Функции обучения и памяти, как оказалось, свойственны не только клеткам головного мозга: ученые обнаружили эти же способности у нейронов спинного мозга. Об открытии бельгийских и японских ученых сообщает портал EurekAlert.
Исследование началось с уже известных фактов о том, что двигательную активность спинного мозга можно регулировать с помощью практики даже без участия головного мозга. Это было доказано экспериментами: насекомых, как выяснилось, можно научить избегать прикосновений к лапкам даже после того, как они лишились головы. Но как именно это возможно — оставалось загадкой.
Теорию проверили на мышах. Для этого собрали специальную установку: одна мышь — контрольная — была в ней зафиксирована крепче, а у второй — экспериментальной — задние лапки произвольно свисали. Когда лапки экспериментального зверька опускали до определенного уровня, обе мыши получали небольшой электрический заряд. 10 минут хватило, чтобы экспериментальные мыши поняли: если не хочешь неприятных ощущений — держи лапки повыше. У контрольных никаких изменений в поведении не было.
«Этот результат показал, что спинной мозг может ассоциировать неприятное ощущение с положением конечности и адаптировать свою двигательную активность так, чтобы избегать неприятных ощущений», — поясняется в сообщении.
Причем обучение, по полученным данным, происходило без участия нейронов головного мозга.
Чтобы проверить, существует ли эффект памяти, этих же мышей через сутки снова помещали в установку, но меняли местами. Несмотря на то, что экспериментальным мышам уже ничего не грозило за расслабленные лапки, они все равно старались приподнять их. При этом, поскольку они уже были в иной роли, прошлый опыт мешал получению нового.
На следующем этапе ученые занялись поиском нейронных цепей, которые делают возможным обучение и память в спинном мозге. Они использовали шесть типов трансгенных мышей: у каждой группы был «отключен» разный набор нейронов. Экспериментальные зверьки не обучались только в том случае, если были неактивны клетки верхней части спинного мозга, особенно связанные с геном Ptf1a.
Но на следующий день, когда контрольных и экспериментальных мышей меняли местами, эти же клетки никакой роли не играли. Зато решающее значение имела группа нейронов в нижней вентральной части спинного мозга, которые экспрессируют ген En1: когда они были «отключены», спинной мозг вел себя так, как будто ничему до этого не обучился. И наоборот, дополнительная стимуляция этих нейронов на 80% ускорила реакцию экспериментальных мышей, которые снова оказались на «опасной» позиции.
«Эти результаты не просто бросают вызов общепринятому представлению о том, что двигательное обучение и память ограничиваются исключительно цепями головного мозга. Мы показали, что можем управлять процессами двигательной памяти спинного мозга. А это имеет значение для восстановления пациентов после травм спины и повреждения спинного мозга», — пояснил Ая Такеока из Центра наук о мозге RIKEN (Япония).
Возможно, «второй мозг» в нашем кишечнике появился раньше «первого» в голове
Самообучающаяся система для протезирования спинного мозга разработана в России