Dezlegarea secretelor: Cum învață și își amintește măduva spinării în mod independent
Chiar și în absența creierului, insectele manifestă adesea mișcări asemănătoare dansului până când rezervele lor de energie se epuizează, lăsându-le nemișcate.
De ceva timp, oamenii de știință au recunoscut că măduva spinării posedă capacitatea de a orchestra mișcările membrelor dincolo de simplele reflexe, adaptându-se pentru a evita stimulii neplăcuți.
Cu toate acestea, misterul a persistat: Cum dobândesc neuronii săi noi răspunsuri independent de comenzile creierului?
Cercetătorii de la VIB-Neuro-Electronics Research Flandra din Belgia au făcut lumină asupra acestei enigme printr-un studiu pe șoareci transgenici. Ei au identificat o genă specifică exprimată în nervii spinali, crucială pentru memorarea răspunsurilor la potențiale amenințări.
Neurologul și cercetătorul principal Aya Takeoka remarcă: “Aceste descoperiri nu numai că pun la îndoială convingerea predominantă că învățarea și memoria motorie rezidă exclusiv în circuitele cerebrale, dar demonstrează, de asemenea, capacitatea noastră de a manipula memoria motorie a măduvei spinării, ceea ce este promițător pentru terapiile menite să îmbunătățească recuperarea după o leziune a măduvei spinării.”
În timp ce creierul guvernează predominant mișcarea, măduva spinării este departe de a fi un simplu canal pentru semnalele nervoase. Ea adăpostește populații de neuroni diverse din punct de vedere genetic, capabile să se adapteze la nevoile individuale de locomoție sau de evitare a durerii.
Nervii măduvei spinării pot fi clasificați, în linii mari, în neuroni dorsali purtători de senzori și neuroni ventrali care controlează motricitatea. Neuronii inhibitori din cadrul fiecărei categorii reglează cu finețe senzațiile și mișcările în numele creierului.
Înțelegerea modului în care aceste componente distincte ale măduvei spinării colaborează pentru a învăța răspunsuri noi la mult timp după stabilirea conexiunilor nervoase i-a intrigat pe neurologii care caută strategii pentru a ajuta la recuperarea nervilor după leziuni.
Echipa lui Takeoka a efectuat experimente cu șoareci care aveau măduva spinării secționată, suspendându-le membrele posterioare pentru a le permite mișcarea fără restricții. În absența aportului creierului, toate răspunsurile se bazau pe nervii spinali.
Aplicând șocuri electrice ușoare la picioarele șoarecilor la intervale aleatorii sau ca răspuns la căderea piciorului, cercetătorii au testat capacitatea măduvei spinării de a învăța și de a reacționa la stimuli negativi.
Observațiile șoarecilor care se adaptează pentru a evita șocurile, cu răspunsuri învățate care persistă chiar și atunci când rolurile au fost inversate, au sugerat mai degrabă adaptări pe termen lung decât tranzitorii. A fost evident că nervii spinali au dobândit noi capacități.
Investigații suplimentare, utilizând șoareci modificați genetic, au elucidat mecanismele care păstrează memoria șocurilor electrice în nervii spinali. Inactivarea genei Ptf1a în nervii din regiunea superioară a măduvei spinării a împiedicat adaptarea la șocuri. În schimb, întreruperea genei En11 în nervii ventrali spre partea inferioară a măduvei spinării a făcut ca șoarecii adaptați să “uite” răspunsurile, care au putut fi restabilite prin stimularea artificială a nervilor.
Această înțelegere a plasticității pe tot parcursul vieții a măduvei spinării și a capacității de reacție la indicii de mediu este promițătoare pentru noi abordări în tratarea leziunilor sistemului nervos la om.
Takeoka subliniază: “Deslușirea acestor mecanisme este crucială pentru a înțelege elementele fundamentale ale mișcării la persoanele sănătoase și pentru a valorifica aceste cunoștințe în vederea îmbunătățirii recuperării în urma leziunilor măduvei spinării”.