Исследование ученых СПбГУ поможет восстанавливать движение в разных направлениях при травмах спинного мозга

Исследователи Санкт-Петербургского университета, Каролинского института (Швеция) и Института физиологии имени И. П. Павлова РАН изучили, как в спинном мозге млекопитающих распределены нейронные сети, отвечающие за передвижение в разных направлениях. Им удалось определить зоны, стимуляция которых может восстановить способность ходить не только вперед, но и назад.

В будущем результаты исследования, опубликованного в Journal of Neuroscience, помогут решить проблему реабилитации людей с повреждениями позвоночника.

Сегодня ученым известно, что у позвоночных животных основные нервные центры, управляющие движением вперед, расположены на уровне спинного мозга, ствола головного мозга и мозжечка. Однако многие высокоразвитые позвоночные также умеют ходить боком и пятиться назад, причем механизмы локомоции (перемещения в пространстве) в этих направлениях пока остаются недостаточно изученными.

Группа исследователей, куда вошли специалисты из лаборатории нейропротезов института трансляционной биомедицины СПбГУ, смогла выяснить, что у некоторых млекопитающих спинальные нейронные сети, активация которых заставляет животное идти назад, находятся в достаточно узкой зоне поясничного отдела — в сегменте L6 и соседствующих с ним ростральной части сегмента L7 и каудальной части сегмента L5. При этом спинальные нейронные сети, стимуляция которых запускает движение вперед, занимают почти весь пояснично-крестцовый отдел спинного мозга (от сегмента L3 до сегмента S2).

«Также мы провели сравнительное изучение спинальных нейронных сетей, управляющих локомоцией в разных направлениях, с помощью метода выявления экспрессии гена раннего ответа — c-fos, позволяющего определить популяции активированных клеток. Детальный анализ паттернов распределения активных нейронов при локомоции в разных направлениях позволил предположить, что интегративные нейронные ансамбли спинного мозга задействованы при ходьбе назад в большей степени, чем при ходьбе вперед», — отметила ведущий автор статьи, постдок СПбГУ кандидат биологических наук Наталья Меркульева.

Словом, маркер нейрональной активности c-fos позволил исследователям подтвердить, что именно в локальной зоне спинного мозга (L6, а также частично в L7 и в L5) располагаются нейроны, активация которых заставляет животное идти назад.

«Разобравшись в том, как распределены нейронные сети, контролирующие шаг, можно целенаправленно воздействовать на эти зоны с помощью имплантируемых электродных матриц, в том числе у людей, — объяснил заведующий лабораторией нейропротезов Института трансляционной биомедицины СПбГУ доктор медицинских наук, профессор Павел Мусиенко. — В перспективе с их помощью можно будет помочь человеку с повреждением спинного мозга контролировать направление при движении».