Hodanje je složen mehanizam koji uključuje i automatske procese i svesnu kontrolu. Njegova disfunkcija može imati višestruke, ponekad izuzetno suptilne uzroke, unutar motornog korteksa, moždanog stabla, kičmene moždine ili mišića. Na Institutu za mozak u Parizu, Martin Carbo-Tano, Mathilde Lapoik i njihove kolege u timu „Spinalna senzorna signalizacija“, na čelu sa Claire Viart (Inserm), fokusirali su se na specifičnu komponentu lokomocije: pogon napred.
U studiji objavljenoj u Nature Neuroscience, oni pokazuju da uključuje region koji se klasično naziva mezencefalični lokomotorni region, koji kontroliše snagu i brzinu kretanja i prenosi nervnu poruku kičmenoj moždini preko kontrolnih neurona koji se nalaze u moždanom stablu.
Ovo novo mapiranje sprovedeno kod zebrica potvrđuje nedavne studije na miševima. Na kraju bi se moglo proširiti i na ljude – što bi pomoglo da se razume kako kola za kontrolu pokreta mogu da kvare, posebno kod Parkinsonove bolesti.
Za one koji imaju sreću da normalno hodaju, lutanje je toliko očekivano ponašanje da teško smatramo da uključuje složene, delimično nevoljne procese. „Životinje se kreću da istražuju svoju okolinu u potrazi za hranom, interakcijom sa drugima ili jednostavno iz radoznalosti. Ali percepcija opasnosti ili bolnog stimulusa takođe može da aktivira refleks automatskog leta“, Martin Karbo-Tano, postdoktorski saradnik na Pariskom institutu za mozak, objašnjava.
U oba slučaja, pokretanje pokreta se oslanja na aktivaciju takozvanih retikulospinalnih kontrolnih neurona, koji formiraju isprepletenu mrežu u najzadnjem delu mozga – moždanom stablu. Ovi neuroni prenose nervne signale između mozga i kičmene moždine i neophodni su za motoričku kontrolu udova i trupa i koordinaciju pokreta.
Uzvodno od retikulospinalnih neurona je mezencefalni lokomotorni region (MLR), koji je takođe neophodan za lokomociju jer kod životinja njegova stimulacija pokreće propulziju napred. Nalazi se kod mnogih kičmenjaka, uključujući majmune, zamorce, mačke, daždevnjake, pa čak i lampuge.
„Pošto je uloga MLR-a očuvana kod mnogih vrsta kičmenjaka, pretpostavljamo da je to drevni region u njihovoj evoluciji – neophodan za pokretanje hodanja, trčanja, letenja ili plivanja“, dodaje on. „Ali do sada nismo znali kako ovaj region prenosi informacije do retikulospinalnih neurona. To nas je sprečilo da steknemo globalni pogled na mehanizme koji omogućavaju da se pršljeni pokreću i, samim tim, da ukažemo na moguće anomalije u ovu fascinantnu mašineriju.“
Proučavanje pokretanja pokreta je malo nezgodno: neuroni koji se nalaze u moždanom stablu nisu lako dostupni, a posmatranje njihove aktivnosti in vivo kod životinja u pokretu pokazalo se teškim. Da bi rešio ovaj problem, Martin Carbo-Tano je razvio novi pristup za stimulisanje sićušnih područja u mozgu.
Zajedno sa Mathilde Lapoik, dr. student u timu Claire Viart na Institutu za mozak u Parizu, istraživači su iskoristili transparentnost mozga larvi zebrice da lokalizuju strukture uključene u lokomociju nizvodno od MLR-a i prate propagaciju nervnih impulsa. Ova metoda, inspirisana radom njihovog saradnika Rejana Dubuka sa Univerziteta u Montrealu, omogućila im je da naprave nekoliko izuzetnih otkrića.
„Uočili smo da se neuroni u mezencefaličnom lokomotornom regionu stimulišu kada se životinja kreće spontano, ali i kao odgovor na vizuelni stimulus. Oni projektuju kroz most – centralni deo moždanog stabla – i medulu da aktiviraju subpopulaciju retikulospinalnih neurone zvane V2a“, kaže Claire Viart.
„Ovi neuroni kontrolišu sitnije detalje kretanja, kao što su pokretanje, zaustavljanje i promena smera. Na neki način daju uputstva za upravljanje. Prethodni rad na miševima je otkrio da retikulospinalni neuroni kontrolišu okretanje; Martin i Matilda su otkrili kontrolni krug koji pokreće kretanje napred.“
Da bi bolje razumeli efekte ovog mehanizma na kretanje larvi zebrice, istraživači su ga eksperimentalno pokrenuli stimulišući mezencefalni lokomotorni region. Oni su primetili da su trajanje i snaga kretanja napred u korelaciji sa intenzitetom stimulacije.
„Četvoronošci mogu usvojiti različite načine hoda, kao što su hodanje, kas ili galop. Ali vodene životinje takođe obeležavaju prelaze u hodu“, dodaje Martin Karbo-Tano. „Mislimo da MLR ima ulogu u ovom intenziviranju kretanja, koje smo primetili kod zebrica.“
Po prvi put, ovaj rad je omogućio da se mapiraju neuronska kola koja su uključena u pokretanje kretanja napred — nedostatna funkcija kod pacijenata sa Parkinsonovom bolešću. Ovo je suštinski korak u rasvetljavanju mehanizama kontrole motora uzvodno od kičmene moždine.
Jednog dana će možda biti moguće identifikovati i kontrolisati sve retikulospinalne neurone jedan po jedan kako bi se detaljno modelirali funkcionisanje lokomocije i popravili oni koji ne funkcionišu ispravno.
