Signali koji se prenose motornim neuronima iz mozga omogućavaju kretanje mišića, ali ovi signali obično prolaze kroz interneurone kičme pre nego što stignu na svoje odredište. Kako su mozak i ova veoma raznolika grupa ćelija „operatera centrale“ povezani slabo je shvaćeno.
Da bi se pozabavili ovim problemom, naučnici u Dečjoj istraživačkoj bolnici St. Jude napravili su atlas celog mozga koji vizuelizuje regione mozga koji šalju direktne ulaze u interneurone V1, grupu ćelija neophodnih za kretanje. Dobijeni atlas i prateća trodimenzionalna interaktivna veb stranica pružaju okvir za dalje razumevanje anatomskog pejzaža nervnog sistema i načina na koji mozak komunicira sa kičmenom moždinom. Nalazi su objavljeni u Neuronu.
„Decenijama smo znali da je motorni sistem distribuirana mreža, ali krajnji izlaz je kroz kičmenu moždinu,“ rekao je autor korespondencije Džej Bikof, dr., Odeljenje za razvojnu neurobiologiju St. Jude. „Tamo imate motorne neurone koji izazivaju kontrakciju mišića, ali motorni neuroni ne deluju izolovano. Njihova aktivnost je oblikovana mrežama molekularno i funkcionalno različitih interneurona.“
Iako su napravljeni ogromni skokovi u razumevanju kako se različiti regioni mozga odnose na različite aspekte motoričke kontrole, upravo način na koji se ovi regioni povezuju sa specifičnim neuronima u kičmenoj moždini bio je slepa tačka u polju. Interneurone je teško proučavati, uglavnom zato što dolaze u stotinama različitih, pomešanih varijanti.
„To je slično raspetljavanju lopte božićnih lampica, osim što je izazovnije s obzirom na to da je ono što pokušavamo da otkrijemo rezultat preko 3 milijarde godina evolucije“, rekao je koautor dr Anand Kulkarni, dr.
Nedavna dostignuća su pokazala postojanje molekularno i razvojno različitih interneuronskih podklasa, ali se još mnogo toga ne zna o njihovom mestu u neuronskoj komunikaciji.
„Definisanje ćelijskih ciljeva silaznih motornih sistema je fundamentalno za razumevanje neuronske kontrole kretanja i ponašanja“, rekao je Bikof. „Moramo znati kako mozak prenosi ove signale.“
Da bi secirali kola koja povezuju mozak sa kičmenom moždinom, istraživači su koristili genetski modifikovanu verziju virusa besnila kojoj nedostaje ključni protein, glikoprotein, sa njegove površine. Ovo inhibira sposobnost virusa da se širi između neurona.
Ovo je u suštini zaustavilo virus na njegovom poreklu. Ponovnim uvođenjem ovog glikoproteina u specifičnu populaciju interneurona, virus bi mogao da napravi samo jedan skok preko sinapsi pre nego što se ponovo zaglavi. Istraživači su koristili fluorescentnu oznaku za praćenje virusa. Praćenjem gde virus završava, istraživači su mogli da odrede koji su regioni mozga povezani sa ovim interneuronima.
Istraživači su primenili ovaj pristup na klasu interneurona zvanih V1 interneuroni, za koje se ranije pokazalo da igraju vitalnu ulogu u oblikovanju motornog izlaza. Rad im je omogućio da tačno prate poreklo višestrukih signala koje su primili ovi interneuroni nazad u mozak.
„Mi ciljamo samo na interneurone V1, ali to su zapravo veoma heterogena grupa neurona, pa smo pomislili: ‘Hajde da ciljamo što više V1-ova i vidimo šta se projektuje na njih,“ rekao je Bikoff.
Istraživači su se okrenuli serijskoj dvofotonskoj tomografiji da bi vizualizovali ove neurone i generisali trodimenzionalni referentni atlas. Ova tehnika prikazuje mozak dok pravi stotine mikrona debelih delova kako bi otkrili fluorescentno obeležene neurone. Atlas je omogućio istraživačima da naprave tačna predviđanja o mreži koja povezuje različite moždane strukture sa kičmenom moždinom i interneuronima sa kojima su u interakciji.
Identifikovanje načina na koji se ove strukture povezuju sa kičmenom moždinom omogućava istraživačima da dalje istražuju neuronska kola koja kontrolišu kretanje, a prateći veb atlas će osigurati da podaci budu slobodno dostupni svima.
„Razumemo šta neki od identifikovanih regiona mozga rade iz perspektive ponašanja“, objasnio je Bikof, „ali sada možemo da postavimo hipoteze o tome kako su ovi efekti posredovani i kakva bi mogla biti uloga V1 interneurona. To će biti veoma korisno za polje kao motor za stvaranje hipoteza“.
