Naujame tyrime nustatyta, kad senovinė smegenų grandinė, leidžianti akims refleksiškai suktis aukštyn, kūnui palinkus žemyn, susireguliuoja ankstyvame gyvenimo etape, kai gyvūnas vystosi.
NYU Grossmano medicinos mokyklos mokslininkų vadovaujamas tyrimas sukasi apie tai, kaip stuburiniai gyvūnai, įskaitant žmones ir gyvūnus, kurių evoliucija tęsiasi nuo primityvių žuvų iki žinduolių, judėdami stabilizuoja savo žvilgsnį. Norėdami tai padaryti, jie naudoja smegenų grandinę, kuri bet kokius orientacijos poslinkius, kuriuos jaučia jų ausų pusiausvyros (vestibuliarinė) sistema, paverčia akimirksniu priešingu judesiu.
Tyrimas publikuojamas žurnale Mokslas.
Vestibulo-akies refleksu vadinama grandinė leidžia stabiliai suvokti aplinką. Kai jis sulaužytas – dėl traumos, insulto ar genetinės būklės – žmogus gali jausti, kad pasaulis atsimuša aplink kiekvieną kartą, kai juda jo galva ar kūnas. Suaugusiems stuburiniams gyvūnams ji ir kitos smegenų grandinės yra suderinamos pagal juslių (regėjimo ir pusiausvyros organų) grįžtamąjį ryšį. Dabartiniai tyrimo autoriai nustebo, kad, priešingai, jutimo įvestis nebuvo būtina naujagimių refleksinės grandinės subrendimui.
Tyrime buvo atlikti eksperimentai su zebrafish lervomis, kurios turi panašų žvilgsnį stabilizuojantį refleksą kaip ir žmonių. Be to, zebražuvės yra skaidrios, todėl tyrėjai tiesiogine prasme stebėjo, kaip smegenų ląstelės, vadinamos neuronais, bręsta, kad suprastų pokyčius, leidžiančius naujagimiui žuviai tinkamai pasukti akis aukštyn, kai jos kūnas pakrypsta žemyn (arba akis žemyn, kai kūnas pakrypsta aukštyn).
„Atradę, kaip atsiranda vestibuliariniai refleksai, galime rasti naujų būdų, kaip kovoti su patologijomis, turinčiomis įtakos pusiausvyrai ar akių judesiams“, – sako vyresnysis tyrimo autorius Davidas Schoppikas, daktaras, Otolaringologijos – galvos ir kaklo chirurgijos katedrų docentas. Neurologijos ir fiziologijos bei Neurologijos instituto, NYU Langone Health.
Pasvirimai per sekundę
Siekdama patikrinti ilgalaikę prielaidą, kad refleksas yra reguliuojamas vizualiniu grįžtamuoju ryšiu, tyrėjų komanda išrado aparatą refleksui sukelti pakreipdama ir stebėdama nuo gimimo aklų zebražuvių akis. Grupė pastebėjo, kad žuvų gebėjimas priešingai pasukti akis po pakreipimo buvo panašus į lervų, kurios gali matyti.
Nors ankstesni tyrimai parodė, kad jutimo įvestis padeda gyvūnams išmokti tinkamai judėti savo aplinkoje, naujasis darbas rodo, kad toks vestibulo ir akies reflekso derinimas pradedamas naudoti tik refleksui visiškai subrendus. Pažymėtina, kad kitas eksperimentų rinkinys parodė, kad refleksinė grandinė taip pat subręsta vystymosi metu be gravitacijos jutimo vestibuliarinio organo, vadinamo utricle, įvesties.
Kadangi vestibulo-akies refleksas gali subręsti be jutimo grįžtamojo ryšio, mokslininkai iškėlė teoriją, kad lėčiausiai bręstanti smegenų grandinės dalis turi nustatyti reflekso vystymosi tempą. Siekdama rasti greitį ribojančią dalį, tyrėjų komanda išmatavo neuronų reakciją viso vystymosi metu, nes jie zebrafijai sekundės dalimis kūno pakreipdavo.
Tyrėjai nustatė, kad centriniai ir motoriniai neuronai grandinėje parodė brandų atsaką, kol refleksas nesibaigė vystytis. Vadinasi, lėčiausia bręstančios grandinės dalis negalėjo būti smegenyse taip ilgai, kaip buvo manoma, bet buvo nustatyta, kad ji yra neuromuskulinėje jungtyje – signalizacijos erdvėje tarp motorinių neuronų ir raumenų ląstelių, kurios judina akį. Eksperimentų serija atskleidė, kad tik sankryžos brendimo tempas atitiko greitį, kuriuo žuvys pagerino savo gebėjimą priešingai sukti akis.
Judant į priekį, Dr. Schoppiko komanda išnagrinės jų naujai išsamią grandinę žmogaus sutrikimų kontekste. Vykdomas darbas tiria, kaip motorinių neuronų ir nervų ir raumenų jungties vystymosi sutrikimai sukelia akių motorinės sistemos sutrikimus, įskaitant įprastą akių išsidėstymą, vadinamą žvairumu (taip pat žinomas kaip tinginė akis ir sukryžiuotos akys).
Tiesiai prieš motorinius neuronus vestibulo ir akies grandinėje yra interneuronai, kurie formuoja gaunamą jutiminę informaciją ir integruoja tai, ką akys mato, su pusiausvyros organais. Kitas Dr. Schoppiko tikslas yra geriau suprasti, kaip tokių ląstelių funkcija sutrikdoma, kai vystosi pusiausvyros grandinės, siekiant padėti 5% vaikų JAV, besiimančių tam tikra pusiausvyros problema.
„Pagrindinių vestibuliarinių grandinių atsiradimo principų supratimas yra būtina sąlyga norint išspręsti ne tik pusiausvyros problemas, bet ir smegenų vystymosi sutrikimus“, – sako pirmojo tyrimo autorė, mokslų daktarė Paige Leary. Ji buvo Dr. Schoppiko laboratorijos absolventė, kuri vadovavo tyrimui ir nuo to laiko paliko instituciją.
Kartu su dr. Schoppik ir Leary, tyrimo autoriai iš Otolaringologijos-galvos ir kaklo chirurgijos, Neurologijos ir fiziologijos skyrių bei NYU Langone Health Neurologijos instituto buvo Celine Bellegarda, Cheryl Quainoo, Dena Goldblatt ir Basak Rosti.