Neurale inzichten onthullen de geheimen van beweging

samenvatting: Onderzoekers hebben vooruitgang geboekt in het begrijpen hoe wandelende takken hun beenspieren controleren tijdens het lopen, waarbij ze eerdere aannames over de activering van motorneuronen ter discussie stellen. Uit hun onderzoek blijkt dat de neuronen die de depressorspier in de poot van een wandelende tak activeren, een unieke ritmische excitatie krijgen, in tegenstelling tot andere beenspieren.

Deze bevinding benadrukt de rol van centrale patroongeneratoren (CPG's) bij de productie van ritmische bewegingen en geeft aan dat hun invloed op motorneuronen beperkt is tot elke groep neuronen. Dit onderzoek vergroot niet alleen ons begrip van de voortbeweging van dieren, maar onderstreept ook de complexiteit van neurale netwerken bij het coördineren van loopbewegingen.

Belangrijkste feiten:

1. Uit de studie bleek dat depressormotorneuronen bij wandelende takken ritmisch worden opgewonden, in tegenstelling tot het activeringspatroon van andere beenspieren.
2. Er is aangetoond dat centrale patroongeneratoren (CPG's) specifieke activering bieden aan verschillende groepen motorneuronen, waardoor de uniforme effecttheorie wordt ontkracht.
3. Dit onderzoek vergroot onze kennis van de neurale basis van voortbeweging en suggereert nauwkeurige controlemechanismen voor de initiatie en stabilisatie van loopfasen.

bron: Universiteit van Keulen

In een nieuwe studie hebben wetenschappers van de Universiteit van Keulen nieuwe inzichten verkregen in het mechanisme van ritmische activering van zenuwcellen (neuronen) bij wandelende wandelende takken die de beenspieren aansturen tijdens het lopen.

De onderzoekers toonden aan dat de neuronen die de depressor gastrocnemius-spier activeren ritmisch worden opgewonden, in tegenstelling tot die in andere beenspieren. Tot nu toe werd aangenomen dat alle zogenaamde motorneuronen op dezelfde manier worden geactiveerd door centrale neurale netwerken.

De studie, getiteld “Synaptic drive of central patroon-genererende netwerken van wandelende insectenpoot-motoneuronen is specifiek voor de motoneuronpopulatie”, werd gepubliceerd in het tijdschrift Huidige biologie.

Het onderzoeksteam van UCLA onderzoekt de neurale basis van bewegingsgeneratie bij dieren, met name die basismotorische activiteiten zoals lopen.

Voor dit doel analyseert het team onder leiding van prof. dr. Ansgar Boschges onder meer insecten, omdat de eisen van het zenuwstelsel met betrekking tot het genereren en controleren van loopbewegingen in het dierenrijk zeer vergelijkbaar zijn.

Bij veel dieren bestaan ​​er bijvoorbeeld netwerken in het centrale zenuwstelsel die de basis vormen voor het genereren van patronen van ritmische activiteit voor vele vormen van beweging, of het nu gaat om ritmische bewegingsactiviteiten zoals rennen, zwemmen, kruipen en vliegen, of om vegetatieve bewegingen. functies. Zoals ademen.

Deze zeer gespecialiseerde netwerken worden centrale patroongeneratoren (CPG's) genoemd. Het genereert de ritmische motorische activiteit van spieren voor beweging door interactie met informatie ontvangen van sensorische organen en neuronen die proprioceptoren worden genoemd; Proprioceptoren rapporteren bewegingen en informeren het centrale zenuwstelsel. Bij het lopen vallen ze op en in de poten van het insect.

De netwerken doen dit door zogenaamde motorneuronen te activeren die de spieren innerveren. Tot nu toe werd aangenomen dat dergelijke motorneuronen hetzelfde effect hebben op alle motorneuronen waarop ze zich richten.

In hun nieuwe studie weerleggen Angelina Roth, Dr. Charalambos Mantziaris en professor Boschges deze veronderstelling over de bewegingsactiviteit van insecten.

In hun experimenten activeerden de wetenschappers farmacologisch CPG's in het centrale zenuwstelsel van de wandelende tak Carausius Maurosus Hij onderzocht het effect ervan op de motorneuronen die zijn beenspieren innerveerden.

Ze ontdekten dat op één na alle beenspiergroepen van motorneuronen een identieke aandrijving van de netwerken ontvangen: ritmische remmende signalen van CPG's.

Alleen motorneuronen, die de depressor gastrocnemius-spier innerveren, worden gecontroleerd door fasische excitatoire aandrijving. Interessant is dat de depressor gastrocnemius precies de insectenspier is die verantwoordelijk is voor het genereren van een beenhouding tijdens elke loopconditie – ongeacht of het dier horizontaal omhoog of omlaag rent, op het plafond of op een tak.

“Ritmische excitatie, en dus specifieke activering van deze motorneuronenpopulatie door CPG’s, zou kunnen dienen om de precieze timing van de contractie van de depressorspieren te garanderen en daarmee het begin en de stabilisatie van de standfase”, legt professor Boschges uit.

Financiering: Het onderzoek werd gefinancierd door de Duitse Onderzoeksstichting (DFG).

Over dit neurowetenschappelijk onderzoeksnieuws

auteur: Eva Schiesler
bron: Universiteit van Keulen
communicatie: Eva Schiesler – Universiteit van Keulen
afbeelding: Afbeelding toegeschreven aan Neuroscience News

Originele zoekopdracht: Vrije toegang.
“De synaptische aandrijving van de centrale patroongenererende netwerken van de beenmotorneuronen van een wandelend insect is specifiek voor de motoneuronpopulatie“Door Ansgar Boschges et al. Huidige biologie

een samenvatting

De synaptische aandrijving van de centrale patroongenererende netwerken van de beenmotorneuronen van een wandelend insect is specifiek voor de motoneuronpopulatie

Hoogtepunten

• De synaptische aandrijving van CPG-netwerken van motoneuronen is specifiek
• Motorneuronen van de gradenboog, het bindweefsel en de hefboom krijgen een faseremmende aandrijving
• Exclusief ontvangen depressormotorneuronen een fasische prikkeling

samenvatting

Ritmische motorische activiteit, zoals vliegen, zwemmen of lopen, is het resultaat van de interactie tussen hogere centra in het centrale zenuwstelsel, die taakspecifieke motorische activiteit initiëren, onderhouden en moduleren, en centrale patroongenererende neurale circuits (CPG's). ) die virtuele ritmische motorische outputs kunnen genereren en, ten slotte, feedback van zintuigen die de basismotorische activiteit naar functie moduleren.

In deze context zorgen CPG's voor een fasische synaptische aandrijving van motorneuronen (MN's), waardoor het genereren van ritmische activiteit voor beweging wordt ondersteund.

We analyseerden de synaptische aandrijving die werd ontvangen door been-MN's die de drie belangrijkste beengewrichten van CPG's voorzien in farmacologisch geactiveerde en desmoplastische preparaten van het Bacillus-insect (Carausius Maurosus). We hebben aangetoond dat motor-CPG's de tonische activiteit van vijf van de zes been-MN's modelleren via fasisch remmende synaptische aandrijving.

Dit zijn de antagonistische MN-assemblages die het thoracale-trochanterische gewricht en het tibiofemorale gewricht van stroom voorzien, en de levator-MN-assemblage die het coxa-trochanterische (CTr) gewricht van stroom voorziet. Daarentegen bleek de ritmische activiteit van de depressor MN die het CTR-gewricht voedt voornamelijk afhankelijk te zijn van fasische excitatie.

Dit verschil houdt waarschijnlijk verband met de centrale rol van de depressorspier bij het genereren van een beenhouding tijdens elke loopconditie. Onze resultaten leveren dus bewijs voor het bestaan ​​van kwalitatief verschillende mechanismen voor het genereren van ritmische activiteit tussen MN-populaties in hetzelfde motorsysteem.