Мы берем ручку и пишем свое имя или тянемся за вилкой, чтобы съесть спагетти с томатным соусом. Тем не менее, чтобы правильно держать ручку или подносить спагетти ко рту, не создавая беспорядка, требуются точные движения руки и высокий уровень навыков.
В основе всего нашего моторного поведения лежит идеальное взаимодействие между нейронами головного, спинного мозга и мышц. Но какие нейронные цепи контролируют мелкую моторику рук, кистей и пальцев?? Проф. Команда Сильвии Арбер решала этот вопрос в недавней работе.
Нейробиологи, работающие как в Biozentrum Базельского университета, так и в Институте биомедицинских исследований имени Фридриха Мишера (FMI), уже много лет изучают, как нервная система контролирует двигательное поведение.
Нейроны в стволе мозга контролируют мелкую моторику
Используя мышиную модель, исследователи смогли продемонстрировать, что определенная область ствола мозга отвечает за различные мелкие моторные активности передних конечностей.
В своих исследованиях они применяли так называемые оптогенетические и вирусные методы, чтобы маркировать нейроны и наблюдать за их активностью. Это позволило команде локализовать четыре субпопуляции нейронов в этой области и соотнести их с конкретными функциями.
Например, одна группа нейронов смогла выявить достижение передних конечностей, в то время как другая группа контролирует обработку пищи.
С точки зрения эволюции ствол мозга является самой старой частью головного мозга и является прямым продолжением спинного мозга. Ствол мозга является важным переключателем между центрами планирования движений высшего порядка в головном мозге и исполнительными цепями спинного мозга. В спинном мозге потоки информации о движении в конечном итоге достигают мотонейронов, которые напрямую связаны с мышечными клетками.
Они, в свою очередь, управляют движением за счет сжатия. Только недавно было обнаружено, что ствол мозга состоит из множества областей, содержащих функционально специализированные популяции нейронов, участвующих в контроле различных форм движений тела.
Карта мозговых цепей для мелкой моторики
В своем исследовании команда Арбера определила организацию нейронов в одной из тех областей ствола мозга, которые называются «латеральный ростральный мозг» (latRM), и проследила пути их коммуникации. Это позволило исследователям связать различные поведенческие активности с конкретными группами нейронов latRM. «Относительно простые действия передних конечностей, такие как поиск пищи, выполняются нейронами latRM с прямыми проекциями на спинной мозг», – объясняет первый автор Людвиг Рудер.
Выполнение более сложных движений передними конечностями, в которых задействованы также пальцы, i.е. захват или поднесение пищи ко рту, контролируются нейронами latRM, связанными с нейронами в других областях ствола мозга. «Связи и цепи в стволе мозга необходимы для более сложных двигательных навыков», – говорит Арбер. «Популяции нейронов, которые мы идентифицировали в latRM, очень специфично контролируют двигательные навыки передних конечностей. Примечательно, что создание сложных и точных движений передних конечностей, таких как бросание, хватание или письмо, требует взаимодействия между различными областями ствола мозга."
Управление двигательными действиями одинаково у человека и животных
Разделение популяций нейронов в соответствии с различными формами движений на основе пространственной организации и связности дает представление о функции ствола мозга и контроле моторного поведения, в данном случае мелкой моторики руки и кисти. Многие нейронные цепи ствола мозга у людей и животных похожи.
Таким образом, можно предположить, какие популяции нейронов контролируют какие движения или как заболевания или травмы могут нарушать мелкую моторику или другое поведение у людей.