Bemerkenswerte Ergebnisse – Neue Forschungsergebnisse zeigen, dass das Rückenmark lernen und sich etwas merken kann

Neue Forschungsergebnisse zeigen, dass Neuronen im Rückenmark die Fähigkeit haben, unabhängig vom Gehirn zu lernen und Informationen zu speichern.

Das Rückenmark wird oft einfach als eine Leitung zur Übertragung von Signalen zwischen dem Gehirn und dem Körper beschrieben. Allerdings kann das Rückenmark Bewegungen selbstständig lernen und sich daran erinnern.

Ein Forscherteam des in Leuven ansässigen Neuroelectronics Research Centre of Flanders (NERF) hat detailliert beschrieben, wie zwei unterschiedliche Nervenpopulationen es dem Rückenmark ermöglichen, erlerntes Verhalten völlig unabhängig vom Gehirn anzupassen und sich daran zu erinnern. Diese bemerkenswerten Ergebnisse wurden in der Zeitschrift veröffentlicht WissenschaftenDies wirft ein neues Licht darauf, wie die Schaltkreise der Wirbelsäule zur Steuerung und Automatisierung von Bewegungen beitragen. Diese Ideen könnten für die Rehabilitation von Menschen mit Wirbelsäulenverletzungen relevant sein.

Die rätselhafte Plastizität des Rückenmarks

Das Rückenmark moduliert und steuert unsere Handlungen und Bewegungen, indem es verschiedene Quellen sensorischer Informationen integriert, und zwar ohne Eingaben vom Gehirn. Darüber hinaus können Neuronen im Rückenmark bei ausreichend wiederholter Übung lernen, verschiedene Aufgaben unabhängig voneinander anzupassen. Doch wie das Rückenmark diese bemerkenswerte Plastizität erreicht, gibt Neurowissenschaftlern seit Jahrzehnten Rätsel auf.

Einer dieser Neurowissenschaftler ist Professor Aya Takeoka. Ihr Team bei Neuroelectronics Research Flanders (NERF, ein von imec, KU Leuven und VIB unterstütztes Forschungsinstitut) untersucht, wie sich das Rückenmark von Verletzungen erholt, indem es untersucht, wie neuronale Verbindungen verdrahtet sind und wie sie funktionieren und sich verändern, während wir lernen. Neue Bewegungen.

„Obwohl wir aus Experimenten, die bis zum Beginn des 20. Jahrhunderts zurückreichen, Hinweise auf ‚Lernen‘ im Rückenmark haben, ist die Frage, welche Neuronen beteiligt sind und wie sie diese Lernerfahrung kodieren, unbeantwortet geblieben“, sagt Professor Takeoka. .

Ein Teil des Problems besteht darin, dass es schwierig ist, die Aktivität einzelner Neuronen im Rückenmark bei Tieren direkt zu messen, die nicht sediert, sondern wach und in Bewegung sind. Takeokas Team nutzte ein Modell, bei dem Tiere innerhalb von Minuten bestimmte Bewegungen trainieren. Dabei enthüllte das Team einen zelltypspezifischen Mechanismus für das Lernen im Rückenmark.

Zwei spezifische Arten von Neuronen

Um zu untersuchen, wie das Rückenmark lernt, haben der Doktorand Simon Lavaud und seine Kollegen in Takeokas Labor einen Versuchsaufbau aufgebaut, um Veränderungen in der Fortbewegung bei Mäusen zu messen, inspiriert von Methoden aus Insektenstudien. „Wir haben den Beitrag von sechs verschiedenen Neuronenpopulationen ausgewertet und zwei Neuronenpopulationen identifiziert, eine dorsale und eine ventrale, die motorisches Lernen vermitteln.“

„Diese beiden Neuronengruppen wechseln sich ab“, erklärt Lavaud. „Dorsale Neuronen helfen dem Rückenmark, eine neue Bewegung zu lernen, während ventrale Neuronen ihm helfen, sich an die Bewegung zu erinnern und sie später auszuführen.“

„Man kann es mit einem Staffellauf im Rückenmark vergleichen. Die dorsalen Neuronen fungieren wie ein erster Läufer und geben sensorische Informationen weiter, die für das Lernen wichtig sind. Die ventralen Zellen übernehmen dann den Staffelstab und sorgen dafür, dass die gelernte Bewegung gespeichert und reibungslos ausgeführt wird .“

Lernen und Gedächtnis außerhalb des Gehirns

Detaillierte Ergebnisse veröffentlicht in WissenschaftenEs zeigt, dass die Aktivität von Neuronen im Rückenmark verschiedenen klassischen Arten des Lernens und Gedächtnisses ähnelt. Die Aufdeckung dieser Lernmechanismen wird von entscheidender Bedeutung sein, da sie wahrscheinlich zu unterschiedlichen Arten beitragen, wie wir Bewegungen lernen und automatisieren, und möglicherweise auch im Kontext der Rehabilitation relevant sind, sagt Professorin Aya Takeoka: „Die von uns beschriebenen Schaltkreise könnten dies ermöglichen.“ Mittel für Das Rückenmark ist am Bewegungslernen und am langfristigen motorischen Gedächtnis beteiligt, die uns beide dabei helfen, uns zu bewegen, nicht nur bei normaler Gesundheit, sondern insbesondere während der Genesung nach Gehirn- oder Rückenmarksverletzungen.

Referenz: „Zwei Klassen inhibitorischer Neuronen steuern den Erwerb und das Abrufen der sensomotorischen Anpassung der Wirbelsäule“ von Simone Lavaud, Charlotte Bishara, Mattia Dandola, Shu Hao Yeh und Aya Takeoka, 11. April 2024, Wissenschaften.
doi: 10.1126/science.adf6801

Die Forschung (das Team) wurde von der Flanders Research Foundation (FWO), der Marie Skłodowska-Curie Action (MSCA), dem Taiwan-KU Leuven Doctoral Fellowship (P1040) und der Wings for Life Myeloid Research Foundation unterstützt.