U ludzi takie proste czynności, jak choćby rzucanie piłką, pisanie na klawiaturze, czy jakakolwiek inna aktywność fizyczna wymagają sprawnej koordynacji bardzo licznych ruchów mięśni, których aktywność musi w dodatku zostać zorganizowana w pewien uporządkowany ciąg, sekwencję. Naukowcom z NIH oraz portugalskiego Instytutu Gulbenkiana w badaniach prowadzonych na myszach laboratoryjnych udało się zidentyfikować aktywność mózgu odpowiedzialną za generowanie sygnałów do rozpoczęcia i zakończenia nowo nabytych sekwencji ruchów. Wyniki badań są dostępne online w lipcowym wydaniu Nature.

Te interesujące doniesienia badawcze mogą przyczynić się do lepszego poznania neurofizjologicznego podłoża zaburzeń ruchowych oraz do otworzenia się zupełnie nowych perspektyw w dziedzinie ich profilaktyki i leczenia - mówi Keneth R. Warren, dyrektor wykonawczy Narodowego Instytutu d.s. Nadużywania Alkoholu i Alkoholizmu (NIAAA), który jest częścią Narodowych Instytutów Zdrowia (NIH).

Ze strony Laboratorium Zintegrowanych Badań Neurobiologicznych, działającego przy NIH, badania prowadzone były przez dr Xin Jin, a ze strony Instytutu Gulbenkiana przez dr Rui M. Costa w ramach Champalimaud Neuroscience Program.

Procedura badawcza polegała na tym, że najpierw uczono myszy uzyskiwania nagrody pokarmowej (słodzonej wody) dokładnie po ośmiokrotnym naciśnięciu dźwigni. Gdy myszy opanowały tę umiejętność, obserwowano aktywność neuronów zlokalizowanych w jądrach podstawnych (skupiskach istoty szarej znajdujące się wewnątrz półkul mózgowych), które są elementem układu pozapiramidowego i odpowiadają między innymi za kontrolowanie ruchów mięśni.

Zarejestrowaliśmy aktywność w grzbietowej części prążkowia i w istocie czarnej - tłumaczy dr Jin i dodaje: - Chociaż wcześniejsze badania przynosiły informacje na temat aktywności tych struktur w czasie wykonywania ruchów, ich znaczenie dla kontroli, to znaczy - inicjowania i kończenia - nowo nabytych sekwencji czynności nie było dokładnie poznane.

W toku przeprowadzonych prac badawczych ustalono, że niektóre neurony zlokalizowane w tych strukturach mózgowych wykazywały zmiany poziomu aktywności bezpośrednio przed pierwszym naciśnięciem dźwigni, gdy z kolei zmianę w poziomie aktywności innych neuronów obserwowano bezpośrednio przed ostatnim z ośmiu naciśnięć dźwigni. Zaobserwowano również, że ten charakterystyczny wzorzec aktywności neuronalnej pojawiał się w mózgu myszy w toku treningu.

Dla porównania przeprowadzono również badania na myszach, które w wyniku manipulacji genetycznych nie posiadały wykształconych odnośnych struktur mózgowych. U myszy tych opanowanie wzmiankowanej sekwencji czynności pozostawało upośledzone.

Dr Costa: - Nasze badania pokazują, że gdy uczymy się nowej sekwencji czynności, w obwodach neuronalnych angażujących jądra podstawy pojawia się aktywność, która sygnalizuje początek i koniec takiej sekwencji. Wyniki naszych badań mogą mieć duże znaczenie w zrozumieniu mechanizmu chorób, w których tego rodzaju obwody neuronalne ulegają stopniowej degeneracji, takich jak choroba Parkinsona i choroba Huntingtona, i w których kontrola nad sekwencją ruchów dowolnych zostaje uszkodzona. W szerszym ujęciu wyniki naszych badań są istotne dla zrozumienia mózgowych mechanizmów uczenia się, w tym kontroli i wykonania zachowań sekwencyjnych, co znajduje swoje zastosowanie również w stosunku do zaburzeń kontroli zachowania, takich jak impulsywność.

Narodowy Instytut d.s. Nadużywania Alkoholu i Alkoholizmu jest częścią Narodowych Instytutów Zdrowia i jest najważniejszą w Stanach Zjednoczonych instytucją rządową zajmującą się prowadzeniem badań naukowych nad przyczynami, skutkami, profilaktyką i leczeniem nadużywania alkoholu, alkoholizmu i problemów alkoholowych. NIAAA zajmuje się również popularyzacją odkryć naukowych i wyników badań. Dodatkowe informacje na ten temat można znaleźć między innymi na stronie www.niaaa.nih.gov.

[Opracowanie i tłumaczenie: C. O. Reless. Przedruk za zgodą National Institutes of Health]

Źródło:
Scientists Identify Brain Circuits Related to the Initiation and Termination of Movement Sequences in NIH-Supported Study