Vědci z iniciativy Knight Initiative zkoumají podrobné procesy, jak se mozek učí kontrolovat pohyb. Jejich objevy mohou nakonec vést ke zlepšení terapií Parkinsonovy choroby.
Každá motorická dovednost, kterou získáte, od jednoduchých akcí, jako je chůze po přesné úkoly, jako je hodinářství, závisí na malých skupinách neuronů v mozku. Tyto skupiny, často označované jako „svalové vzpomínky“, jsou aktivovány při každém vaření, sprchu, typu nebo provádění jakéhokoli jiného dobrovolného pohybu.
Zůstalo však nejasné, jak se tyto neuronální skupiny tvoří na prvním místě. Přes desetiletí výzkumu nebyl původ těchto souborů plně vysvětlen.
Výzkumný tým vedený Jun Ding, přidružený společnost Wu Tsai Neurosciences Institute, nyní pracuje na řešení této mezery. S podporou iniciativy Knight pro cenu pro odolnost mozkové odolnosti Award Dingova skupina dosáhla pokroku v odhalení toho, jak mozek organizuje nervové obvody, které vyvolávají motorické vzpomínky.
Jejich poslední zjištění ukazují, že tyto sítě podléhají významné reorganizaci během učení dovedností. Nejprve se neurony a jejich spojení vystřelí do značné míry nekoordinovaným způsobem, ale jak se pohyb praktikuje, aktivita se postupně konsoliduje do menšího, stabilního a účinnějšího vzoru.
Výsledky, podrobné ve dvou studiích zveřejněných v Buněčné zprávy a PřírodaTaké vrhněte světlo na Parkinsonovu chorobu. Zatímco převládající pohled tvrdí, že Parkinsonův primárně narušuje aktivaci zavedených motorických vzpomínek, Dingova práce spolu s předchozími důkazy ukazuje na jiné vysvětlení: nemoc může narušit stabilitu samotných vzpomínek.
To by také mohlo ovlivnit to, jak lékaři zacházejí s Parkinsonovou. „Často se snažíme reaktivovat motorické vzpomínky s lékem, jako je L-dopa, ale pokud je paměť skutečně narušena, nebude to fungovat,“ řekl Ding, docent neurochirurgie a neurologické a neurologické vědy ve Stanford Medicine. „Ve skutečnosti tedy musíme přemýšlet o tom, jaký je nejúčinnější způsob, jak reaktivovat systém a znovu získat schopnost učit se.“
Učení nových dovedností v laboratoři
V souboru experimentů zveřejněných v Buněčné zprávyLaboratoř se zaměřila na neurony ve striatu, část mozku, která pomáhá koordinovat pohyby a učit se nové.
Striatum je místo, kde sídlí takzvané svalové vzpomínky, přičemž sítě neuronů kóduje specifická pohyby.
Abychom prozkoumali, jak se tyto sítě formují během učení dovedností, postdoktorandský výzkumník Omar Jáidar, postgraduální student Eddy Albarran a kolegové umístili myši na spřádací kolo. V průběhu týdne, během krátkých denních sezení, vědci pozorovali zvířata, protože se postupně naučili běžet v tomto novém a poněkud nestabilním prostředí. Během celého procesu monitorovali nervovou aktivitu ve striatu pomocí dvoufotonového fluorescenčního zobrazování.
Na začátku, když se myši poprvé pokusily o úkol, vypadala aktivita ve striatu dezorganizovaná: zhruba tři čtvrtiny viditelných neuronů vystřelených zdánlivě náhodným vzorem. Když se však myši staly stabilnějším a zdatnějším, nervová aktivita se posunula a konsolidovala do menší a stabilnější sítě. V tomto procesu byla stanovena svalová paměť.
Přehodnocení v motorové kůře
V dalším experimentu zveřejněném 30. července PřírodaDingův postdoktorský kolega Mengjun Sheng a jeho kolegové ukázali, že se něco podobného děje s synaptickými vazbami spojujícími neurony v primární motorické kůře se striatem.
Vědci předpokládají, že primární motorická kůra, která je zodpovědná za plánování pohybů, hraje klíčovou roli při budování a zdokonalování svalových vzpomínek ve striatu, když se hnutí bude více praktikovat. Ale opět, jak se to stane, bylo nejasné.
Abychom prozkoumali, jak se učení nové dovednosti mění zapojení mezi kůrou a striatem, Sheng a jeho kolegové následovali myši, když se naučili stisknout páku, aby získali doušek vody. Pomocí dvoufotonového zobrazování sledovali tisíce synapsí spojujících specifické neurony v primární motorické kůře se striatem.
„Co jsme našli výzvy konvenčního pohledu,“ řekl Ding.
Vědci si dlouho mysleli, že když neuron vystřelil, každá ze svých synapsí by přenesla stejný signál na jiné neurony.
To nebyl případ. Když se myši poprvé učily úlohu lisování páky, synapsy odeslané smíšené signály: Když nevystřelil neuron motorické kůry, některé jeho synapsy ve striatu prošly signálem, některé se ne a vzorec změnil z jednoho lisu páky na další.
Ale stejně jako u souborů kódujících pohyby, sada synapsí spojujících každý neuron motorické kůry se striatem začalo velký a nekoordinovaný, ale v průběhu času se zmenšoval, efektivnější a koordinoval.
Ding a jeho kolegové uvádějí, že jejich data v nových detailech odhalují, jak se mozek reorganizuje – dokonce i na úrovni axonů – efektivněji kódovat a řídit pohyby. Když myši zjistí, jak stisknout úroveň nebo běžet na kole, jejich mozek zdokonaluje shora dolů obvody, které tyto pohyby umožňují.
Nové způsoby, jak se podívat na Parkinsonovu nemoc
Studie přispívá k našemu chápání toho, jak dovednosti, jako je řízení, zahradnictví nebo hraní nástroje, mají tendenci se časem stávají efektivnějšími a spolehlivějšími – ale může také pomoci informovat debatu o tom, jak Parkinsonova choroba funguje.
Podle jednoho standardního hlediska Parkinsonova choroba pracuje tím, že narušuje schopnost mozku aktivovat motorické vzpomínky, zatímco samotné vzpomínky zůstávají nedotčeny.
Dingův výzkum naproti tomu naznačuje, že se děje něco jiného. V předchozí studii on a jeho kolegové zjistili, že když myši dostali lék, který simuloval účinky Parkinsonovy, myši ztratily mnoho svých striatálních synapsí. Současně také pěstovali nové synapse, řekl Ding.
Tato zjištění naznačují, že Parkinson’s prostě nejedí naši schopnost aktivovat motorické vzpomínky. Místo toho by to mohlo destabilizovat zavedené vzory svalové paměti a odeslat je zpět do nekoordinovanějšího stavu viděného před motorickým učením.
Další kroky ve výzkumu
„Ještě nemáme přímé důkazy“, abychom řekli, zda je to přesně to, co se děje v Parkinsonově, řekl Ding. Z tohoto důvodu bude muset on a jeho laboratoř muset učit myši nové dovednosti a pak zjistit, zda Parkinsonovy léky naruší synapsy, které jsou základem těchto svalových vzpomínek.
Ale pokud jsou Dingovy myšlenky správné, ošetření, které stabilizují synapse dopamin„Výuka molekuly“, která pomáhá mozku učit se – konkrétně během fyzikální terapie, pomáhat pacientům obnovit něco z toho, co ztratili.
„Nejedná se o přesné předpovědi, ale moje myšlenky jsou v těchto směrech,“ řekl Ding. „Dalším krokem je podívat se na myší modely Parkinsonovy a zjistit, co se můžeme naučit.“
Reference:
„Zdokonalení účinných kódování pohybu v dorsolaterálním striatu v celém učení“ Omar Jáidar, Eddy Albarran, Eli Nathan Albarran, Yu-Wei Wu a Jun B. Ding, 5. září 2025, Buněčné zprávy.
Doi: 10.1016/j.celrep.2025.116229
„Přestavba kortikostriatálních axonů Boutons během motorického učení“ od Mengjun Sheng, Di Lu, Richard H. Roth, Fuu-Jiun Hwang, Kaiwen Sheng a Jun B. Ding, 30. července 2025, Příroda.
Doi: 10.1038/s41586-025-09336-w
Nikdy nezmeškáte průlom: Připojte se k zpravodaji Scitechdaily.
