Opmerkelijke resultaten – Uit nieuw onderzoek blijkt dat het ruggenmerg kan leren en onthouden

Uit nieuw onderzoek blijkt dat neuronen in het ruggenmerg het vermogen hebben om onafhankelijk van de hersenen informatie te leren en vast te houden.

Het ruggenmerg wordt vaak beschreven als eenvoudigweg een kanaal voor het overbrengen van signalen tussen de hersenen en het lichaam. Het ruggenmerg kan echter zelfstandig bewegingen leren en onthouden.

Een team van onderzoekers van het Leuvense Neuro-elektronica Onderzoekscentrum van Vlaanderen (NERF) heeft gedetailleerd beschreven hoe twee verschillende neurale populaties het ruggenmerg in staat stellen aangeleerd gedrag op een volledig hersenonafhankelijke manier aan te passen en te onthouden. Deze opmerkelijke resultaten werden gepubliceerd in het tijdschrift Wetenschappen, wat nieuw licht werpt op hoe spinale circuits bijdragen aan de controle en automatisering van beweging. Deze ideeën kunnen relevant zijn voor de revalidatie van mensen met rugletsel.

De raadselachtige plasticiteit van het ruggenmerg

Het ruggenmerg moduleert en controleert onze acties en bewegingen door verschillende bronnen van sensorische informatie te integreren, en kan dit doen zonder input van de hersenen. Bovendien kunnen neuronen in het ruggenmerg leren verschillende taken onafhankelijk aan te passen, mits voldoende herhaalde oefening. Hoe het ruggenmerg deze opmerkelijke plasticiteit bereikt, houdt neurowetenschappers echter al tientallen jaren bezig.

Een van deze neurowetenschappers is professor Aya Takeoka. Haar team bij Neuroelectronics Research Flanders (NERF, een onderzoeksinstituut ondersteund door imec, KU Leuven en VIB) onderzoekt hoe het ruggenmerg herstelt van blessures door te onderzoeken hoe neurale verbindingen bedraad zijn, en hoe ze functioneren en veranderen terwijl we leren. Nieuwe bewegingen.

“Hoewel we bewijs hebben van 'leren' in het ruggenmerg uit experimenten die dateren uit het begin van de 20e eeuw, is de vraag welke neuronen erbij betrokken zijn en hoe ze deze leerervaring coderen onbeantwoord gebleven”, zegt professor Takeoka. .

Een deel van het probleem is de moeilijkheid om de activiteit van individuele neuronen in het ruggenmerg direct te meten bij dieren die niet verdoofd zijn, maar wakker en in beweging zijn. Het team van Takeoka maakte gebruik van een model waarin dieren binnen enkele minuten specifieke bewegingen trainen. Daarbij onthulde het team een ​​celtypespecifiek mechanisme voor het leren van het ruggenmerg.

Twee specifieke soorten neuronen

Om te onderzoeken hoe het ruggenmerg leert, bouwden promovendus Simon Lavaud en zijn collega's in het laboratorium van Takeoka een experimentele opstelling om veranderingen in de voortbeweging bij muizen te meten, geïnspireerd door methoden die worden gebruikt in insectenstudies. “We evalueerden de bijdrage van zes verschillende neuronale populaties en identificeerden twee populaties neuronen, één dorsaal en één ventraal, die het motorisch leren bemiddelen.”

“Deze twee groepen neuronen wisselen elkaar af”, legt Lavaud uit. “Dorsale neuronen helpen het ruggenmerg een nieuwe beweging te leren, terwijl ventrale neuronen het ruggenmerg helpen de beweging te onthouden en later uit te voeren.”

“Je kunt het vergelijken met een estafetterace in het ruggenmerg. De dorsale neuronen gedragen zich als eerste lopers, geven sensorische informatie door die belangrijk is voor het leren en nemen vervolgens het stokje over, zodat de geleerde beweging soepel wordt onthouden en uitgevoerd .”

Leren en geheugen buiten de hersenen

Gedetailleerde resultaten gepubliceerd in WetenschappenHet laat zien dat de activiteit van neuronen in het ruggenmerg lijkt op verschillende klassieke vormen van leren en geheugen. Het blootleggen van deze leermechanismen zal van cruciaal belang zijn, omdat ze waarschijnlijk zullen bijdragen aan verschillende manieren waarop we bewegingen leren en automatiseren, en ook relevant kunnen zijn in de context van revalidatie, zegt professor Aya Takeoka: “De circuits die we hebben beschreven zouden de middelen voor Het ruggenmerg is betrokken bij het leren van bewegingen en bij het motorisch geheugen op de lange termijn, die ons allebei helpen te bewegen, niet alleen bij een normale gezondheid, maar vooral tijdens het herstel van hersen- of ruggenmergletsels.

Referentie: “Twee klassen remmende neuronen regelen de verwerving en het ophalen van spinale sensorimotorische aanpassing” door Simone Lavaud, Charlotte Bishara, Mattia Dandola, Shu Hao Yeh en Aya Takeoka, 11 april 2024, Wetenschappen.
doi: 10.1126/science.adf6801

Het onderzoek (het team) werd ondersteund door het Flanders Research Foundation (FWO), de Marie Skłodowska-Curie Action (MSCA), de Taiwan-KU Leuven Doctoral Fellowship (P1040) en de Wings for Life Myeloid Research Foundation.