Как активация мотонейронов влияет на скорость движения

Исследователи из Национального центра биологических наук (NCBS) в Бангалоре обнаружили, что параллельные нервные пути, обходящие строгий контроль частоты движений со стороны мозга, позволяют животным двигаться быстрее.

• Контекст: Локомоция возникает при координированном сокращении мышц конечностей, вызванном электрическими импульсами от мотонейронов спинного мозга. Ранее было показано, что «скоростные модули» в спинном мозге активируются избирательно, как передачи в автомобиле: мотонейроны «быстрого» модуля активны только при движениях с высокой частотой.
• Модель: Учёные изучали регуляцию скорости у личинок данио-рерио во время рефлекторного оптомоторного ответа (плавание для стабилизации положения в потоке). Стимуляция движущимися чёрно-белыми полосами вызывала у обездвиженных личинок моторные команды, что позволило измерить электрическую активность отдельных мотонейронов.
• Ключевое открытие: Активация рецепторов дофамина на мотонейронах заставляла личинок плавать быстрее в ответ на тот же зрительный стимул. Это достигалось за счёт увеличения амплитуды изгибов хвоста на каждый удар, что подразумевало активацию большего числа мотонейронов.
• Механизм: Запись активности показала, что после активации дофаминовых рецепторов не только сильнее активировался «медленный» скоростной модуль, но и начинали работать ранее молчавшие мотонейроны «быстрого» модуля. Это вызвано прямым действием дофамина, повышающего возбудимость мотонейронов.
• Значение: Исследование показывает, что мотонейроны, которые считались в основном ретрансляторами команд, способны изменять поведенческий результат через модуляцию своей активности. Такая пластичность мотонейронов может быть использована для реабилитации после травм спинного мозга или инсульта.