Ученые показали, как спинной мозг может обучаться самостоятельно. Исследователи обнаружили две группы нейронов, которые позволяют спинному мозгу запоминать и воспроизводить движения без участия головного мозга. Исследование опубликовано в журнале Science.
До этого исследования ученым уже было известно о том, что спинной мозг может обучаться самостоятельно. Наиболее наглядно это продемонстрировал эксперимент с безголовыми насекомыми, чьи лапки все еще можно было обучить избегать внешних сигналов.
Теперь группа исследователей разработала экспериментальную установку для изучения адаптации спинного мозга без участия головного. С ее помощью они провели серию экспериментов на мышах. Одна мышь, контрольная, была крепко зафиксирована в установке, в то время как лапки второй мыши, экспериментальной, свободно свисали. Если задняя лапка экспериментальной мыши свисала слишком низко, ее стимулировали ударом электрического тока. Контрольная мышь также получала удары током, но не имело значения, какое положение занимали ее задние лапы. Всего за 10 минут экспериментальные мыши научились держать задние лапки выше, чтобы избежать удара током. У контрольных не наблюдалось никаких изменений в поведении.
Результат эксперимента показал, что спинной мозг может ассоциировать неприятные ощущения с положением конечностей и адаптировать двигательную активность таким образом, чтобы можно было избежать неприятных ощущений. При этом головной мозг в процессе не участвует. Через сутки исследователи повторили эксперимент, но поменяли местами экспериментальных и контрольных мышей. Экспериментальные мыши продолжали поднимать лапки — это указывает на то, что спинной мозг сохранил память о прошлом опыте, который мешал получению нового.
На следующем этапе исследования ученые занялись поиском нейронных цепей, позволяющих спинному мозгу обучаться и запоминать. В эксперименте принимали участие шесть типов трансгенных мышей. У каждого типа был «отключен» определенный набор нейронов. Исследователи тестировали способность мышей к моторному обучению и «отмене» обучения. В результате ученые обнаружили, что задние лапки зверьков не адаптировались к избеганию электрических ударов после отключения нейронов, связанных с геном Ptf1a.
На следующий день контрольных и экспериментальных мышей снова поменяли местами. В этот раз более значимой оказалась группа нейронов, связанных с экспрессией гена En1: когда они были «отключены», казалось, что спинной мозг ничему до этого не обучался. Дополнительная же стимуляция этой группы нейронов на 80% ускорила реакцию экспериментальных мышей.
Таким образом, ученые выделили две основные группы нейронов — дорсальную (спинную) и вентральную (брюшную). Эти две группы работают поочередно: дорсальные нейроны помогают спинному мозгу выучить новое движение, а вентральные — запомнить и воспроизвести его позже.
Результаты исследования ставят под сомнение общепринятое представление о том, что двигательное обучение и память ограничиваются исключительно цепями головного мозга. Это может быть важно для восстановления пациентов после травм спины и повреждения спинного мозга.
Автор: Екатерина Новикова.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
