NyheterForskning

"Stoppceller" i hjärnstammen får oss att stanna när vi går

Published 2015-11-19 18:10. Updated 2015-11-19 19:53This page in English

En grupp av "stoppceller" i hjärnstammen hos möss är nödvändig för djurens förmåga att stanna när de går, enligt en ny studie från Karolinska Institutet. Forskningsartikeln, som publiceras i tidskriften Cell, beskriver en signalväg i hjärnstammen specifikt ägnad åt att avbryta pågående gångrörelser – och vars selektiva aktivering stoppar rörelsen medan dess inaktivering främjar rörelse. I studien identifierar forskarna därmed en tidigare okänd nedåtgående signalväg som behövs för att styra den episodiska karaktären hos rörelsebeteendet.

Gångförmågan är nödvändig för både människors och djurs överlevnad. Gången har en episodisk karaktär. Vi rör oss när vi vill eller behöver göra det, likaså kan vi även avbryta pågående rörelser. Denna episodiska kontroll har i allmänhet förknippats med aktiverande signaler, så kallade excitatoriska signaler, från hjärnstammen som är i kontakt med och aktiverar nervkretsar i ryggmärgen. Men hur går det till när gångrörelsen avbryts? Beror det bara på att det saknas aktiverande signaler från hjärnstammen eller finns det en särskild stoppsignal?

I studien som nu publiceras i Cell undersökte forskarna Julien Bouvier och Vittorio Caggiano tillsammans med professor Ole Kiehn och kollegor hur hjärnstammens komplexa nervkretsar kontrollerar gångrörelser hos möss. Forskarna använde avancerade metoder som exempelvis optogenetik, som gör det möjligt att selektivt aktivera utvalda grupper av nervceller med ljus, och genetisk ”avstängning” (eng. genetic silencing) för att selektivt inaktivera utvalda grupper av nervceller.

Något oväntat fann forskarna en grupp excitatoriska nervceller som visade sig vara nödvändiga för mössens förmåga att kunna stanna vid gång. När dessa "stoppceller" aktiveras avbryter mössen genast sina rörelser. Omvänt leder "avstängning" av dessa nervceller till att mössen har mycket svårt att sluta gå.

Klockan i nätverket

– Vi fann att stoppcellerna lamslår de nätverk av nervceller som är inblandade i att skapa rörelsens rytm, själva klockan i nätverket, och inte de motorneuroner som direkt kontraherar musklerna. Därmed gör aktiviteten i stoppcellerna det möjligt för musen att stanna smidigt utan att förlora muskelspänning, precis som för oss själva när vi frivilligt stannar exempelvis inför ett hinder, säger Ole Kiehn, som leder laboratoriet bakom studien vid institutionen för neurovetenskap, Karolinska Institutet.

Även om studien undersöker funktionen i den normala hjärnan, kan upptäckten bidra med insikter om hur gångförmågan påverkas vid sjukdomar i hjärnan.

– Exempelvis vid Parkinsons sjukdom är ett tydligt motoriskt symptom att gången kan frysa. Det är möjligt att stoppcellerna har en onormalt hög aktivitet vid Parkinsons sjukdom och att detta bidrar till gångstörningarna, säger Ole Kiehn.

Forskningen har finansierats av Hjärnfonden, Söderbergstiftelserna, Vetenskapsrådet, ERC, EMBO och NIH.

Publikation

Descending command neurons in the brainstem that halt locomotion
Julien Bouvier*, Vittorio Caggiano*, Roberto Leiras, Vanessa Caldeira, Carmelo Bellardita, Kira Balueva, Andrea Fuchs, and Ole Kiehn
Cell, online 19 November 2015, DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2015.10.074

NeurofysiologiOptogenetik