O substanța chimică din creier ajută la semnalul neuronilor când trebuie să înceapă o mișcare

De fiecare dată când duci mâna după cana ta de cafea, un mister neuroștiințific prinde contur. Cu câteva momente înainte de a-ți extinde voluntar brațul, mii de neuroni din regiunile motorii ale creierului tău erup într-un model de activitate electrică care se deplasează către măduva spinării și apoi către mușchii care alimentează atingerea. Dar chiar înainte de această activitate masiv sincronizată, regiunile motorii din creierul tău sunt relativ liniștite. Pentru mișcările autonome, cum ar fi să îți iei cafeaua, semnalul „du-te” care le spune neuronilor exact când să acționeze – în loc de momentul imediat înainte sau după – nu a fost încă găsit. Într-o lucrare recentă din eLife, un grup de neurologi conduși de John Assad de la Harvard Medical School dezvăluie în sfârșit o parte cheie a semnalului. Se prezintă sub forma substanței chimice ale creierului cunoscută sub numele de dopamină, a cărei creștere lentă într-o regiune adâncită sub cortex a prezis îndeaproape momentul în care șoarecii vor începe o mișcare – câteva secunde în viitor. Dopamina este cunoscută în mod obișnuit ca unul dintre neurotransmițătorii creierului, mesagerii chimici cu acțiune rapidă care sunt transportați între neuroni.

Dar în noua lucrare, dopamina acționează ca un neuromodulator. Este un termen pentru mesagerii chimici care modifică ușor neuronii pentru a provoca efecte de durată, inclusiv făcând un neuron mai mult sau mai puțin probabil să comunice electric cu alți neuroni. Acest mecanism de reglare neuromodulatoare este perfect pentru a ajuta la coordonarea activității unor populații mari de neuroni, așa cum probabil că dopamina ajută sistemul motor să decidă exact când să facă o mișcare. Noua lucrare este unul dintre cele mai recente rezultate pentru a ne extinde cunoștințele despre rolurile cruciale și variate pe care le joacă neuromodulatorii în creier. Odată cu progresele recente ale tehnologiei, oamenii de știință pot vedea acum neuromodulatorii care lucrează în rețele care traversează întregul creier. Noile descoperiri răstoarnă unele opinii de lungă durată despre acești modulatori care se află în derivă în creier și dezvăluie exact modul în care aceste molecule permit creierului să-și schimbe în mod flexibil starea internă pe fondul unor medii în continuă schimbare.

Pentru a identifica ceea ce contribuie la decizia bruscă de mișcare, Assad și colegii săi au antrenat șoarecii să recunoască că o mișcare de lins le-ar aduce o recompensă de suc – dar numai dacă au cronometrat linsul să aibă loc între 3,3 și 7 secunde după un semnal de la un ton împerecheat și fulger de lumină. Prin urmare, șoarecii aveau o fereastră de timp flexibilă în care puteau decide să se miște în orice moment. Momentul mișcării lor a variat, în consecință, mult de la un proces la altul. Dar ori de câte ori a avut loc mișcarea, cercetătorii au descoperit că aceasta a urmat aproape imediat după ce creșterea nivelului de dopamină în spațiul plin cu lichid din jurul neuronilor părea să atingă un anumit prag. Când dopamina a crescut foarte repede, mișcarea a avut loc la începutul perioadei de răspuns; când dopamina a crescut încet, mișcarea a avut loc mai târziu. Fotografie cu neurologul John Assad de la Harvard Medical School în laboratorul său. Influența de la moment la moment a dopaminei „m-a uluit”, a spus Assad. „Încă mi se pare surprinzător.” Dar mișcarea nu s-a întâmplat de fiecare dată când nivelul de dopamină a trecut de pragul critic – o inconsecvență care se potrivește cu ceea ce s-ar putea aștepta de la un neuromodulator, a remarcat Allison Hamilos, medic doctorat. student la Harvard și primul autor al lucrării. Substanțele chimice neuromodulatoare efectuează modificări care fac mai mult sau mai puțin probabil ca neuronii să se declanșeze, dar nu este o corespondență unu-la-unu de fiecare dată.

Sursa foto: quantamagazine.org

Dopamina a fost o componentă majoră a semnalului care le-a spus șoarecilor exact când să se miște în acest caz, dar alți neuromodulatori și activitatea neuronală care joacă un rol în semnalul de „plecare” pentru mișcare necesită încă investigații suplimentare. Mark Howe, specialist în neuroștiință la Universitatea din Boston, a salutat lucrarea drept „o contribuție importantă” și a spus: „Ideea că există o schimbare lent a semnalului dopaminei care influențează momentul în care să se mute este nouă. … Nu m-aș fi așteptat la asta.” Lucrările anterioare de la Howe și alții din ultimul deceniu au demonstrat că nivelurile de dopamină cresc rapid cu zeci sau sute de milisecunde înainte să aibă loc o acțiune. Așadar, neurologii știau că dopamina este implicată în semnalarea dacă trebuie sau nu inițiată o mișcare. Noua lucrare arată că nivelurile de dopamină evoluează, de asemenea, lent pe parcursul mai multor secunde, pentru a influența direct decizia nu doar dacă să se miște, ci exact când să o facă. Ar putea ajuta la explicarea de ce pacienții cu boala Parkinson – o tulburare de mișcare în care nivelurile de dopamină sunt reduse – au dificultăți în inițierea mișcărilor la momentul potrivit: nivelurile lor de dopamină care evoluează lentă pot ajunge rareori la pragul critic.

Sursa foto: quantamagazine.org