MADRID, 18. April. (EUROPA PRESS) –
Aya Takeoka vom RIKEN Center for Brain Sciences (CBS) in Japan und ihr Team haben den neuronalen Schaltkreis im Rückenmark entdeckt, der gehirnunabhängiges motorisches Lernen ermöglicht. Wie in „Science“ veröffentlicht, fand die Arbeit zwei kritische Gruppen von Neuronen im Rückenmark, eine für neues adaptives Lernen und eine andere für die Erinnerung an einmal erlernte Anpassungen. Die Ergebnisse könnten Wissenschaftlern dabei helfen, Möglichkeiten zu entwickeln, die motorische Erholung nach einer Rückenmarksverletzung zu unterstützen.
Wissenschaftler wissen seit Längerem, dass die motorische Leistung des Rückenmarks auch ohne Gehirn durch Übung angepasst werden kann. Am eindrucksvollsten wurde dies bei kopflosen Insekten demonstriert, deren Beine immer noch trainiert werden können, um äußeren Hinweisen auszuweichen. Bisher hat niemand genau herausgefunden, wie das möglich ist, und ohne dieses Verständnis ist das Phänomen nicht viel mehr als ein eigenartiger Vorfall. Wie Takeoka erklärt, „ist es wichtig, Informationen über den zugrunde liegenden Mechanismus zu gewinnen, wenn wir die Grundlagen der Bewegungsautomatik bei gesunden Menschen verstehen und dieses Wissen nutzen wollen, um die Genesung nach einer Rückenmarksverletzung zu verbessern.“
Bevor sie sich mit neuronalen Schaltkreisen befassten, entwickelten die Forscher zunächst einen Versuchsaufbau, der es ihnen ermöglichte, die Anpassung des Rückenmarks von Mäusen, sowohl beim Lernen als auch beim Erinnern, ohne Eingriff des Gehirns zu untersuchen. In jedem Test gab es eine Versuchsmaus und eine Kontrollmaus, deren Hinterbeine frei hingen. Wenn das Hinterbein der Versuchsmaus zu weit nach unten fiel, wurde es elektrisch stimuliert und so etwas nachgeahmt, was eine Maus vermeiden möchte. Die Kontrollmaus erhielt zur gleichen Zeit die gleiche Stimulation, die jedoch nicht mit der Position ihrer Hinterbeine verknüpft war.
Bereits nach 10 Minuten beobachteten sie motorisches Lernen nur noch bei den Versuchsmäusen; Seine Beine blieben hoch und vermied jegliche elektrische Stimulation. Dieses Ergebnis zeigte, dass das Rückenmark ein unangenehmes Gefühl mit der Position des Beins verknüpfen und seine motorische Kraft so anpassen kann, dass das Bein das unangenehme Gefühl vermeidet, und das alles ohne die Notwendigkeit eines Gehirns. Vierundzwanzig Stunden später wiederholten sie den 10-Minuten-Test, kehrten den Test jedoch mit den Versuchsmäusen und den Kontrollmäusen um. Die ursprünglichen Versuchsmäuse hielten immer noch ihre Pfoten hoch, was darauf hindeutet, dass das Rückenmark eine Erinnerung an vergangene Erfahrungen bewahrte, was neues Lernen behinderte.
Nachdem das Team so sowohl unmittelbares Lernen als auch Gedächtnis im Rückenmark etabliert hatte, machte es sich daran, die neuronalen Schaltkreise zu untersuchen, die beides ermöglichen. Sie verwendeten sechs Arten transgener Mäuse, bei denen jeweils ein anderer Satz spinaler Neuronen ausgeschaltet war, und testeten sie auf motorisches Lernen und Lernumkehr. Sie fanden heraus, dass sich die Hinterbeine der Mäuse nicht daran angepasst hatten, Elektroschocks zu vermeiden, nachdem Neuronen an der Spitze des Rückenmarks, insbesondere diejenigen, die das Ptf1a-Gen exprimieren, ausgeschaltet wurden.
Als sie die Mäuse während des Umkehrlernens untersuchten, stellten sie fest, dass die Stummschaltung von Ptf1a-exprimierenden Neuronen keine Wirkung hatte. Entscheidend war stattdessen eine Gruppe von Neuronen im unteren, ventralen Teil des Rückenmarks, die das En1-Gen exprimieren. Als diese Neuronen am Tag nach dem Erlernen des Ausweichens zum Schweigen gebracht wurden, verhielt sich das Rückenmark, als hätten sie nie etwas gelernt. Die Forscher bewerteten auch den Gedächtnisabruf am zweiten Tag, indem sie die anfänglichen Lernbedingungen wiederholten. Sie fanden heraus, dass sich bei Wildtyp-Mäusen die Hinterbeine stabilisierten und schneller als am ersten Tag die Vermeidungsposition erreichten, was auf eine Erinnerung hindeutet. Die Erregung von En1-Neuronen während der Erholung erhöhte diese Geschwindigkeit um 80 %, was auf eine stärkere motorische Erholung hinweist.
„Diese Ergebnisse stellen nicht nur die vorherrschende Vorstellung in Frage, dass motorisches Lernen und Gedächtnis ausschließlich auf Gehirnschaltkreise beschränkt sind“, sagt Takeoka, „sondern wir zeigen auch, dass wir das motorische Gedächtnis des Rückenmarks manipulieren können, was Auswirkungen auf Therapien hat, die die Genesung nach Rückenmarksverletzungen verbessern sollen.“ Schaden.“
