Найдена область мозга, отвечающая за «газ» и «тормоз» наших движений

Что делать, если вы не можете двигаться быстрее, даже если хотите? Ранее считали, что часть мозга, которая определяет, насколько быстро мы выполняем произвольные движения, такие как ходьба по комнате или игра мелодии на пианино, немного похожа на автомобиль.

То есть имеется некий регулятор, с помощью которого можно сделать движения быстрее или медленнее. Теперь ученые Медицинского Института Говарда Хьюза изучили этот процесс более детально.

Давая углубленное понимание того, как мозг управляет движением, это открытие поможет также объяснить систематические нарушения движения у пациентов с различными болезнями и может проложить путь для вмешательств, которые позволяют пациентам научиться выполнять повседневные действия более адекватно.

Увеличение скорости ходьбы не является проблемой для большинства людей, однако пациенты с нарушениями вроде болезни Паркинсона имеют проблемы с этим. Ученые предположили, что это может быть оттого, как если бы работал только тормоз, а педаль газа не работала.

Чтобы лучше понять этот эффект, исследовались базальные ганглии. Именно эти области мозга, отвечающие за движение, поражаются при болезни Паркинсона. Там существуют два основных типа нейронов, способствующих ускорению или торможению движения.

В экспериментах, описанных в журнале Nature, использовалась оптогенетика для активации нейронов в базальных ганглиях во время движения на определенных скоростях. В данной технологии через тонкие оптические волокна в мозге животных, исследователи селективно стимулировали лазером нейроны, отвечающие за газ или тормоз.

В исследовании обученные мыши, перемещали небольшой джойстик передними лапами, чтобы получить сладкий напиток. Грызун должен был нажать джойстик достаточно быстро, чтобы получить глоток воды, но если он толкал слишком быстро, он тратил энергию и, в конечном счете, ограничивал количество общей воды.

Каждый день люди делают подобное, хотя и неявно, принимая решения о том, как быстро они должны действовать. Для того чтобы оценить, насколько сильно мышь подталкивала джойстик, исследователи измеряли скорость. В среднем было достаточно около половины секунды.

В это время был обнаружен эффект добавления дополнительной активности в обеих группах нейронов при выполнении определенных движений. Если толчок должен был быть быстрым, активировалась одна или другая группа нейронов в базальных ганглиях.

С помощью этой процедуры, исследователи могли стимулировать мышей нажать джойстик быстрее или медленнее, в зависимости от того, какие нейроны активировали исследователи. Эти результаты согласуются с давней идеей, что отдельные популяции нейронов в базальных ганглиях служат педалью газа и тормоза для движения.

Однако в целом, система слаженно действует так, что отпускание тормоза ускоряет движение и отпускание педали газа может замедлить движение. Мы используем сочетание обоих путей, чтобы регулировать скорость передвижения. Вместо того, чтобы только ускоряться или замедляться, «газ» и «тормоз» работают вместе, чтобы контролировать быстрые движения.