Yenilikler

İki çalışma omurilik ve beyin sapının temas halindeki şaşırtıcı yeni rollerini ortaya çıkardı

Dokunma hissi, evdeki rutin görevlerden tehlikeleri gizleyebilecek, alışılmadık arazilerde gezinmeye kadar yaptığımız hemen hemen her şey için gereklidir. Bilim adamları uzun zamandır, ellerimizle ve vücudumuzun diğer bölümleriyle elde ettiğimiz dokunma bilgilerinin, hissettiğimiz hisleri yaratmak için beyne nasıl ulaştığını tam olarak anlamakla ilgileniyorlar.

Yine de, omurilik ve beyin sapının sinyalleri alma, işleme ve iletme sürecine nasıl dahil olduğu da dahil olmak üzere, dokunmanın temel yönleri tam olarak anlaşılamamıştır.

Şimdi, Harvard Tıp Fakültesi’ndeki bilim adamlarının hazırladığı bir çift makale, omurilik ve beyin sapının dokunma duyusuna nasıl katkıda bulunduğuna dair kritik yeni bilgiler ortaya koyuyor.

Spesifik olarak, araştırma, daha önce dokunma bilgileri için yalnızca aktarma merkezleri olduğu düşünülen omurilik ve beyin sapının, daha üst düzey beyin bölgelerine seyahat ederken dokunma sinyallerini işlemeye aktif olarak dahil olduğunu gösteriyor.

4 Kasım’da yayınlanan bir çalışma Hücre, omurilikteki özelleşmiş nöronların, hafif dokunuşları işleyen karmaşık bir ağ oluşturduğunu gösteriyor — bir elin fırçalamasını veya yanaktan gagalamayı düşünün — ve bu bilgiyi beyin sapına gönderiyor.

23 Kasım’da yayınlanan başka bir çalışmada Doğaaraştırmacılar, doğrudan ve dolaylı dokunma yollarının birlikte çalıştığını ve dokunmanın nasıl işlendiğini şekillendirmek için beyin sapında birleştiğini tespit ettiler.

“Bu çalışmalar, farklı dokunma türlerini iletmek için dokunma bilgilerinin entegre edildiği ve işlendiği yerler olarak omurilik ve beyin sapına odaklanıyor. Bu alanların beynin titreşim, basınç ve titreşim temsiline nasıl katkıda bulunduğunu daha önce tam olarak anlamamıştık. dokunsal uyaranların diğer özellikleri,” dedi Edward R. ve Anne G. Lefler HMS’deki Blavatnik Enstitüsünde Nörobiyoloji Profesörü ve her iki makalenin de kıdemli yazarı David Ginty.

Çalışmalar fareler üzerinde yapılmış olsa da, dokunma mekanizmaları, insanlar da dahil olmak üzere türler arasında büyük ölçüde korunmuştur; bu, dokunma işlemenin temellerinin, dokunma işlev bozukluğu ile karakterize edilen nöropatik ağrı gibi insan koşullarını inceleyen bilim adamları için yararlı olabileceği anlamına gelir.

James, “Dokunma duyumunun bu ayrıntılı anlayışı – yani dünyayı ciltle temas yoluyla hissetmek – hastalık, bozukluk ve yaralanmanın çevremizdeki çevre ile etkileşim kurma yeteneğimizi nasıl etkileyebileceğini anlamak için derin çıkarımlara sahip olabilir” dedi. Çalışmalar için fonun bir kısmını sağlayan Ulusal Nörolojik Bozukluklar ve İnme Enstitüsü’nün (NINDS) program direktörü Gnadt.

Göz ardı edilen ve takdir edilmeyen

Dokunmanın tarihsel görüşü, derideki duyusal nöronların basınç veya titreşim gibi bir dokunma uyaranıyla karşılaştığı ve bu bilgiyi doğrudan deriden beyin sapına giden elektriksel uyarılar şeklinde gönderdiği yönündedir. Orada, diğer nöronlar dokunma bilgilerini beynin birincil somatosensoriyel korteksine – dokunma hiyerarşisinin en yüksek düzeyi – iletir ve burada duyum olarak işlenir.

Ancak Ginty ve ekibi, omurilik ve beyin sapının dokunma bilgilerini işlemeye dahil olup olmadığını ve nasıl dahil olduğunu merak etti. Bu alanlar, dokunma hiyerarşisinin en alt seviyesini işgal eder ve beyne giden daha dolaylı bir dokunma yolu oluşturmak için birleşir.

Ginty laboratuvarında doktora sonrası araştırmacı ve ilk yazar olan Josef Turecek, “Alandaki insanlar, dokunma çeşitliliğinin ve zenginliğinin yalnızca derideki duyusal nöronlardan geldiğini düşündüler, ancak bu düşünce omuriliği ve beyin sapını atlıyor” dedi. Doğa kağıt.

Pek çok sinirbilimci, omurilikten beyin sapına uzanan postsinaptik dorsal kolon (PSDC) nöronları adı verilen omurilik nöronlarına aşina değil ve ders kitaplarında PSDC nöronları, dokunmanın ayrıntılarını gösteren diyagramların dışında kalıyor, diye açıklıyor Turecek.

Ginty için, omurilik ve beyin sapının temas halinde gözden kaçırılması, görsel sistem üzerine yapılan erken araştırmaları akla getiriyor. Başlangıçta, görme üzerine çalışan bilim adamları, tüm işlemlerin beynin görsel korteksinde gerçekleştiğini düşündüler. Ancak görsel bilgileri kortekse ulaşmadan çok önce alan retinanın bu bilgilerin işlenmesinde yoğun bir şekilde yer aldığı ortaya çıktı.

Ginty, “Görsel sistem araştırmasına benzer şekilde, bu iki makale, deriden gelen dokunma bilgisinin, dokunma hiyerarşisinde daha karmaşık beyin bölgelerine geçmeden önce omurilik ve beyin sapında nasıl işlendiğini ele alıyor” dedi.

Noktaları birleştirmek

İçinde Hücre Makalede, araştırmacılar fareler çeşitli dokunma türlerini deneyimledikçe omurilikteki birçok farklı nöronun aktivitesini aynı anda kaydetmek için geliştirdikleri bir teknik kullandılar. Omuriliğin duyusal işlem alanı olan dorsal boynuzdaki nöronların yüzde 90’ından fazlasının hafif dokunuşa tepki verdiğini keşfettiler.

Anda Chirila, “Bu şaşırtıcıydı, çünkü klasik olarak omuriliğin yüzeysel katmanlarındaki dorsal boynuz nöronlarının çoğunlukla sıcaklığa ve ağrılı uyaranlara tepki verdiği düşünülüyordu. Hafif dokunma bilgisinin omurilikte nasıl dağıldığını takdir etmemiştik” dedi. , Ginty laboratuvarında bir araştırma görevlisi ve yüksek lisans öğrencisi Genelle Rankin ile makalenin ortak yazarı.

Dahası, hafif dokunuşa verilen bu tepkiler, birbirine oldukça bağlı ve karmaşık bir sinir ağı oluşturduğu bulunan sırt boynuzundaki genetik olarak farklı nöron popülasyonları arasında önemli ölçüde farklılık gösterdi. Tepkilerdeki bu çeşitlilik, sırasıyla, PSDC nöronları tarafından dorsal boynuzdan beyin sapına taşınan çeşitli dokunma bilgilerine yol açtı. Aslında, araştırmacılar çeşitli dorsal boynuz nöronlarını susturduklarında, PSDC nöronları tarafından iletilen hafif dokunma bilgisi çeşitliliğinde bir azalma gördüler.

Chirila, “Dokunma hiyerarşisindeki ilk bölge olan omurilikte dokunmanın nasıl kodlandığına dair bu bilginin, dokunma işlemenin temel yönlerini anlamak için önemli olduğunu düşünüyoruz.” Dedi.

dergisinde yayınlanan diğer çalışmalarında Doğa, bilim adamları dokunma hiyerarşisindeki bir sonraki adıma odaklandı: beyin sapı. Derideki duyusal nöronlardan beyin sapına giden doğrudan yol ile dokunma bilgilerini omurilikten gönderen dolaylı yol arasındaki ilişkiyi, aşağıda açıklandığı gibi araştırdılar. Hücre kağıt.

Turecek, “Beyin sapı nöronları hem doğrudan hem de dolaylı girdi alıyor ve her bir yolun beyin sapına dokunmanın hangi yönlerini gerçekten merak ettik” dedi.

Bu soruyu çözümlemek için, araştırmacılar dönüşümlü olarak her bir yolu susturdu ve fare beyin saplarındaki nöronların tepkisini kaydetti. Deneyler, doğrudan yolun yüksek frekanslı titreşimi iletmek için önemli olduğunu, dolaylı yolun ise cilt üzerindeki basıncın yoğunluğunu kodlamak için gerekli olduğunu gösterdi.

Turecek, “Fikir şu ki, bu iki yol beyin sapında hem titreşimi hem de yoğunluğu kodlayabilen nöronlarla birleşiyor, böylece ne kadar doğrudan ve dolaylı girdiye sahip olduğunuza bağlı olarak bu nöronların tepkilerini şekillendirebiliyorsunuz.” Başka bir deyişle, beyin sapı nöronları dolaylı girdiden daha doğrudan girdiye sahipse, yoğunluktan daha fazla titreşim iletirler ve bunun tersi de geçerlidir.

Ek olarak ekip, her iki yolun da doğrudan beyin sapına giden titreşimle ilgili bilgileri birleştirmeden önce, omurilikten dolambaçlı yoğunlukla ilgili bilgilerle birlikte derinin aynı küçük bölgesinden dokunma bilgilerini aktarabildiğini keşfetti. Bu şekilde, doğrudan ve dolaylı yolaklar birlikte çalışarak, beyin sapının aynı bölgeden gelen farklı dokunma uyaranlarının uzamsal bir temsilini oluşturmasını sağlar.

Sonunda haritada

Ginty, şimdiye kadar, “çoğu insan beyin sapını dokunma için bir aktarım istasyonu olarak gördü ve omuriliği haritada bile görmediler,” dedi. Ona göre, yeni çalışmalar “omurilikte ve beyin sapında muazzam miktarda bilgi işlemenin meydana geldiğini gösteriyor – ve bu işleme, beynin dokunsal dünyayı nasıl temsil ettiği konusunda kritik öneme sahip.”

Bu tür bir işlemenin, muhtemelen beyin sapının somatosensori kortekse gönderdiği dokunma bilgisinin karmaşıklığına ve çeşitliliğine katkıda bulunduğunu ekledi.

Daha sonra Ginty ve ekibi, bulguları daha doğal koşullar altında test etmek için uyanık ve hareket halindeki farelerde deneyleri tekrarlamayı planlıyor. Ayrıca, doku ve hareket gibi daha fazla gerçek dünya dokunma uyaranını içerecek şekilde deneyleri genişletmek istiyorlar.

Araştırmacılar ayrıca beyinden gelen bilgilerin – örneğin bir hayvanın stres, açlık veya bitkinlik düzeyi hakkında – dokunma bilgilerinin omurilik ve beyin sapında nasıl işlendiğini nasıl etkilediğiyle de ilgileniyorlar. Dokunma mekanizmalarının türler arasında korunduğu göz önüne alındığında, bu tür bilgiler özellikle otizm spektrum bozuklukları veya nöral disfonksiyonun hafif dokunmaya karşı aşırı duyarlılığa neden olduğu nöropatik ağrı gibi insan koşullarıyla ilgili olabilir.

Rankin, “Bu çalışmalarla, bu devrelerin nasıl çalıştığına ve önemlerinin ne olduğuna dair temel yapı taşlarını ortaya koyduk.” Dedi. “Artık normal şekilde nasıl çalıştıklarını ve bir şeyler ters gittiğinde neyin değiştiğini anlamak için bu devreleri inceleyecek araçlara sahibiz.”

Yazarlık ve finansman

Ek yazarlar Hücre makale arasında Shih-Yi Tseng, Alan Emanuel, Carmine Chavez-Martinez, Dawei Zhang ve HMS’den Christopher Harvey yer alıyor. Ek yazarlar Doğa makale, HMS’den Brendan Lehnert’i içerir.

için destek Hücre makale Harvard Mahoney Nörobilim Enstitüsü, Ellen R. ve Melvin J. Gordon Felç Tedavisi ve Tedavisi Merkezi, Ulusal Bilim Vakfı (GRFP DG1745303), bir Stuart HQ ve Victoria Quan Bursu, Ulusal Sağlık Enstitüleri tarafından sağlanmıştır. (MH125776; NS089521; NS119739; NS097344; AT011447), Hock E. Tan ve K. Lisa Yang Otizm Araştırma Merkezi ve Edward R. ve Anne G. Lefler Nörodejeneratif Bozukluklar Araştırma Merkezi.

için destek Doğa makale Harvard Mahoney Nörobilim Enstitüsü, Ellen R. ve Melvin J. Gordon Felç Tedavisi ve Tedavisi Merkezi, Ulusal Sağlık Enstitüleri (NS097344; AT011447), Hock E. Tan ve K. Lisa Yang Merkezi tarafından sağlanmıştır. Otizm Araştırması ve Edward R. ve Anne G. Lefler Nörodejeneratif Bozuklukları Araştırma Merkezi için.

Kaynak ve İleri Okuma: https://www.sciencedaily.com/releases/2022/11/221123114246.htm

İlgili Makaleler

Başa dön tuşu