Новое научное исследование показало, как небольшая часть мозга в одиночку стабилизирует тело, если оно выведено из равновесия. Исследование на мышах показало, что область мозга, называемая латеральным вестибулярным ядром, или LVN, выполняет этот трюк, двигая мышцами в двухэтапном коленном рефлексе, который сначала расширяет центр тяжести животного, а затем укрепляет и стабилизирует его мышцы конечностей и суставы. Эти результаты дают убедительные доказательства того, что LVN является ключом к способности животных поддерживать равновесие, а также дают представление о механике того, как животные остаются в вертикальном положении, когда под их ногами происходят неожиданные изменения.
Исследование было опубликовано сегодня в Cell Reports.
«Будь то спотыкание о неровный участок тротуара или преодоление шаткого бревна, мы все можем вспомнить времена, когда мы чуть не потеряли равновесие - только для того, чтобы быть спасенными некоторыми быстрыми рефлексами», - сказал Томас М. Джесселл, доктор философии, содиректор Колумбийского института изучения поведения мозга Мортимера Б. Цукермана и старший автор статьи. «Сегодняшние результаты на мышах показывают, что подобные рефлексы могут управляться предсказуемым процессом, управляемым LVN, областью мозга, которая, по-видимому, предназначена для одной цели: удержания тела на ногах».
Десятилетия исследований показали, что несколько областей мозга участвуют в различных аспектах баланса. Но какие области были вовлечены в реактивные части равновесия - как животное сохраняет свою позу после того, как испытало нарушение - осталось неясным..
Чтобы добраться до корня равновесия в мозге, исследователи сначала обучили мышей ходить по бревну, в то время как бревно подталкивали через определенные промежутки времени. После кратковременного выведения из равновесия мыши почти всегда восстанавливали равновесие и продолжали свой путь. На протяжении всей этой активности исследователи следили за мышечной активностью конечностей животных.
«Каждый раз, когда мы толкали луч, мы наблюдали предсказуемую модель мышечной активности, которая помогала мышам восстанавливать равновесие», - сказал Эндрю Мюррей, доктор философии, первый автор статьи, который завершил большую часть этого исследования в то время. научный сотрудник Колумбийского университета в лаборатории Джесселла.
Этот паттерн состоял из двух последовательных движений: во-первых, мышь вытягивала лапу, что расширяло опорную базу животного. Во-вторых, мышцы вокруг суставов конечностей животного стали сильными и жесткими, что помогло мыши переместиться через центр балансира. Выпрямившись, они продолжили идти вдоль балки.
Это рефлексивное действие знакомо почти каждому.
«Если вы когда-либо стояли в поезде метро, когда он внезапно двигался, ваше тело могло выполнять аналогичную последовательность движений, чтобы удерживать вас в вертикальном положении», - сказал доктор Джесселл, который также является профессором Клэр Тоу. по расстройствам двигательных нейронов в Медицинском центре Ирвинга Колумбийского университета и исследователем Медицинского института Говарда Хьюза. «Сначала вы вытягиваете руки или ноги наружу, чтобы расширить опорную базу. И если вы обнаружите, что падаете в одну сторону, вы можете оттолкнуться в противоположном направлении, чтобы восстановить равновесие».
Во второй серии экспериментов исследователи попытались определить, как мозг животных сделал все это возможным. Используя передовые молекулярные инструменты, они проследили, какая область мозга управляет этими конкретными движениями. Данные указывали на крошечную область мозга, называемую LVN.
Чтобы подтвердить, что LVN действительно отвечает за поддержание баланса, исследователи заставили его замолчать. Когда мыши ходили по земле, они казались нормальными. Они могли даже ходить по балке, но когда ученые снова толкнули балку, на этот раз они не смогли удержаться; они потеряли способность восстанавливать равновесие.
«Интересно, что у мозга не было запасного плана; никакая другая часть мозга не вмешивалась, чтобы компенсировать LVN», - сказал доктор Мюррей, в настоящее время руководитель группы в Центре Sainsbury Wellcome, Университетский колледж Лондона. «Это указывает на тот факт, что LVN управляет движениями, которые удерживают тело в равновесии».
Двигаясь вперед, исследователи углубляются в науку о балансе мозга. Например, предварительное исследование на мышах показало, что LVN оживляется, когда животное начинает ходить по чему-то неустойчивому, например по бревну. Но когда он идет по более устойчивой поверхности, такой как беговая дорожка, он остается бездействующим.
«Мозг, кажется, знает, что он собирается отправиться в потенциально опасное путешествие, и поэтому должен быть внимательнее к своему окружению», - сказал доктор Джесселл. «Точные механизмы, которые управляют этим процессом, вероятно, сложны и включают несколько областей мозга. Но LVN вполне может быть в центре всего этого».
Эта статья называется: «Контроль равновесия, опосредованный вестибулярными цепями во время разгибания конечностей или совместной активации мышц-антагонистов». Дополнительные участники включают Кэтрин Кроче, Тимоти Белтон и Тургай Акай.