Спинний мозок може формувати пам’ять без участі головного мозку – дослідження

Джерело: Science Alert

Результати дослідження засвідчили, що спинний мозок здатен до навчання та запам’ятовування без участі головного мозку.

Навіть без голови багато комах продовжують смикати кінцівками та конвульсивно рухатись, доки, вичерпавши всі життєві сили, їхні рухи остаточно не припиняються.

Вченим давно відомо, що спинний мозок здатен здійснювати рухи кінцівок, які виходять за межі простих рефлекторних скорочень, — аж до адаптації, яка дозволяє уникати неприємних подразників.

Однак досі залишалося незрозумілим, як саме нейрони спинного мозку “вчаться” новим реакціям без участі мозку.

У дослідженні, проведеному на трансгенних мишах науковцями з Інституту нейроелектроніки VIB (Фландрія, Бельгія), було виявлено роль конкретного гена, що експресується в спинномозкових нервах, у запам’ятовуванні реакцій на потенційні загрози.

“Ці результати не лише кидають виклик усталеному уявленню, що моторне навчання та пам’ять формуються виключно в мозку, але й демонструють, що ми можемо керувати моторною пам’яттю спинного мозку. Це має велике значення для терапій, спрямованих на відновлення після травм спинного мозку,” — зазначила неврологиня і провідна дослідниця Ая Такеока.

Хоча мозок і контролює більшість рухів, спинний мозок — це не просто “шосе” для нервових сигналів. Він містить генетично різноманітні популяції нейронів, які здатні адаптуватися до індивідуальних потреб — зокрема у русі чи реакції на біль.

Попри складність органа, нейрони спинного мозку можна умовно поділити на дві основні групи:

• дорсальні нейрони, що передають сенсорну інформацію;
• вентральні нейрони, які відповідають за моторні реакції.

У кожному з цих типів гальмівні нейрони діють як “шлагбауми”, координуючи сигнали та точно налаштовуючи рухи і відчуття від імені мозку.

Питання, як ці різні типи нейронів спинного мозку взаємодіють і навчаються новим реакціям уже після остаточного формування нервових шляхів, було ключовим для неврологів, які шукають способи допомогти пошкодженим нервам відновитись.

Такеока та її команда помістили мишей із перерізаним спинним мозком у спеціальні підвісні системи, які утримували їхні задні кінцівки в повітрі — дозволяючи їм рухатися, але ізольовано від сигналів мозку. Усі реакції залишались лише за спинними нервами.

Дослідники подавали слабкі електричні імпульси на лапи мишей: одній миші — випадково, іншій — тільки у відповідь на певне “провисання” ноги. Це дозволило перевірити, чи здатен спинний мозок навчитися уникати негативного стимулу.

Коли одна з мишей навчилася підтягувати задні лапи у відповідь на стимул, на наступний день дослідники поміняли мишам ролі. Це довело, що реакція — не просто короткочасна адаптація, а справжнє засвоєння нового нової навички нервовою системою.

Група вчених використала шість різних видів генетично модифікованих мишей, щоб з’ясувати, які саме механізми зберігають пам’ять про електрошок у спинному мозку.

По черзі “вимикаючи” різні типи нервових клітин, вчені з’ясували: ті миші, у яких нейрони у верхній частині спинного мозку були порушені (особливо без функціонального гена Ptf1a), не змогли адаптуватися до стимулу. У тих, хто вже адаптувався, відключення Ptf1a не стирало навички.

Натомість деактивація іншого гена — En1, який кодує білок homeobox engrailed-1 у вентральних нейронах нижньої частини спинного мозку, змусила мишей “забути”, як реагувати на подразник при повторних тестах наступного дня. Але штучна стимуляція цих самих нейронів дозволила їм знову “пригадати” вивчену реакцію.

З медичної точки зору, розуміння того, як спинний мозок зберігає пластичність протягом усього життя та продовжує реагувати на зміни в середовищі, може стати поштовхом до розробки новітніх методів лікування пошкоджень нервової системи у людей.

“Знання про цей механізм — ключ до розуміння автоматизму рухів у здорових людей, і саме воно дає нам шанс покращити відновлення після травм спинного мозку,” — резюмувала Такеока.

• Китайські вчені розробили нейроімпланти, що допомогли чотирьом пацієнтам відновити рух після паралічу.