”Startceller” i hjärnan styr om vi ska springa eller gå
En studie i Nature av forskare vid Karolinska Institutet och Köpenhamns universitet ger ny, viktig kunskap om hur hjärnan styr gångrörelser. I försök på möss har forskarna upptäckt att särskilda startceller på olika platser i hjärnan får mössen att antingen gå eller springa. Forskningen kan resultera i nya behandlingar för sjukdomar och skador som påverkar rörelseförmågan.
Att kunna ta sig från en plats till en annan är en grundläggande funktion som är nödvändig för både människors och djurs överlevnad. Rörelsebeteendet har en episodisk karaktär, vilket innebär att vi rör oss när vi vill eller behöver göra det och att vi enkelt kan avbryta pågående rörelser. Våra behov och det sammanhang vi befinner oss i styr på vilket sätt och med vilken hastighet vi rör oss.
Den exakta koordineringen av rörelserna styrs av nervkretsar i ryggmärgen, men det är hjärnstammen som signalerar till ryggmärgen att vi ska utföra förflyttningen. Nu visar forskare vid bland annat Karolinska Institutet att det är olika delar av den så kallade mitthjärnan som kontrollerar hur snabbt förflyttningen ska ske. Forskarna Vittorio Caggiano, Roberto Leiras, Haizea Goñi-Erro, Debora Masini och kollegor har tillsammans med professor Ole Kiehn som har lett studien identifierat särskilda ”startceller” i möss som är viktiga för själva initieringen av rörelserna. Startcellerna ingår i ett större nätverk av nervceller i två olika områden i mitthjärnan kallade PPN (pedunculopontine nucleus) och CnF (cuneiform nucleus).
Kompletterar tidigare studie om "stoppceller"
– Upptäckten av startceller kompletterar en tidigare studie där vi funnit särskilda ”stoppceller” i hjärnstammen som tvärtom får mössen att stanna. Tillsammans verkar de här celltyperna vara avgörande för rörelsebeteendets episodiska kontroll, säger professor Ole Kiehn som är verksam vid institutionen för neurovetenskap vid Karolinska Institutet och institutionen för neurovetenskap vid Köpenhamns universitet.
Forskarna har använt sig av flera avancerade tekniker, bland annat optogenetik, för att studera vilka typer av nervceller som är inblandade och var de neurala nätverken är placerade. Med hjälp av ljus och så kallade designer drugs har de kunnat aktivera utvalda grupper av nervceller och sedan studera hur mössens rörelsemönster påverkas.
När forskarna aktiverade PPN eller CnF började mössen att gå, men det var endast aktivering av CnF som kunde få mössen att springa. Tvärtom var det framför allt gångrörelser av mer utforskande karaktär som främjades vid aktivering av nervceller i PPN.
– Vi visar att de två hjärnregionerna både samarbetar och jobbar var för sig för att välja gångrörelser och kontrollera gångens hastighet, säger Ole Kiehn.
Kan ha betydelse vid Parkinsons sjukdom
Forskarna tror att liknande mekanismer styr gångrörelser hos människor och att resultaten därför kan få betydelse för utvecklingen av bättre behandlingar av ryggmärgsskador och vissa sjukdomar som påverkar rörelseförmågan. Parkinsons sjukdom påverkar till exempel ett område i hjärnan som skickar signaler till PPN.
– Redan i dag används så kallad deep brain stimulation för att behandla vissa symtom vid Parkinsons sjukdom med hjälp av elektriska impulser som skickas från elektroder till utvalda områden i hjärnan. Kanske kan elektriska impulser som skickas specifikt till startcellerna i CnF eller PPN ge ännu bättre effekt, säger Ole Kiehn.
Forskningen finansierades av Europeiska forskningsrådet (ERC), NINDS, Vetenskapsrådet, StratNeuro och Novo Nordisk Fonden.
Publikation
"Midbrain circuits that set locomotor speed and gait selection”
Caggiano V, Leiras R, Goñi-Erro H, Masini D, Bellardita C, Bouvier J, Caldeira V, Fisone G & Kiehn O
Nature, online 17 januari 2018, doi: 10.1038/nature25448