Синаптическая изменчивость обеспечивает приспособляемость к ритмическому двигательному паттерну

Хорошо подготовленный спортсмен, бегающий на 100 ярдов, выполняет очень стереотипный повторяющийся двигательный паттерн. Нейробиологи понимают, что эти ритмические моторные программы, такие как ходьба, плавание и бег, производятся нейронными цепями, которые генерируют повторяющиеся паттерны, похожие от цикла к циклу. Более века назад эксперименты со спинным мозгом привели к предположению, что простая нейронная сеть может создавать такой ритмичный колебательный паттерн. Эти колебательные сети теперь известны как генераторы центральных образов.

Анализируя создание этих паттернов возбуждения центральными генераторами паттернов , нейробиологи традиционно сосредотачивались на экспериментальных приготовлениях, в которых ритмический выход почти идентичен от цикла к циклу. Однако для того, чтобы животное или человек добились успеха, двигательная программа должна быть адаптируемой. Двигательный паттерн человека, идущего по мокрой скользкой поверхности, отличается от двигательного паттерна человека, идущего по сухой гладкой поверхности. Двигательный паттерн человека, который ест мюсли с орехами и сушеными ягодами, отличается от двигательного паттерна человека, который ест простую овсянку.

Создание программ с изменяемой моторикой также важно для будущего обучения. В процессе развития ребенок учится формировать зрелый двигательный паттерн, начиная с очень изменчивого паттерна. Вначале ходьба малыша очень нестабильна, но вскоре он может ходить с постоянной походкой. Тот же процесс происходит, когда пожилой человек осваивает новую деятельность, например плавание или катание на коньках. Постепенно нервная система начинает вырабатывать более успешную двигательную программу. Птицы, разучивающие пение, проходят аналогичный процесс – сначала песня меняется, но постепенно она становится более стереотипной или последовательной.

Как нервная система генерирует различные двигательные программы? Недавно исследователи из Нанкинского университета в Нанкине и лаборатории Пэн Чэна в Шэньчжэне в сотрудничестве с коллегами из Mount Sinai в Нью-Йорке изучили моторную программу питания простой нервной системы морской улитки Aplysia. Эти исследователи определили важный фундаментальный механизм, с помощью которого изменчивость силы возбуждающих сигналов на центральный генератор схемы питанияприводит к гибкости в программе двигателя подачи. Когда один нейрон передает данные другому, он часто вызывает электрический ответ, то есть постсинаптический потенциал. Давно признано, что одиночные постсинаптические потенциалы обычно являются подпороговыми для запуска постсинаптического ответа. Более того, амплитуда постсинаптического потенциала обычно существенно меняется со временем, даже менее чем за десятые доли секунды. Хотя это может показаться неоптимальным, авторы демонстрируют, что при определенных условиях эта изменчивость может трансформироваться в поведенческую гибкость.

У морской улитки Aplysia относительно мало нервных клеток, и одни и те же отдельные нервные клетки обладают характерными свойствами и могут быть повторно идентифицированы от одного животного к другому. Воспользовавшись своей способностью работать с идентифицированными нейронами, авторы продемонстрировали, что синаптические входы от любого из двух идентифицированных выше нейроновможет управлять активностью центрального нейрона-генератора паттернов, который имеет низкий уровень возбудимости. Входной сигнал от одного вышележащего нейрона является переменным и довольно слабым и не всегда вызывает срабатывание нейрона-генератора паттернов. Следовательно, моторные программы, которые индуцируются при активации этой вышележащей клетки, изменчивы. Напротив, хотя входной сигнал от второго вышележащего нейрона также варьируется, он значительно сильнее. Следовательно, нейрон генератора паттернов надежно возбуждается, а мощность двигателя гораздо менее изменчива. Таким образом, формирует ли схема стереотипный или изменчивый паттерн, определяется тем, какой вышестоящий нейрон управляет активностью.

Таким образом, авторы демонстрируют, что вариабельность синаптических входов в сочетании с низким уровнем возбудимости нейрона центрального генератора паттернов дает улитке возможность переключаться на более изменчивый паттерн поведения. Будущие исследования покажут, можно ли объяснить подобные сдвиги в вариабельности моторных программ у млекопитающих аналогичным механизмом.

Исследование опубликовано в Science Advances .

услуги нутрициологаАвтор сайта и статей: Наталья Степанова, нутрициолог-психолог, консультант по питанию и коррекции веса. Подробнее обо мне

Я в соц. сетях: Vk, Instagram.

Рейтинг
Еще статьи нутрициолога:
Adblock
detector