Когда вы касаетесь горячей плиты, ваша рука рефлекторно отдергивается; если вы пропускаете ступеньку на лестнице, вы инстинктивно ловите себя. Оба движения занимают долю секунды и не требуют предвидения. Теперь исследователи из Института Солка нанесли на карту физическую организацию клеток спинного мозга, которые помогают опосредовать эти и подобные им критические "сенсомоторные рефлексы"."

Новый план этого аспекта сенсомоторной системы, описанный в интернете в журнале Neuron 11 ноября 2020 года, может привести к лучшему пониманию того, как он развивается и может пойти наперекосяк в таких условиях, как хронический зуд или боль.

"Было проведено много исследований на периферии этой системы, изучая, как клетки кожи и мышц генерируют сигналы, но мы не знали, как эта сенсорная информация передается и интерпретируется, как только она достигает спинного мозга", - говорит Мартин Гулдинг, профессор Лаборатории молекулярной нейробиологии Солка и владелец кафедры Фредерика У. и Джоанны Дж.Митчелл. "Эта новая работа дает нам фундаментальное понимание архитектуры нашей сенсомоторной системы."

Рефлексивное поведение, наблюдаемое даже у новорожденных, считается одним из самых простых строительных блоков для движения. Но рефлексы должны быстро переводить информацию от сенсорных нейронов, которые обнаруживают прикосновение, тепло и болезненные раздражители, к двигательным нейронам,которые заставляют мышцы действовать. Для большинства рефлексов связи между сенсорными нейронами и двигательными нейронами опосредуются интернейронами в спинном мозге, которые служат своего рода "посредниками", тем самым экономя время, обходя мозг. Как эти посредники организованы для кодирования рефлексивных действий, остается неясным.

Голдинг и его коллеги обратились к набору инструментов молекулярной инженерии, которые они разработали за последнее десятилетие, чтобы изучить организацию этих спинальных рефлексов у мышей. Во-первых, они определили, какие интернейроны активны, когда мыши рефлекторно реагируют на такие ощущения, как зуд, боль или прикосновение. Затем они исследовали функцию интернейронов, включая и выключая их по отдельности и наблюдая за тем, как влияют на результирующее рефлекторное поведение.

"Мы обнаружили, что каждый сенсомоторный рефлекс определяется нейронами в одном и том же физическом пространстве", - говорит постдокторский исследователь Грациана Гатто, первый автор новой статьи. "Разные нейроны в одном и том же месте, даже если они имели очень разные молекулярные сигнатуры, выполняли одну и ту же функцию, в то время как более похожие нейроны, расположенные в разных областях спинного мозга, отвечали за разные рефлексы."

Интернейроны в наружном слое спинного мозга отвечали за передачу рефлекторных сообщений, связанных с зудом, между сенсорными и двигательными клетками. Более глубокие интернейроны передавали сообщения о боли-например, заставляя мышь двигать ногой, к которой прикоснулась булавка. А самый глубокий набор интернейронов помогал мышам рефлекторно сохранять равновесие, стабилизируя их тело, чтобы предотвратить падение. Но в каждой пространственной области нейроны имели различные молекулярные свойства и идентичности.

"Это рефлексивное поведение должно быть очень устойчивым для выживания", - говорит Гулдинг. "Таким образом, наличие различных классов интернейронов в каждой области, которые способствуют определенному рефлексу, создает избыточность в системе."

Продемонстрировав, что расположение каждого типа интернейронов в спинном мозге имеет большее значение, чем происхождение развития клетки или генетическая идентичность, команда проверила и подтвердила существующую теорию о том, как организованы эти рефлекторные системы.

Теперь, когда они знают физическую архитектуру межнейронных цепей, составляющих эти различные рефлекторные пути, исследователи планируют будущие исследования, чтобы выяснить, как передаются сообщения и как нейроны в каждом пространстве взаимодействуют друг с другом. Эти знания в настоящее время используются для изучения того, как патологические изменения в соматосенсорной системе приводят к хроническому зуду или боли. В сопроводительной статье Гатто и Голдинг совместно с Ребеккой сил из Питтсбургского университета составили карту организации нейронов, которые генерируют различные формы хронической боли.

ИСТОЧНИК