Когда дело доходит до ощущения боли, прикосновения или зуда, местоположение имеет значение.

Когда дело доходит до ощущения боли, прикосновения или зуда, местоположение имеет значение.

Исследование Солка впервые показало, где в спинном мозге расположены различные клетки, связанные с запуском сенсомоторных рефлексов.

LA JOLLA — Когда вы прикасаетесь к горячей плите, ваша рука рефлекторно отдергивается; если вы пропустите ступеньку на лестнице, вы инстинктивно поймаете себя. Оба движения занимают доли секунды и не требуют предусмотрительности. Теперь исследователи из Института Солка нанесли на карту физическую организацию клеток спинного мозга, которые помогают опосредовать эти и подобные критические «сенсомоторные рефлексы».

Новая схема этого аспекта сенсомоторной системы, описанная онлайн в Нейрон 11 ноября 2020 г., может привести к лучшему пониманию того, как он развивается и может пойти наперекосяк при таких состояниях, как хронический зуд или боль.

«На периферии этой системы было проведено множество исследований, в ходе которых изучалось, как клетки кожи и мышц генерируют сигналы, но мы не знали, как эта сенсорная информация передается и интерпретируется после того, как она достигает спинного мозга», — говорит он. Мартин Гулдинг, профессор Лаборатории молекулярной нейробиологии Солка и заведующая кафедрой Фредерика В. и Джоанны Дж. Митчелл. «Эта новая работа дает нам фундаментальное понимание архитектуры нашей сенсомоторной системы».

Рефлекторное поведение, наблюдаемое даже у новорожденных, считается одним из самых простых строительных блоков для движения. Но рефлексы должны быстро передавать информацию от сенсорных нейронов, которые обнаруживают прикосновение, тепло и болевые раздражители, к двигательным нейронам, которые заставляют мышцы действовать. Для большинства рефлексов связи между сенсорными нейронами и двигательными нейронами опосредованы интернейронами в спинном мозге, которые служат своего рода «посредниками», тем самым экономя время, минуя мозг. Как эти посредники организованы для кодирования рефлексивных действий, плохо изучено.

Гулдинг и его коллеги обратились к набору инструментов молекулярной инженерии, которые они разработали за последнее десятилетие, чтобы изучить организацию этих спинальных рефлексов у мышей. Во-первых, они определили, какие интернейроны были активны, когда мыши рефлекторно реагировали на такие ощущения, как зуд, боль или прикосновение. Затем они исследовали функцию интернейронов, включая и выключая их по отдельности и наблюдая, как это влияет на результирующее рефлекторное поведение.

«Мы обнаружили, что каждый сенсомоторный рефлекс определялся нейронами в одном и том же физическом пространстве», — говорит исследователь с докторской степенью. Грациана Гатто, первый автор новой статьи. «Разные нейроны в одном и том же месте, даже если они имели очень разные молекулярные сигнатуры, выполняли одну и ту же функцию, в то время как более сходные нейроны, расположенные в разных областях спинного мозга, отвечали за разные рефлексы».

Интернейроны в самом внешнем слое спинного мозга отвечали за передачу рефлекторных сообщений, связанных с зудом, между сенсорными и моторными клетками. Глубокие интернейроны передавали сообщения о боли — например, заставляли мышь двигать ногой, к которой прикоснулась булавка. А самый глубокий набор интернейронов помогал мышам рефлекторно сохранять равновесие, стабилизируя их тело, чтобы предотвратить падение. Но в каждой пространственной области нейроны имели разные молекулярные свойства и идентичность.

«Это рефлексивное поведение должно быть очень устойчивым для выживания», — говорит Гулдинг. «Итак, наличие разных классов интернейронов в каждой области, которые способствуют определенному рефлексу, создает избыточность в системе».

Показав, что расположение каждого типа интернейронов в спинном мозге имеет большее значение, чем происхождение клетки в процессе развития или генетическая идентичность, команда проверила и подтвердила существующую теорию о том, как организованы эти рефлекторные системы.

Теперь, когда им известна физическая архитектура межнейронных цепей, составляющих эти различные рефлекторные пути, исследователи планируют дальнейшие исследования, чтобы выяснить, как передаются сообщения и как нейроны в каждом пространстве взаимодействуют друг с другом. Эти знания в настоящее время используются для изучения того, как патологические изменения в соматосенсорной системе приводят к хроническому зуду или боли. В сопроводительный документ, Гатто и Гулдинг сотрудничали с Ребеккой Сил из Университета Питтсбурга, чтобы составить карту организации нейронов, которые генерируют различные формы хронической боли.

Среди других авторов были Стив Буран, Сянью Рен, Стефания Ди Констанцо и Питер Фентон из Института Солка; и Приябрата Гальдер и Ребекка Сил из Медицинской школы Университета Питтсбурга.

Работа была поддержана грантами от Национальных институтов здравоохранения, EMBO, Благотворительного фонда HA и Мэри К. Чепмен и Фонда Дэвида Скейфа.

DOI: 10.1016 / j.neuron.2020.10.003