Hjärnkrets ligger till grund för rörelsehastighetsreglering
Forskare vid Karolinska kan nu avslöja hur hjärnkretsar kodar för start, varaktighet och plötslig förändring av rörelsehastigheten. Studien publiceras i tidskriften Neuron.
Rörelse i form av promenader, löpning eller simning är ett universellt beteende som gör att vi kan interagera med omvärlden. En noggrann kontroll av start och varaktighet av en rörelseepisod, i kombination med förmågan att utföra snabba förändringar i både kraft och hastighet, är viktiga funktioner för rörelseflexibiliteten. Till exempel kan vi plötsligt ändra hastigheten på vår rörelse från långsam promenad till löpning för att anpassa oss till vår omgivning.
– Med zebrafisken som modellsystem har vårt tidigare arbete avslöjat att neuronerna i ryggmärgen, som är ansvariga för utförandet av rörelse består av tre moduler som fungerar som växlingsmekanismer för att öka hastigheten, säger Abdel El Manira, professor vid institutionen för neurovetenskap, och motsvarande författare till artikeln.
– En viktig fråga som förblivit olöst är hur uppströmskretsarna, som finns i hjärnstammen, kodar och förmedlar start, varaktighet och förändring i rörelsehastighet till dessa verkställande kretsar i ryggmärgen, fortsätter han.
Viktiga resultat
Genom att utnyttja tillgängligheten av vuxna zebrafiskar, i kombination med ett brett spektrum av tekniker, kan forskarna nu avslöja två hjärn-kretsar som kodar för start, varaktighet och plötslig förändring i rörelsehastighet.
Hjärnkretsarna representerar det första steget i serien av kommandon som kodar för rörelsens början, varaktighet, hastighet och kraft. De två kommandoströmmarna som avslöjas här, med sin direkta tillgång till ryggradskretsarna, tillåter djuret att navigera genom sin miljö genom att gradera hastigheten och styrkan i de lokomotoriska rörelserna, samtidigt som de kontrollerar riktningen. Dessa mekanismer bland vuxna zebrafiskar skulle kunna vara överförbara till däggdjursmodellsystem.
Kartlägga kopplingar
Nästa steg blir att kartlägga kopplingen mellan dessa hjärnkretsar och de i ryggmärgen som driver rörelse.
Förhoppningsvis kan kretsen som avslöjas i studien leda till utformningen av nya terapeutiska strategier som syftar till att återställa motorisk funktion efter traumatisk ryggmärgsskada.
Studien har finansierats av Vetenskapsrådet, Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse, Hjärnfonden.
Publikation
Brainstem circuits encoding start, speed, and duration of swimming in adult zebrafish.
Berg EM, Mrowka L, Bertuzzi M, Madrid D, Picton LD, El Manira A
Neuron 2022 Nov;():