Новое понимание регуляции интуитивного и рефлекторного восприятия тела у насекомых

Исследование показывает, как вызванные движением постуральные рефлексы у палочников изменяются в различных условиях нагрузки. Учёные из Кёльнского университета (Германия) и Университета Огайо (США) проследили сигналы нагрузки и движения от сенсорных органов в ноге насекомого через нейронную сеть до мотонейронов и мышц, генерирующих рефлекс. Это позволило выявить механизм, изменяющий двигательные рефлексы в ногах палочников в зависимости от нагрузки. Исследование опубликовано в журнале Current Biology.

Чувство физического «я», или проприоцепция, — это способность нервной системы постоянно отслеживать позу и положение тела и конечностей с помощью внутренних сенсорных путей. Пример — коленный рефлекс. Ответ на проприоцептивные сигналы должен изменяться в зависимости от контекста. Как происходит интеграция сигналов от органов чувств движения, нагрузки и положения на нейронном уровне, долгое время оставалось открытым вопросом.

Доктор Коринна Гебехарт и профессор Ансгар Бюшгес из Института зоологии Кёльнского университета и профессор Скотт Л. Хупер из Университета Огайо обнаружили механизм, с помощью которого нагрузка изменяет двигательные рефлексы в ногах палочников. Как и у млекопитающих, «коленный сустав» (бедренно-большеберцовый) ног насекомых имеет стабилизирующий рефлекс: при сгибании сустава внешним воздействием нервная система рефлекторно отвечает его разгибанием.

Учёные проследили проприоцептивные сигналы нагрузки и движения от их органов чувств в ноге через нейронную сеть в вентральном нервном тяже (аналоге спинного мозга млекопитающих) до мотонейронов и мышц. «Мы смогли показать, что нагрузка на ногу снижала силу двигательного рефлекса с помощью нейронного механизма, называемого пресинаптическим афферентным торможением», — говорит ведущий автор исследования доктор Коринна Гебехарт. Этот механизм изменял обработку информации в нейронной сети нервного тяжа, тем самым снижая реакцию мотонейронов и мышц на сигнал движения.

Поведенческая важность этого взаимодействия нагрузки и движения становится ясна при рассмотрении примеров:

• При лёгкой нагрузке (например, упавший лист) должен возникать рефлекс сопротивления, чтобы сохранить положение ноги.
• Если приложенная нагрузка превышает возможности мышц (например, давящая ветка), рефлекс сопротивления должен уменьшаться, сустав — сгибаться, а тело — уступать нагрузке, чтобы предотвратить повреждение ноги.

Проприоцепция, её интеграция нервной системой и результирующие моторные рефлексы удивительно похожи у млекопитающих и насекомых. Результаты работы на палочниках проливают свет на потенциально общие механизмы, с помощью которых нервные системы комбинируют различные типы проприоцептивных сигналов для формирования целостной внутренней картины тела и как эти пути обработки могут адаптироваться в зависимости от поведенческого контекста.