Vedci zistili, ako dve oblasti mozgu spolupracujú ako presýpacie hodiny, aby flexibilne kontrolovali synchronizáciu pohybov.
Medzi objavy patrí, že motorická kôra a striatum spolupracujú ako presýpacie hodiny, aby merali čas a zabezpečili presné a koordinované pohyby. Na druhej strane sa zistilo, že dočasné potlačenie neurónovej aktivity v motorickej kôre zastavilo „presýpacie hodiny“ mozgu, zatiaľ čo potlačenie striatumu ich znovu spustilo. Tieto objavy ukazujú, ako mozog sleduje čas na koordináciu pohybov, čo by sa v budúcnosti mohlo využiť na obnovenie pohybov pri ochoreniach, ako je Parkinsonova choroba a Huntingtonova choroba.
Či už ide o reč alebo úder do lopty, presná a prispôsobivá synchronizácia pohybov má dôležitý význam pre každodenné správanie. Hoci nemáme zmysly, ako je zrak alebo čuch, aby sme vnímali čas, môžeme ho merať a kontrolovať synchronizáciu našich činností. Táto časová presnosť závisí od kontrolného mechanizmu v mozgu, ale doteraz nebolo známe, ako sa realizuje. V tejto novej štúdii vedci odhaľujú, ako tento mechanizmus funguje vďaka interakcii dvoch oblastí mozgu: motorickej kôry a striatuma. Spolu tieto oblasti zaznamenávajú plynutie času podobne ako presýpacie hodiny.
Predchádzajúce štúdie o tom, ako mozog synchronizuje pohyby, identifikovali motorickú kôru aj striatum ako kľúčové oblasti mozgu. Tieto oblasti vykazujú vzorce neurónovej aktivity, ktoré zodpovedajú synchronizačným funkciám, a spôsobujú poruchy synchronizácie pohybov, keď sú poškodené chorobami, ako je Parkinsonova a Huntingtonova choroba.
Vedúci výskumník vysvetľuje: „Vedeli sme, že v mozgu existuje nastaviteľný časovač, ale nebolo jasné, ako funguje a aká je konkrétna funkcia každej oblasti mozgu. Chceli sme pochopiť, ako presne mozog riadi čas, pretože je to kľúčová funkcia pre naše každodenné činnosti.“
Na tento účel vedci naučili myši, aby dostali odmenu za lízanie dávkovača v určitom momente, napríklad po 1 sekunde. Počas vykonávania tejto úlohy vedci zaznamenávali aktivitu tisícov neurónov v motorickej kôre a striatume, aby zmerali ich časové vzorce. Aby pochopili, ako môže fungovať biologické hodiny mozgu, vedci spojili tieto merania s technikou nazývanou optogenetika, ktorá im umožnila dočasne potlačiť aktivitu jednej oblasti mozgu pomocou svetelných zábleskov a merať výsledky zmien v časových vzoroch inej oblasti.
1.
„Spojením neurónových záznamov s malými zmenami v aktivite určitých oblastí mozgu sme mohli určiť úlohu každej oblasti vo vnútorných hodinách mozgu. Zistili sme, že tieto oblasti mozgu spolupracujú pri meraní času, ale plnia jedinečné funkcie podobné hornej a dolnej časti presýpacích hodín.“
Výskumníci zistili, že motorická kôra je podobná hornej časti presýpacích hodín a vysiela toky neurónových signálov do striatumu. V striatume sa tieto signály hromadia v priebehu času, podobne ako piesok na dne hodín. Akonáhle signál dosiahne určitú úroveň, začne sa pohyb.
2.
Keď výskumníci dočasne inhibovali motorickú kôru, zastavili tok týchto signálov, ako keby stlačili hrdlo presýpacích hodín, aby zastavili tok piesku. To prerušilo hromadenie aktivity v striatume a zdržalo moment, keď myš olízala lízanku, ako keby sa čas zastavil.
Na druhej strane, keď výskumníci inhibovali striatum, obnovili časové signály, ako keby prevrátili presýpacie hodiny, aby reštartovali chronometer. To ešte viac zdržalo lízanie myši, ako keby sa čas vrátil späť.
3.
Objavy tímu predstavujú významný prelom v pochopení toho, ako neurónová aktivita v týchto dvoch oblastiach spolupracuje na koordinácii synchronizácie činností.
„Motorická kôra a striatum sú dve kľúčové oblasti mozgu, ktoré kontrolujú naše pohyby a sú ovplyvnené mnohými motorickými poruchami. Snažíme sa pochopiť, ako vzorce mozgovej aktivity v týchto kriticky dôležitých oblastiach umožňujú presne kontrolovať také druhy správania, ako sú plynulé pohyby. Dúfame, že tieto poznatky bude možné využiť na obnovenie motorických funkcií u ľudí, ktorí čelia problémom spojeným s motorickými poruchami.“
