Zinātnieki no Maksa Planka institūta Floridā (MPFI) ASV ir atklājuši, kā divas smadzeņu daļas darbojas kopā, līdzīgi kā smilšu pulkstenis, elastīgi kontrolējot kustību sinhronizāciju, kā ziņots žurnālā „Nature” publicētajā rakstā.
Saturs
Viens no galvenajiem pētījuma rezultātiem ir tas, ka motoriskā garoza un strīpveida ķermenis darbojas kopā kā smilšu pulkstenis, mērot laiku un nodrošinot precīzas, koordinētas kustības . Turklāt tika novērots, ka motoriskās garozas neironu aktivitātes pagaidu nomākšana aptur smadzeņu pulksteņa darbību, bet aktivitātes nomākšana strīpainajā ķermenī to palēnina. Šie rezultāti parāda, kā smadzenes uztur laiku kustību koordinācijai, ko nākotnē varētu izmantot, lai atjaunotu kustību funkcijas tādu slimību gadījumā kā Parkinsona slimība un Hantingtona slimība.
Vai tas būtu runāšana vai beisbola spēle, precīza un adaptīva kustību sinhronizācija ir ļoti svarīga ikdienas darbībās. Lai gan mums nav tādu maņu orgānu kā redze vai oža, lai uztvertu laiku, mēs varam to mērīt un kontrolēt savu darbību laiku. Šī laika precizitāte balstās uz smadzeņu kontroles mehānismu, bet līdz šim tā darbības mehānisms bija nezināms. Šajā jaunajā pētījumā MPFI zinātnieki atklāj, kā šis mehānisms darbojas, izmantojot divu smadzeņu apgabalu mijiedarbību: motorisko garozu un striatumu. Kopā šie apgabali reģistrē laika plūdumu līdzīgi kā smilšu pulkstenis .
Iepriekšējie pētījumi par to, kā smadzenes sinhronizē kustības, ir atklājuši, ka gan motoriskā garoza, gan striaatum ir galvenās smadzeņu zonas. Šīs zonas demonstrē neironu aktivitātes modeļus, kas atbilst sinhronizācijas funkcijām, un to bojājumi tādu slimību gadījumā kā Parkinsona slimība un Hantingtona slimība izraisa kustību sinhronizācijas deficītu.
Pētījuma vadošais zinātniskais darbinieks Zidan Jan skaidro: “Mēs zinājām, ka smadzenēs ir regulējams taimeris, bet nebija skaidrs, kā tas darbojas un kāda ir katras smadzeņu daļas konkrētā funkcija. Mēs vēlējāmies precīzi saprast, kā smadzenes kontrolē laiku, jo tā ir ļoti svarīga funkcija mūsu ikdienas darbībās.”
Lai to izdarītu, zinātnieki iemācīja pelēm saņemt atlīdzību, aplaizot dozatoru noteiktā laikā, piemēram, pēc 1 sekundes. Veicot šo uzdevumu, pētnieki reģistrēja tūkstošiem neironu aktivitāti gan motorajā garozā, gan strīpainajā ķermenī, lai izmērītu to laika izmaiņas. Lai saprastu, kā var darboties smadzeņu bioloģiskais pulkstenis, zinātnieki apvienoja šos mērījumus ar optogēnikas metodi, kas ļāva viņiem uz laiku nomākt aktivitāti vienā smadzeņu apgabalā, izmantojot gaismas uzliesmojumus, un izmērīt rezultātā radušās laika izmaiņas citā apgabalā.
1. Sīkāk
“Apvienojot neironu ierakstus ar īslaicīgām aktivitātes izmaiņām noteiktās smadzeņu zonās, mēs varējām noteikt katras zonas lomu smadzeņu iekšējā pulkstenī. Mēs sapratām, ka šīs smadzeņu zonas darbojas kopā, mērot laiku, bet pilda unikālas funkcijas, līdzīgi kā smilšu pulksteņa augšējā un apakšējā daļa,” skaidro Jans.
Pētnieki atklāja, ka smadzeņu motoriskā garoza atgādina smilšu pulksteņa augšējo daļu, nosūtot neironu signālu plūsmas uz strīpoto ķermeni. Strīpotos ķermenī šie signāli ar laiku uzkrājas, līdzīgi kā smiltis smilšu pulksteņa apakšā. Tiklīdz signāls sasniedz noteiktu līmeni, tiek iedarbināta kustība.
2. Sīkāka informācija
Kad pētnieki uz laiku atslēdza motorisko garozas daļu, viņi apturēja šo signālu plūsmu, tāpat kā saspiežot smilšu pulksteņa kakliņu, lai apturētu smilšu izbiršanu. Tas pārtrauca aktivitātes uzkrāšanos strīpainajā ķermenī un aizkavēja brīdi, kad pele nolaizīja kārumu, it kā pats laiks būtu apstājies.
No otras puses, kad pētnieki nomāca strīpainā ķermeņa aktivitāti, viņi atjaunoja laika signālus, it kā apgriežot smilšu pulksteni, lai atkārtoti iedarbinātu taimeri. Tas vēl vairāk aizkavēja peles laizīšanas procesu, it kā laiks būtu pagriezts atpakaļ.
3. Kas jāņem vērā
Pētījuma rezultāti ir nozīmīgs solis uz priekšu, lai izprastu, kā neironu aktivitāte šajās divās zonās mijiedarbojas, lai koordinētu darbības. Hidehiko Inagaki, MPFI pētniecības grupas vadītājs un pētījuma galvenais autors, apraksta to galīgo mērķi: “Motoriskā garoza un striatums ir divas galvenās smadzeņu zonas, kas kontrolē mūsu kustības un tiek skartas daudzos kustību traucējumos.
Mēs strādājam, lai izprastu, kā smadzeņu aktivitātes modeļi šajās kritiski svarīgajās zonās ļauj precīzi kontrolēt uzvedību, piemēram, plūstošas kustības. Mēs ceram, ka šīs zināšanas varēs izmantot, lai atjaunotu kustību funkcijas tiem, kam ir grūtības dzīvot ar kustību traucējumiem.”
