Нейронные исследования раскрывают секреты движения

краткое содержание: Исследователи добились прогресса в понимании того, как палочники контролируют мышцы ног во время ходьбы, ставя под сомнение предыдущие предположения об активации двигательных нейронов. Их исследование показывает, что нейроны, которые активируют мышцу-депрессор в ноге палочника, получают уникальное ритмическое возбуждение, в отличие от других мышц ног.

Это открытие подчеркивает роль центральных генераторов паттернов (ЦПГ) в производстве ритмических движений и указывает на то, что их влияние на мотонейроны ограничено каждой группой нейронов. Это исследование не только расширяет наше понимание передвижения животных, но и подчеркивает сложность нейронных сетей в координации движений при ходьбе.

Ключевые факты:

1. Исследование показало, что депрессорные мотонейроны палочников возбуждаются ритмично, в отличие от паттерна активации других мышц ног.
2. Было показано, что генераторы центральных паттернов (CPG) обеспечивают специфическую активацию различных групп мотонейронов, что развенчивает теорию однородного эффекта.
3. Это исследование расширяет наши знания о нейронной основе локомоции, предлагая точные механизмы контроля инициации и стабилизации фаз ходьбы.

источник: Кёльнский университет

В новом исследовании ученые из Кельнского университета получили новое представление о механизме ритмической активации нервных клеток (нейронов) палочников, которые управляют мышцами ног во время ходьбы.

Исследователи показали, что нейроны, активирующие мышцу-депрессор в ноге, возбуждаются ритмично, в отличие от нейронов в других мышцах ног. До сих пор предполагалось, что все так называемые мотонейроны одинаково активируются центральными нейронными сетями.

Исследование под названием «Синаптический привод центральных сетей, генерирующих паттерны мотонейронов ног ходячих насекомых, специфичен для популяции мотонейронов» было опубликовано в журнале. Текущая биология.

Исследовательская группа Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе исследует нейронные основы генерации движений у животных, особенно таких основных двигательных действий, как ходьба.

С этой целью группа под руководством профессора доктора Ансгара Бошгеса анализирует, среди прочего, насекомых, поскольку требования нервной системы к созданию и контролю движений при ходьбе очень схожи в животном мире.

У многих животных, например, в центральной нервной системе имеются сети, лежащие в основе генерации паттернов ритмической активности для многих форм движения, будь то ритмичная двигательная активность, такая как бег, плавание, ползание и полет, или вегетативные функции. Как дыхание.

Эти узкоспециализированные сети называются центральными генераторами шаблонов (CPG). Он генерирует ритмическую двигательную активность мышц для движения путем взаимодействия с информацией, получаемой от органов чувств и нейронов, называемых проприорецепторами; Проприорецепторы сообщают о движениях и информируют центральную нервную систему. В случае ходьбы они попадают на ноги насекомого и в него.

Сети делают это, активируя так называемые мотонейроны, иннервирующие мышцы. До сих пор предполагалось, что такие мотонейроны оказывают одинаковое воздействие на все мотонейроны, на которые они нацелены.

В своем новом исследовании Анджелина Рот, доктор Хараламбос Манциарис и профессор Бошгес опровергают это предположение о двигательной активности насекомых.

В своих экспериментах ученые фармакологически активировали CPG в центральной нервной системе палочника. Караузий Мавроз Он исследовал его влияние на мотонейроны, иннервирующие мышцы ног.

Они обнаружили, что все группы мотонейронов мышц ног, кроме одной, получают одинаковый импульс от сетей: ритмические тормозные сигналы от CPG.

Только мотонейроны, иннервирующие икроножную мышцу-депрессор, контролируются фазовым возбуждающим драйвом. Интересно, что икроножная мышца-депрессор — это именно та мышца насекомого, которая отвечает за формирование позы ног во время любой ходьбы — независимо от того, бежит животное вверх или вниз горизонтально, по потолку или по ветке.

«Ритмическое возбуждение и, следовательно, специфическая активация этой популяции двигательных нейронов с помощью CPG может служить для обеспечения точного времени сокращения мышц-депрессоров и, следовательно, начала и стабилизации фазы опоры», — объяснил профессор Бошгес.

Финансирование: Исследование финансировалось Немецким исследовательским фондом (DFG).

О новостях нейробиологических исследований

автор: Ева Шислер
источник: Кёльнский университет
коммуникация: Ева Шислер — Кёльнский университет
картина: Изображение предоставлено Neuroscience News.

Исходный поиск: Открытый доступ.
«Синаптический драйв центральных паттерн-генерирующих сетей мотонейронов ног ходячего насекомого специфичен для популяции мотонейронов.«Ансгар Бошгес и др. Текущая биология

Резюме

Синаптический драйв центральных паттерн-генерирующих сетей мотонейронов ног ходячего насекомого специфичен для популяции мотонейронов.

Основные моменты

• Синаптический привод CPG-сетей стеблей мотонейронов зависит от сборки.
• Мотонейроны транспортира, соединительной ткани и рычага получают фазовый тормозной импульс.
• Исключительно депрессорные мотонейроны получают фазовый возбуждающий импульс.

краткое содержание

Ритмическая двигательная активность, такая как полет, плавание или ходьба, является результатом взаимодействия между высшими центрами центральной нервной системы, которые инициируют, поддерживают и модулируют двигательную активность, специфичную для конкретной задачи, и центральными нейронными цепями, генерирующими паттерны (CPG). ), которые могут генерировать виртуальные ритмические двигательные сигналы и, наконец, обратную связь от органов чувств, которые модулируют базовую двигательную активность в направлении функции.

В этом контексте CPG обеспечивают фазовый синаптический привод к мотонейронам (МН), тем самым поддерживая генерацию ритмической активности для движения.

Мы проанализировали синаптический драйв, получаемый МН ног, снабжающих три основных сустава ног от ЦПГ в фармакологически активированных и десмопластических препаратах палочника (Караузий Мавроз). Мы показали, что моторные CPG моделируют тоническую активность пяти из шести МН ног посредством фазового тормозного синаптического драйва.

Это антагонистические сборки MN, которые иннервируют грудо-вертельный сустав и большеберцово-бедренный сустав, а также сборку MN, поднимающую тазик-вертельный сустав (CTr). Напротив, было обнаружено, что ритмическая активность депрессора MN, питающего сустав CTR, в первую очередь зависит от фазового возбуждающего влечения.

Это различие, вероятно, связано с ключевой ролью мышцы-депрессора в формировании положения ног во время любой ходьбы. Таким образом, наши результаты свидетельствуют о существовании качественно разных механизмов генерации ритмической активности между популяциями МН в одной и той же двигательной системе.