Спинной мозг оказался умнее, чем предполагали ученые
Роль спинного мозга часто упрощают до простого связующего звена между головой и телом. Однако ученым удалось доказать, что этот орган может обучаться, хранить воспоминания — и все это независимо от внутричерепного «собрата». Рассказываем о том, как исследователям удалось это выяснить и что их открытие значит для медицины.
Спинной мозг располагается внутри позвоночного столба — начиная со ствола головного мозга и вплоть до поясничного отдела позвоночника. Грубо говоря, это такой шнур длиной около 40–45 см, задача которого — передавать информацию от головы по всему телу и обратно. Травма данного органа может быть очень опасной: привести к снижению или потере чувствительности конечностей, неспособности двигаться или даже к гибели. Вот почему для разработки терапии повреждений спинного мозга важно разобраться, насколько он автономен.
Как работает спинной мозг
Фото: © Екатерина Николенко, «Сириус.Журнал»
Ранее ученые уже демонстрировали, что спинной мозг без участия головного способен самостоятельно реагировать на окружающие раздражители. Если уместно назвать раздражителем лишение головы. Именно так поступали ученые во время эксперимента над насекомыми. Каждого подопытного обезглавили, чтобы понаблюдать за тем, как двигается его тело: оно продолжало использовать лапки так, чтобы обезопасить себя от столкновения с препятствиями. Как такое возможно, до недавнего времени оставалось непонятным.
Нейронные цепи в спинном мозге, которые позволяют ему обучаться независимо от головного, обнаружили совсем недавно. Это сделали бельгийские ученые из Leuven Brain Institute, разработав специальную экспериментальную установку. Она позволила изучить процесс адаптации органа к обучению и формированию собственных «воспоминаний».
Во время опыта мышей помещали в установку так, чтобы задние лапы оказывались подвешены в воздухе. Если мышь их опускала, то по ним бил ток. Одновременно с ней электрический разряд получала и контрольная мышь независимо от того, где находились ее конечности. Уже через 10 минут после начала эксперимента первый грызун научился избегать электрической стимуляции. Он больше не опускал задние лапы, опасаясь снова испытать стресс.
Результаты эксперимента показали, что спинной мозг независимо от головного ассоциировал неприятные ощущения с положением ног и адаптировал двигательную активность так, чтобы избегать боли. Головной мозг в этом процессе не участвовал. Спустя сутки эксперимент повторили, поменяв мышей местами: грызуны продолжали поджимать лапки, тем самым показав, что спинной мозг сохранил память о негативном опыте.
Нарушение целостности спинного мозга зачастую приводит к необратимым последствиям
Фото: © Viacheslav Nikolaenko / Shutterstock / FOTODOM
Затем исследователи изучили нейронные цепи, задействованные в процессе обучения. Для этого использовали шесть типов трансгенных мышей. У каждой из них отключили определенный набор нервных клеток спинного мозга. В результате неспособными к двигательному обучению оказались животные с неактивными нейронами верхней части спинного мозга, в которых обычно экспрессируется ген Ptf1a.
В свою очередь, перестали вспоминать пройденный опыт мыши, у которых были отключены нейроны в нижней, вентральной части спинного мозга, активно экспрессирующие ген En1. Если ученые отключали эти нервные клетки на следующий день после обучения, подопытные грызуны вели себя так, будто ничего не было. При этом возбуждение нейронов En1 даже спустя несколько дней увеличивало скорость реакции на раздражитель на 80 %.
Так ученые выявили две группы нейронов спинного мозга: одна из них необходима для адаптивного обучения, другая — для хранения воспоминаний. Авторы исследования считают, что полученные результаты могут помочь в разработке подходов к восстановлению двигательных функций после травмы спинного мозга.
