Πώς οι περιοχές του εγκεφάλου συνεργάζονται για τον έλεγχο της κίνησης

Ερευνητές από το Ινστιτούτο Max Planck Florida για τη Νευροεπιστήμη αποκάλυψαν πώς δύο περιοχές του εγκεφάλου συνεργάζονται, λειτουργώντας σαν ένα κλεψύδρα, για να ελέγξουν ευέλικτα την χρονική ακρίβεια των κινήσεων. Η ικανότητα να συγχρονίζουμε τις κινήσεις μας, είτε πρόκειται για ομιλία είτε για την κίνηση ενός μπαστουνιού, είναι κρίσιμη για την καθημερινότητά μας.

Αν και δεν διαθέτουμε αισθητήρες όπως τα μάτια ή η μύτη για να μετρήσουμε τον χρόνο, μπορούμε να διατηρούμε το ρυθμό και να ελέγχουμε την χρονική στιγμή των ενεργειών μας. Αυτή η ακρίβεια εξαρτάται από έναν «χρόνο» που βρίσκεται στον εγκέφαλο, αλλά ο τρόπος λειτουργίας αυτού του μηχανισμού παρέμενε μέχρι πρότινος άγνωστος. Στην έρευνα που δημοσιεύθηκε αυτή την εβδομάδα στο περιοδικό Nature, οι επιστήμονες Zidan Yang, Hidehiko Inagaki και οι συνεργάτες τους αποκαλύπτουν πώς λειτουργεί αυτός ο μηχανισμός μέσω της αλληλεπίδρασης του κινητικού φλοιού και του σπλαχνικού. Αυτές οι περιοχές συνεργάζονται για να παρακολουθούν την πάροδο του χρόνου, όπως η άμμος που ρέει σε μια κλεψύδρα.

Η λειτουργία του εγκεφάλου στην χρονομέτρηση κινήσεων

Προηγούμενες μελέτες είχαν αναδείξει τον κινητικό φλοιό και το σπλαχνικό ως κεντρικές περιοχές του εγκεφάλου που σχετίζονται με την χρονομέτρηση. Αυτές οι περιοχές παρουσιάζουν μοτίβα νευρωνικής δραστηριότητας που συνάδουν με τις λειτουργίες χρονομέτρησης και προκαλούν ελλείμματα στην χρονομέτρηση των κινήσεων όταν υποστούν βλάβες, όπως συμβαίνει σε παθήσεις όπως η νόσος του Πάρκινσον και η Χορεία του Χάντινγκτον.

«Κατανοούσαμε ότι υπάρχει ένας ρυθμιστής χρόνου στον εγκέφαλο, αλλά δεν ήταν σαφές πώς υλοποιείται και ποιος είναι ο ρόλος κάθε περιοχής», δήλωσε ο Δρ. Zidan Yang, επικεφαλής της μελέτης. «Θέλαμε να κατανοήσουμε ακριβώς πώς ο εγκέφαλος μετράει τον χρόνο, καθώς αυτή είναι μια κρίσιμη λειτουργία για τις καθημερινές μας δραστηριότητες». Για να το πετύχουν, οι επιστήμονες εκπαίδευσαν ποντίκια να λαμβάνουν μια λιχουδιά γλείφοντας έναν σωλήνα με συγκεκριμένο χρονισμό, για παράδειγμα, μετά από 1 δευτερόλεπτο.

Η συνεργασία των περιοχών του εγκεφάλου

Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, οι ερευνητές κατέγραψαν τη δραστηριότητα χιλιάδων νευρώνων τόσο στον κινητικό φλοιό όσο και στο σπλαχνικό, προκειμένου να μετρήσουν τα μοτίβα τους που σχετίζονται με τον χρόνο. Για να κατανοήσουν πώς μπορεί να λειτουργεί ο «χρόνος» του εγκεφάλου, οι επιστήμονες συνδύασαν αυτές τις μετρήσεις με μια τεχνική που ονομάζεται οπτογενετική, η οποία τους επέτρεψε να σιωπήσουν προσωρινά τη δραστηριότητα μιας περιοχής του εγκεφάλου με αναλαμπές φωτός και να μετρήσουν τις αλλαγές που προκλήθηκαν στα μοτίβα της άλλης περιοχής.

«Συνδυάζοντας τις νευρωνικές καταγραφές με βραχείς αλλαγές στη δραστηριότητα συγκεκριμένων περιοχών του εγκεφάλου, μπορέσαμε να προσδιορίσουμε τον ρόλο που παίζει η κάθε περιοχή στον εσωτερικό χρονομέτρη του εγκεφάλου», εξήγησε ο Δρ. Yang. «Καταλάβαμε ότι αυτές οι περιοχές συνεργάζονται για να παρακολουθούν τον χρόνο, αλλά παίζουν μοναδικούς ρόλους, παρόμοια με το πάνω και το κάτω μέρος μιας κλεψύδρας».

Η ομάδα ανακάλυψε ότι ο κινητικός φλοιός λειτουργεί σαν το πάνω μέρος της κλεψύδρας, στέλνοντας ρεύματα νευρικών σημάτων στο σπλαχνικό. Στο σπλαχνικό, αυτά τα σήματα συσσωρεύονται καθώς περνά ο χρόνος, όπως η άμμος που συγκεντρώνεται στο κάτω μέρος της κλεψύδρας. Μόλις το σήμα φτάσει σε ένα συγκεκριμένο επίπεδο, ενεργοποιείται η κίνηση. Όταν οι ερευνητές σιώπησαν προσωρινά τον κινητικό φλοιό, σταμάτησε η ροή αυτών των σημάτων, όπως αν έσφιγγαν το λαιμό της κλεψύδρας για να σταματήσουν τη ροή της άμμου. Αυτό καθυστέρησε την χρονική στιγμή που το ποντίκι γλείφει για τη λιχουδιά, σαν να είχε σταματήσει ο χρόνος.

Αντίθετα, όταν οι ερευνητές σιώπησαν το σπλαχνικό, επαναρύθμισαν τα σήματα χρονομέτρησης, σαν να είχε ανατραπεί η κλεψύδρα για να επανεκκινήσει τον χρονομέτρη. Αυτό καθυστέρησε ακόμη περισσότερο το γλείψιμο του ποντικιού, σαν να είχε γυρίσει ο χρόνος πίσω.

Τα ευρήματα της ομάδας αποτελούν μια σημαντική πρόοδο στην κατανόηση του πώς η νευρωνική δραστηριότητα στις δύο αυτές περιοχές αλληλεπιδρά για να συντονίσει την χρονική ακρίβεια των ενεργειών. Ο Δρ. Hidehiko Inagaki, επικεφαλής της ερευνητικής ομάδας, περιγράφει τον τελικό του στόχο: «Ο κινητικός φλοιός και το σπλαχνικό είναι οι δύο βασικές περιοχές του εγκεφάλου που ελέγχουν τις κινήσεις μας και υποφέρουν από πολλές κινητικές διαταραχές. Εργαζόμαστε για να κατανοήσουμε πώς τα μοτίβα δραστηριότητας του εγκεφάλου σε αυτές τις κρίσιμες περιοχές οδηγούν σε ακριβή έλεγχο της συμπεριφοράς, όπως είναι οι ομαλές κινήσεις. Ελπίζουμε ότι αυτή η κατανόηση μπορεί να αξιοποιηθεί για την αποκατάσταση των λειτουργιών κίνησης σε εκείνους που αντιμετωπίζουν προκλήσεις λόγω κινητικής διαταραχής.