Нейроны, расположенные в глубинных структурах мозга, не только запускают движения, но и с невероятной точностью подавляют их. Это открытие принадлежит ученым Базельского университета и Института биомедицинских исследований Фридриха Мишера (FMI). Полученные данные крайне важны для понимания природы неврологических нарушений, таких как болезнь Паркинсона.
Оркестр движений и его дирижер
Простые действия, вроде взятия яблока или поднесения ложки ко рту, требуют сложнейшей работы множества мозговых процессов. Центральным "дирижером" в этом процессе выступает область глубинного мозга – базальные ганглии долгое время рассматривали как "тормоз", главной функцией которого было подавление ненужных действий.
Взлом устоявшейся модели
Под руководством профессора Сильвии Арбер исследователи проиллюстрировали на мышах ключевой прорыв: определенные нейроны базальных ганглиев принимают точнейшие решения, мгновенно определяя – разрешить конкретное движение или заблокировать. Динамическое сочетание этих сигналов тонко координирует время выполнения действия.
Это кардинально меняет представление о базальных ганглиях. Традиционная модель, описывающая их как постоянный тормоз, который лишь кратковременно снимается для инициации движения, не объясняет исполнения сложных сенсомоторных актов. "Она особенно неэффективна при описании высокоорганизованных движений, таких как скоординированные действия рук и кистей", — поясняет Арбер.
Особенная роль нейронов SNr
Фокус исследования – ретикулярная формация черной субстанции (SNr), главный выходной путь базальных ганглиев к двигательным центрам ствола мозга. Потрясающий результат: нейроны SNr не просто включаются для остановки движения. Они демонстрируют высокодинамичные и строго синхронизированные с каждым движением паттерны активности. В ходе сложных поведенческих актов нейроны SNr множество раз переключаются между высокой и низкой активностью, формируя уникальный рисунок для каждого типа движения.
Сигнальные светофоры мозга
Полученные данные рисуют картину базальных ганглиев как идеально отлаженной системы автоматического регулирования, похожей на светофоры на оживленном перекрестке. Каждый "светофор" (нейрон) загорается разрешающим "зеленым" или запрещающим "красным" конкретно для задуманного действия. Благодаря такой точности сложное поведение формируется из множества элементарных движений, регулируемых сигналами "старт" и "стоп".
Доказательства точного контроля
Регистрация активности мозга мышей, тянущихся лапкой за едой, подтвердила эту модель. Нейроны SNr четко реагировали на каждую фазу движения – протягивание, захват, возврат. Активность одних нейронов возрастала, других – сильно снижалась. Ведущие авторы единодушны: "Поражает невероятная точность настроек этих сигналов".
Использование оптогенетики для непосредственного воздействия на нейроны SNr окончательно доказало их управляющую функцию: их искусственная активация немедленно блокировала поведение. Самое удивительное – даже микроскопические изменения телодвижения сопровождались молниеносными точечными корректировками в сигналах SNr. Это запускало обратную связь от двигательных центров ствола мозга: "зеленый свет" от SNr действовал словно "педаль газа", разрешая движение. Управление оказалось кодированным с высокой детализацией, далеко превосходящей примитивную модель "вперед/стоп".
Светлые перспективы для медицины
Работа даёт ясное представление о том, как мозг контролирует мельчайшие движения через ювелирную настройку активации и торможения, формируя новый взгляд на моторный контроль. Эти знания открывают оптимистичные перспективы для лечения двигательных нарушений. При заболеваниях вроде Паркинсона или хореи нарушается этот тонкий баланс, вызывая симптомы, включая трудности в инициации движений. "Понимание того, как базальные ядра организуют естественную моторику, — это ключ к разработке точных методов терапии при сбоях в этой системе", — заключила профессор Арбер.
Источник: scientificrussia.ru
