Αξιοσημείωτα αποτελέσματα – Νέα έρευνα αποκαλύπτει ότι ο νωτιαίος μυελός μπορεί να μάθει και να απομνημονεύσει

Νέα έρευνα αποκαλύπτει ότι οι νευρώνες στο νωτιαίο μυελό έχουν την ικανότητα να μαθαίνουν και να διατηρούν πληροφορίες ανεξάρτητα από τον εγκέφαλο.

Ο νωτιαίος μυελός συχνά περιγράφεται ως απλώς ένας αγωγός για τη μετάδοση σημάτων μεταξύ του εγκεφάλου και του σώματος. Ωστόσο, ο νωτιαίος μυελός μπορεί να μάθει και να θυμάται τις κινήσεις από μόνος του.

Μια ομάδα ερευνητών στο Ερευνητικό Κέντρο Νευροηλεκτρονικών της Φλάνδρας (NERF) με έδρα το Λέουβεν, εξήγησε πώς δύο διαφορετικοί πληθυσμοί νευρώνων επιτρέπουν στον νωτιαίο μυελό να προσαρμόζεται και να θυμάται τη μαθημένη συμπεριφορά με έναν εντελώς ανεξάρτητο από τον εγκέφαλο τρόπο. Αυτά τα αξιοσημείωτα αποτελέσματα δημοσιεύτηκαν στο περιοδικό Επιστήμες, ρίχνοντας νέο φως στο πώς τα κυκλώματα της σπονδυλικής στήλης συμβάλλουν στον έλεγχο και την αυτοματοποίηση της κίνησης. Αυτές οι ιδέες θα μπορούσαν να σχετίζονται με την αποκατάσταση ατόμων με κακώσεις της σπονδυλικής στήλης.

Η αινιγματική πλαστικότητα του νωτιαίου μυελού

Ο νωτιαίος μυελός ρυθμίζει και ελέγχει τις ενέργειες και τις κινήσεις μας ενσωματώνοντας διαφορετικές πηγές αισθητηριακών πληροφοριών και μπορεί να το κάνει χωρίς τη συμβολή του εγκεφάλου. Επιπλέον, οι νευρώνες στο νωτιαίο μυελό μπορούν να μάθουν να προσαρμόζουν διαφορετικές εργασίες ανεξάρτητα, με αρκετή επαναλαμβανόμενη πρακτική. Ωστόσο, το πώς ο νωτιαίος μυελός επιτυγχάνει αυτή την αξιοσημείωτη πλαστικότητα έχει προβληματίσει τους νευροεπιστήμονες εδώ και δεκαετίες.

Ένας από αυτούς τους νευροεπιστήμονες είναι η καθηγήτρια Aya Takeoka. Η ομάδα της στο Neuroelectronics Research Flanders (NERF, ένα ερευνητικό ινστιτούτο που υποστηρίζεται από τα imec, KU Leuven και VIB) μελετά πώς ο νωτιαίος μυελός ανακάμπτει από τραυματισμούς διερευνώντας πώς συνδέονται οι νευρικές συνδέσεις και πώς λειτουργούν και αλλάζουν όπως μαθαίνουμε. Νέες κινήσεις.

«Αν και έχουμε στοιχεία «μάθησης» μέσα στο νωτιαίο μυελό από πειράματα που χρονολογούνται από τις αρχές του 20ου αιώνα, το ερώτημα ποιοι νευρώνες εμπλέκονται και πώς κωδικοποιούν αυτή τη μαθησιακή εμπειρία έχει παραμείνει αναπάντητο», λέει ο καθηγητής Takeoka. .

Μέρος του προβλήματος είναι η δυσκολία άμεσης μέτρησης της δραστηριότητας μεμονωμένων νευρώνων στο νωτιαίο μυελό σε ζώα που δεν είναι ναρκωμένα αλλά ξύπνια και κινούνται. Η ομάδα του Takeoka εκμεταλλεύτηκε ένα μοντέλο στο οποίο τα ζώα εκπαιδεύουν συγκεκριμένες κινήσεις μέσα σε λίγα λεπτά. Με αυτόν τον τρόπο, η ομάδα αποκάλυψε έναν ειδικό κυτταρικό μηχανισμό για την εκμάθηση του νωτιαίου μυελού.

Δύο συγκεκριμένοι τύποι νευρώνων

Για να διερευνήσει πώς μαθαίνει ο νωτιαίος μυελός, ο διδακτορικός ερευνητής Simon Lavaud και οι συνεργάτες του στο εργαστήριο του Takeoka δημιούργησαν μια πειραματική διάταξη για τη μέτρηση των αλλαγών στην κίνηση σε ποντίκια, εμπνευσμένη από μεθόδους που χρησιμοποιούνται σε μελέτες εντόμων. «Αξιολογήσαμε τη συμβολή έξι διαφορετικών νευρωνικών πληθυσμών και εντοπίσαμε δύο πληθυσμούς νευρώνων, έναν ραχιαίο και έναν κοιλιακό, που μεσολαβούν στην κινητική μάθηση».

«Αυτές οι δύο ομάδες νευρώνων εναλλάσσονται», εξηγεί ο Lavaud. «Οι ραχιαίοι νευρώνες βοηθούν τον νωτιαίο μυελό να μάθει μια νέα κίνηση, ενώ οι κοιλιακοί νευρώνες τον βοηθούν να θυμάται και να εκτελεί την κίνηση αργότερα».

«Μπορείτε να το συγκρίνετε με μια κούρσα αναμετάδοσης εντός του νωτιαίου μυελού. .»

Μάθηση και μνήμη έξω από τον εγκέφαλο

Αναλυτικά αποτελέσματα δημοσιεύονται στο ΕπιστήμεςΔείχνει ότι η δραστηριότητα των νευρώνων στο νωτιαίο μυελό μοιάζει με διαφορετικούς κλασικούς τύπους μάθησης και μνήμης. Η αποκάλυψη αυτών των μηχανισμών μάθησης θα είναι ζωτικής σημασίας, επειδή είναι πιθανό να συμβάλλουν σε διαφορετικούς τρόπους με τους οποίους μαθαίνουμε και αυτοματοποιούμε την κίνηση, και μπορεί επίσης να είναι σχετικοί στο πλαίσιο της αποκατάστασης, λέει ο καθηγητής Aya Takeoka: «Τα κυκλώματα που περιγράψαμε θα μπορούσαν να παρέχουν Ο νωτιαίος μυελός εμπλέκεται στην εκμάθηση κίνησης και στη μακροπρόθεσμη κινητική μνήμη, τα οποία μας βοηθούν να κινούμαστε, όχι μόνο με φυσιολογική υγεία, αλλά κυρίως κατά την ανάκαμψη από τραυματισμούς του εγκεφάλου ή του νωτιαίου μυελού.

Αναφορά: «Δύο κατηγορίες ανασταλτικών νευρώνων διέπουν την απόκτηση και την ανάκτηση της σπονδυλικής αισθητηριοκινητικής προσαρμογής» από τους Simone Lavaud, Charlotte Bishara, Mattia Dandola, Shu Hao Yeh και Aya Takeoka, 11 Απριλίου 2024, Επιστήμες.
doi: 10.1126/science.adf6801

Η έρευνα (η ομάδα) υποστηρίχθηκε από το Ίδρυμα Έρευνας της Φλάνδρας (FWO), τη Δράση Marie Skłodowska-Curie (MSCA), τη Διδακτορική Υποτροφία Taiwan-KU Leuven (P1040) και το Ίδρυμα Μυελοειδούς Έρευνας Wings for Life.