Aja Takeoka iz RIKEN Centra za nauku o mozgu (CBS) u Japanu i kolege otkrili su neuronska kola u kičmenoj moždini koja omogućavaju motorno učenje nezavisno od mozga. Objavljeno u časopisu Nauka, studija je pronašla dve kritične grupe neurona kičmene moždine, jednu neophodnu za novo adaptivno učenje, a drugu za podsećanje na adaptacije nakon što su naučene. Nalazi bi mogli pomoći naučnicima da razviju načine za pomoć pri oporavku motora nakon povrede kičmene moždine.
Naučnici su već neko vreme znali da se motorni izlaz iz kičmene moždine može prilagoditi vežbanjem čak i bez mozga. Ovo se najdramatičnije pokazalo kod bezglavih insekata, čije noge još uvek mogu biti obučene da izbegavaju spoljašnje znakove.
Do sada niko nije shvatio kako je to tačno moguće, a bez ovog razumevanja, fenomen nije mnogo više od čudne činjenice.
Kako Takeoka objašnjava, „Sticanje uvida u osnovni mehanizam je od suštinskog značaja ako želimo da razumemo osnove automatizma pokreta kod zdravih ljudi i iskoristimo ovo znanje da poboljšamo oporavak nakon povrede kičmene moždine.
Pre nego što su ušli u neuronska kola, istraživači su prvo razvili eksperimentalnu postavku koja im je omogućila da proučavaju adaptaciju kičmene moždine miša, učenje i prisećanje, bez inputa iz mozga. Svaki test je imao eksperimentalnog miša i kontrolnog miša čije su zadnje noge slobodno visile. Ako bi se zadnja noga eksperimentalnog miša previše spustila, bila je električno stimulisana, oponašajući nešto što bi miš želeo da izbegne. Kontrolni miš je primio istu stimulaciju u isto vreme, ali nije povezan sa sopstvenim položajem zadnje noge.
Posle samo 10 minuta, primetili su motoričko učenje samo kod eksperimentalnih miševa; noge su im ostale visoko podignute, izbegavajući bilo kakvu električnu stimulaciju. Ovaj rezultat je pokazao da kičmena moždina može da poveže neprijatan osećaj sa položajem nogu i prilagodi svoj motorni učinak tako da noga izbegne neprijatan osećaj, a sve to bez potrebe za mozgom.
Dvadeset četiri sata kasnije, ponovili su 10-minutni test, ali su obrnuli eksperimentalne i kontrolne miševe. Originalni eksperimentalni miševi su i dalje držali noge podignute, što ukazuje da je kičmena moždina zadržala sećanje na prošlo iskustvo, što je ometalo novo učenje.
Pošto je na taj način uspostavio i neposredno učenje, kao i pamćenje, u kičmenoj moždini, tim je potom krenuo da ispita neuronska kola koja omogućavaju i jedno i drugo. Koristili su šest tipova transgenih miševa, od kojih je svaki imao drugačiji skup kičmenih neurona koji su onemogućeni, i testirali ih na motoričko učenje i preokret učenja. Otkrili su da se zadnji udovi miševa nisu prilagodili da izbegnu električne udare nakon što su neuroni prema vrhu kičmene moždine bili onemogućeni, posebno oni koji eksprimiraju gen Ptf1a.
Kada su pregledali miševe tokom preokreta učenja, otkrili su da utišavanje neurona koji eksprimiraju Ptf1a nema efekta. Umesto toga, kritična je bila grupa neurona u donjem, ventralnom delu kičmene moždine koji eksprimiraju En1 gen.
Kada su ovi neuroni utišani dan nakon što su naučili izbegavanje, kičmene moždine su se ponašale kao da nikada ništa nisu naučile. Istraživači su takođe procenili pamćenje drugog dana ponavljanjem početnih uslova učenja.
Otkrili su da su se kod miševa divljeg tipa, zadnji udovi stabilizovali da bi stigli do pozicije izbegavanja brže nego prvog dana, što ukazuje na opoziv. Uzbuđivanje En1 neurona tokom opoziva povećalo je ovu brzinu za 80%, što ukazuje na poboljšano motoričko opoziv.
„Ne samo da ovi rezultati osporavaju preovlađujuću ideju da su motoričko učenje i pamćenje isključivo ograničeni na moždane krugove“, kaže Takeoka, „već smo pokazali da možemo da manipulišemo prisećanjem motora kičmene moždine, što ima implikacije na terapije dizajnirane da poboljšaju oporavak nakon kičmenog stuba. oštećenje kabla“.
