Tutkijat Max Planck -instituutista Floridassa (MPFI) Yhdysvalloissa ovat havainneet, kuinka kaksi aivojen aluetta toimivat yhdessä kuin tiimalasi, halliten joustavasti liikkeiden synkronointia, kuten kerrotaan Nature-lehdessä julkaistussa artikkelissa.
Sisältö
Yksi tutkimuksen keskeisistä tuloksista on, että motorinen aivokuori ja raitainen keho toimivat yhdessä kuin tiimalasi, mittaamalla aikaa ja varmistamalla tarkat, koordinoidut liikkeet . Lisäksi havaittiin, että motorisen aivokuoren hermosolujen toiminnan väliaikainen estäminen pysäyttää aivojen kellon toiminnan, kun taas aivokaaren toiminnan estäminen hidastaa sitä. Nämä tulokset osoittavat, kuinka aivot ylläpitävät aikaa liikkeiden koordinoimiseksi, mikä voidaan tulevaisuudessa hyödyntää motoristen toimintojen palauttamisessa sairauksissa, kuten Parkinsonin taudissa ja Huntingtonin taudissa.
Olipa kyseessä puhuminen tai baseballin pelaaminen, tarkka ja mukautuva liikkeiden synkronointi on tärkeää päivittäisessä käyttäytymisessä. Vaikka meillä ei ole aisteja, kuten näköä tai hajuaistia, ajan havaitsemiseen, voimme mitata aikaa ja hallita toimiemme ajoitusta. Tämä ajallinen tarkkuus perustuu aivojen ohjausmekanismiin, mutta sen toimintamekanismi on ollut tähän asti tuntematon. Tässä uudessa tutkimuksessa MPFI:n tutkijat paljastavat, kuinka tämä mekanismi toimii kahden aivoalueen, moottorisen aivokuoren ja striatumin, välisen vuorovaikutuksen kautta. Yhdessä nämä alueet rekisteröivät ajan kulun kuin hiekkakello .
Aikaisemmat tutkimukset aivojen liikkeiden synkronoinnista ovat osoittaneet sekä motorisen aivokuoren että striatumin olevan aivojen avainalueita. Nämä alueet osoittavat synkronointitoimintoihin liittyviä hermosolujen aktiivisuuden malleja, ja niiden vaurioituminen sairauksissa kuten Parkinsonin tauti ja Huntingtonin tauti johtaa liikkeiden synkronoinnin puutteeseen.
Tutkimuksen johtava tutkija Zidan Yang selittää: ”Tiesimme, että aivoissa on säädettävä ajastin, mutta ei ollut selvää, miten se toimii ja mikä on kunkin aivoalueen tarkka tehtävä. Halusimme ymmärtää tarkasti, miten aivot hallitsevat aikaa, koska se on erittäin tärkeä toiminto päivittäisissä toiminnoissamme.”
Tätä varten tutkijat opettivat hiirille, että ne saavat palkkion nuolemalla annostelijaa tiettynä ajankohtana, esimerkiksi 1 sekunnin kuluttua. Tämän tehtävän suorittamisen aikana tutkijat rekisteröivät tuhansien neuronien aktiivisuuden sekä motorisessa aivokuoressa että raitakudoksessa mitatakseen niiden ajallisia muutoksia. Ymmärtääkseen, miten aivojen biologinen kello voi toimia, tutkijat yhdistivät nämä mittaukset optogenetiikan menetelmään, jonka avulla he pystyivät väliaikaisesti estämään aktiivisuuden yhdessä aivojen alueella valonvälähdyksillä ja mittaamaan tuloksena olevat ajallisten muutosten muutokset toisella alueella.
1. Yksityiskohtaisesti
”Yhdistämällä hermosolujen rekisteröinnit tiettyjen aivoalueiden lyhytaikaisiin aktiivisuuden muutoksiin pystyimme määrittämään kunkin alueen roolin aivojen sisäisessä kellossa. Ymmärsimme, että nämä aivoalueet toimivat yhdessä mittaamalla aikaa, mutta suorittavat ainutlaatuisia toimintoja, kuten hiekkakellon ylä- ja alaosa”, Jan selittää.
Tutkijat havaitsivat, että aivojen motorinen kuori muistuttaa hiekkakellon yläosaa, joka lähettää hermosignaaleja raitakudokseen. Raitakudoksessa nämä signaalit kertyvät ajan myötä, kuten hiekka hiekkakellon pohjalle. Kun signaali saavuttaa tietyn tason, liike käynnistyy.
2. Lisätietoja
Kun tutkijat väliaikaisesti sammutti motorisen aivokuoren, he pysäyttivät näiden signaalien virran, aivan kuin puristaisivat hiekkakellon kaulaa estääkseen hiekan valumisen. Tämä keskeytti aktiivisuuden kertymisen juovikkaaseen ja viivästytti hetkeä, jolloin hiiri nuolaisi herkkua, ikään kuin aika olisi pysähtynyt.
Toisaalta, kun tutkijat tukahduttivat aivokuoren toiminnan, he nollasivat ajalliset signaalit, ikään kuin he olisivat kääntäneet hiekkakellon ympäri käynnistääkseen ajastimen uudelleen. Tämä viivästytti hiiren nuolemista entisestään, ikään kuin aika olisi kelattu taaksepäin.
3. Mitä on otettava huomioon
Tutkimuksen tulokset ovat merkittävä askel eteenpäin ymmärryksessä siitä, miten näiden kahden alueen hermosolujen toiminta vuorovaikuttaa toisten kanssa koordinoidakseen toimintaa. MPFI-tutkimusryhmän johtaja ja tutkimuksen pääkirjoittaja Hidehiko Inagaki kuvaa heidän lopullista tavoitettaan: ”Motorinen aivokuori ja striatum ovat kaksi aivojen avainaluetta, jotka ohjaavat liikkeitämme ja vaurioituvat monissa liikuntahäiriöissä.
Pyrimme ymmärtämään, miten aivojen aktiivisuusmallit näissä kriittisen tärkeissä alueissa mahdollistavat tarkasti kontrolloidun käyttäytymisen, kuten sujuvat liikkeet. Toivomme, että tätä tietoa voidaan käyttää motoristen toimintojen palauttamiseen niillä, joilla on vaikeuksia elää motorisen häiriön kanssa.”
