечения центры там располагаются. Миноги — вид хищных бесчелюстных рыб и любимцы ученых, так как обладают поразительной способностью быстро восстанавливаться после травм спинного мозга даже в верхних его отделах.
Исследователи ранее выяснили, что нейроны у миног могут восстанавливаться. Однако процент восстанавливающихся нервных клеток слишком низкий и предполагает наличие другого механизма для восстановления локомоции. Авторы работы выдвинули гипотезу, что миноги используют проприоцепцию — ощущение расположения частей тела в пространстве и относительно друг друга — в дополнение к восстанавливающимся нисходящим путям в спинном мозге. Ученые использовали математические модели для имитации движения миног и влияния на него обратной связи от частей тела. Команда задавала моделям различные сценарии: среди них были и биологически невозможные, однако ни один из них не предполагал регенерации нейронов. Модель учитывала изгибы и растяжение тела над очагом поражения и отправляла эту информацию остальным частям тела через мышцы, а не спинной мозг.
Даже при умеренной сенсорной обратной связи модели показали удивительное восстановление плавательной активности в биологически правдоподобных моделях. Поскольку у миног регенерирует часть нейронов и есть некоторое количество нисходящих спинальных путей, им может потребоваться меньше сенсорной обратной связи, чем предсказывают модели.
«Не важно, кем вы являетесь: миногой, которая восстанавливается спонтанно, или человеком, которому нужно лекарство или электрический стимулятор, — достичь цели, если у вас есть несколько ключевых элементов в нужных местах, повторно используя их, более реально, чем пытаться воспроизвести идентичный исходный паттерн синаптических связей и роста с нуля», — рассказала Дженнифер Морган из Бакнеллского университета.
В ходе дальнейших исследований команда планирует добавить в модели регенерацию нейронов, проследить ее корреляцию с восстановлением активности и взаимодействие с сенсорной обратной связью. Ученые надеются выявить тип и количество обратной связи, необходимое человеческому мозгу, чтобы улучшить работу интерфейсов «мозг — машина» и стимулирующих устройств. В перспективе результаты данных исследований должны внести значимый вклад в лечение пациентов с повреждениями спинного мозга и заболеваниями, ограничивающими подвижность.
Автор: Мария Позднышева.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
