Εντόπισαν τους νευρώνες που δίνουν τη δυνατότητα να κινούμαστε με υψηλή ταχύτητα

Μια ομάδα επιστημόνων υπό την καθοδήγηση της Silvia Arber δείχνει τώρα ότι ένας συγκεκριμένος τύπος νευρικών κυττάρων στο εγκεφαλικό στέλεχος είναι απαραίτητος για την εφαρμογή της υψηλής ταχύτητας κίνησης και ουσιαστικά είναι αυτός που δίνει τη δυνατότητα να έχει ο άνθρωπος υψηλή επιτάγχυνση.

Όλες οι μορφές σωματικής κίνησης, συμπεριλαμβανομένης της μετακίνησης, ελέγχονται σε διάφορα επίπεδα του νευρικού συστήματος. Το τελικό δίκτυο εντολών για κίνηση βρίσκεται στο νωτιαίο μυελό. Εκεί, τα νευρικά κύτταρα που ονομάζονται κινητικοί νευρώνες μεταδίδουν ένα σήμα κινητήρα στις μυϊκές ίνες, προκειμένου να τους συμβάλλουν.

Αλλά ο νωτιαίος μυελός δεν μπορεί να σας κάνει να κινηθείτε. Αυτό μπορεί σαφώς να παρατηρηθεί σε ασθενείς με πλήρη βλάβη του νωτιαίου μυελού οι οποίοι παραλύονται σε τμήματα του σώματος που είναι ερεθισμένοι από κινητικούς νευρώνες κάτω από τον τραυματισμό.

Το Brainstem παίζει σημαντικό ρόλο στον έλεγχο της κίνησης

Τα κυκλώματα της σπονδυλικής στήλης λαμβάνουν βασικές οδηγίες από τον εγκέφαλο για το πότε και πώς να πραγματοποιήσει μια κίνηση. Η πρόσφατη έρευνα καθιστά ολοένα και πιο ξεκάθαρη την υπόθεση ότι οι νευρώνες του εγκεφάλου παίζουν βασικούς ρόλους στον έλεγχο της δράσης. Απλά μιλώντας, οι νευρώνες σε αυτή την περιοχή του εγκεφάλου έχουν εντολή να ελέγχουν την κίνηση και να υπαγορεύουν τον τρόπο εκτέλεσης των κινήσεων. Γιατί όμως ήταν τόσο δύσκολο να αποκαλύψουμε αυτές τις αρχές;

Το κλειδί για την αναγνώριση συγκεκριμένων λειτουργιών των νευρώνων του στελέχους φαίνεται να είναι σε πολύ προσεκτική απεμπλοκή των κυτταρικών τύπων. Έτσι η Silvia Arber και η ομάδα της παρέχουν σημαντικές νέες ιδέες που δημοσιεύθηκαν στο Nature.

Οι επιστήμονες έδειξαν σε ποντικούς ότι το στέλεχος είναι πράγματι ένα μείγμα διαφορετικών νευρώνων με σαφείς ταυτότητες. Οι νευρώνες του εγκεφάλου αποσυντέθηκαν από τους νευροδιαβιβαστές που απελευθερώνουν. Επίσης διέφεραν από τη θέση τους στο εγκεφαλικό στέλεχος, από τις συνδέσεις που προκαλούν στους νευρώνες του νωτιαίου μυελού και από τις εισόδους που λαμβάνουν από άλλες περιοχές του εγκεφάλου.

Πιο ενδιαφέρουσα ανακάλυψη ήταν ότι οι θετικοί συντονισμοί των επονομαζόμενων διεγερτικών νευρώνων είναι δίπλα σε αρνητικά συντονιστικούς, ανασταλτικούς νευρώνες στις εξεταζόμενες περιοχές του εγκεφάλου. 

Οι νευρώνες με ξεχωριστές κινητικές λειτουργίες αναμιγνύονται

Ο Paolo Capelli, διδάκτορας της ομάδας του Arber και πρώτος συγγραφέας της μελέτης, θυμάται ότι η πιο συναρπαστική ανακάλυψη του έργου ήταν όταν άρχισε να μελετά ξεχωριστά τους τύπους των νευρωνικών κυττάρων:

«Όταν ενεργοποιήσαμε νευρώνες απελευθερώνοντας τον διεγερτικό νευροδιαβιβαστή γλουταμινικό σε ένα μικρό (LPGi), αλλά όχι σε άλλες γειτονικές περιοχές, προκάλεσε με αξιοπιστία την πλήρη μετακίνηση σώματος με σύντομη λανθάνουσα κατάσταση “.

Αντίθετα, αν οι νευροβιολόγοι ενεργοποιήσουν τους αναμεμειγμένους ανασταλτικούς νευρώνες, παρατηρούν μια ταχεία επιβράδυνση. Όπως καταδεικνύει ο Capelli, “ήταν απολύτως συναρπαστικό να δούμε πώς ένας πληθυσμός νευρώνων στο εγκεφαλικό στέλεχος μπορεί να προκαλέσει ένα πλήρες κινητικό πρόγραμμα που προσλαμβάνει τόσο τα εμπρός όσο και τα οπίσθια άκρα και όλους τους μυς που εμπλέκονται με τρόπο που δεν διακρίνεται από τη φυσική μετακίνηση”.

Περαιτέρω πειράματα έδειξαν ότι οι αναγνωρισμένοι διεγερτικοί νευρώνες, η διέγερση των οποίων προκαλεί μετακίνηση, χρειάζονται επίσης κατά τη διάρκεια της φυσικής μετακίνησης σε υψηλές ταχύτητες. Χωρίς αυτούς τους νευρώνες, η αποτελεσματική λειτουργία με υψηλές ταχύτητες δεν ήταν πλέον δυνατή.

Αυτά τα ευρήματα αποτελούν ένα σημαντικό βήμα προς τα εμπρός για την καλύτερη κατανόηση των νευρωνικών βάσεων στην εργασία του εγκεφάλου κατά τον έλεγχο της μετακίνησης.

Η Silvia Arber σχολιάζει: “Γνωρίζουμε τώρα ότι οι διάφορες κινητικές λειτουργίες του εγκεφάλου ήταν ιστορικά καλυμμένες από την ποικιλομορφία των αναμεμειγμένων νευρωνικών υποπληθυσμών. Μόλις τα χωρίσετε σε αυτούς τους υποπληθυσμούς, μπορείτε να αποκαλύψετε τη λειτουργία τους”.

Μακροπρόθεσμα, αυτά τα ευρήματα μπορούν επίσης να αποτελέσουν σημείο εισόδου για να παρεμβαίνουν σε ασθένειες στις οποίες η μετακίνηση είναι εξασθενημένη λόγω ελαττωμάτων σε υψηλότερα κινητικά κέντρα, όπως στη νόσο του Πάρκινσον.