Så regleras våra rörelser i ryggmärgen
Forskare vid Karolinska Institutet har identifierat en ny organisatorisk princip för hur nervcellsnätverket i ryggmärgen reglerar våra rörelser. Nätverket som blixtsnabbt omvandlar kommandon från hjärnan till väl anpassade rörelser kan liknas vid en motor med tre växlar. Resultaten publiceras i den vetenskapliga tidskriften Neuron.
Ryggradsdjurs rörelseförmåga är anmärkningsvärd på det sättet att vi har en enorm kapacitet att snabbt inleda en rörelse och ändra dess hastighet för att matcha våra avsikter. Dock är det fortfarande oklart hur det rytmgenererande nätverket av nervceller – den lokomotoriska motorn – i ryggmärgen omedelbart kan översätta signaler från hjärnan till rytmiska rörelser med lämplig hastighet.
Forskare vid Karolinska Institutet har använt zebrafiskar som modellorganism för att i detalj kartlägga hur denna motor genererar och anpassar rörelser hos ryggradsdjur.
En ny organisatorisk princip
– Vi har upptäckt en ny organisatorisk princip som är avgörande för att utföra en till synes enkel men gåtfull funktion: initiering av rörelser och förändring av hastigheten, säger Abdel El Manira, professor vid institutionen för neurovetenskap vid Karolinska Institutet, som lett studien.
Forskarna utförde en omfattande och kvantitativ kartläggning av kopplingar (synapser) mellan nervceller kombinerat med analyser av zebrafiskens beteende. Resultaten visade att de så kallade excitatoriska nervcellerna i ryggmärgen som genererar rörelser bildar tre återkommande, rytmgenererande nätverksmoduler som fungerar som växlar, vilka används vid långsamma, medelsnabba eller snabba rörelser. Dessa nätverk omvandlar signaler från hjärnan till samordnade lokomotoriska rörelser med en hastighet som är anpassad efter den ursprungliga avsikten.
Kan möjliggöra utvecklingen av behandlingsmetoder
– Insikterna som vi har kommit fram till i vår studie kan vara överförbara på däggdjur, inklusive människor, givet att den organisatoriska principen för hjärnstammen och nätverken i ryggmärgen är gemensam för ryggradsdjuren. Att förstå hur nätverken i hjärnstammen och ryggmärgen initierar rörelser och hur hastigheten styrs kan möjliggöra nya forskningsriktningar som syftar till att utveckla behandlingsmetoder för neurologiska sjukdomar hos människan, inklusive traumatisk ryggmärgsskada och degenerativa motorneuronsjukdomar såsom amyotrofisk lateralskleros (ALS), säger Abdel El Manira.
Studien finansierades av Vetenskapsrådet, Knut och Alice Wallenbergs stiftelse, Hjärnfonden och Karolinska Institutet.
Publikation
“Multiple rhythm generating circuits act in tandem with pacemaker properties to control the start and speed of locomotion”. Jianren Song, Irene Pallucchi, Jessica Ausborn, Konstantinos Ampatzis, Maria Bertuzzi, Pierre Fontanel, Laurence D. Picton and Abdeljabbar El Manira. Neuron, online 22 January 2020, doi: 10.1016/j.neuron.2019.12.030.