В новой работе, опубликованной в Neuron, исследователи обнаружили, что определенная группа серотониновых нейронов в стволе мозга действует как внутренний «усилитель» уже начавшегося движения. Они не запускают ходьбу или бег, но повышают скорость и выносливость. Это меняет понимание роли нейромедиатора «счастья» серотонина в контроле движения.
Серотонин считается важнейшим нейромодулятором, который регулирует множество процессов. Он может влиять на возбудимость двигательных нейронов и даже запускать ритмическую активность, похожую на шаг. Например, серотониновые нейроны, «тянущие» свои отростки из ствола мозга в спинной мозг, усиливают активность во время движения у кошек на беговой дорожке. Однако как эти нейроны участвуют в движении, какую конкретную функцию они выполняют (запуск, поддержание или остановку движения) и как их активность меняется в зависимости от контекста и поведения, остается непонятным.
В новом исследовании визуализировали окончания разных подтипов серотониновых нейронов в спинном мозге. Основные эксперименты проводили на здоровых взрослых мышах в лабораторных условиях (бег в колесе и на беговой дорожке). Подтвердилось, что нейроны, производящие пептид Tac1 (и расположенные в специфическом скоплении нервных клеток в стволе мозга – ядрах шва), опускаются в вентральные (находящиеся ближе к центру тела) отделы спинного мозга, плотно окружая тела двигательных нейронов. Используя модифицированный вирус бешенства, который распространяется только через один синапс, исследователи доказали, что двигательные нейроны спинного мозга получают прямой синаптический вход именно от серотониновых нейронов ядра шва.
Регистрируя активность разных групп серотониновых нейронов свободно движущихся мышей, авторы обнаружили ключевое различие: активность одних нейронов в ядрах шва устойчиво возрастала во время бега в колесе, и на беговой дорожке, коррелируя с началом движения, а активность других нейронов там же, наоборот,снижалась во время движения. Активность нейронов, спускающихся в дорсальный (дальше от центра тела) отдел спинного мозга, зависела от происходящего: при принудительном движении на дорожке она возрастала, а при добровольном движении в колесе – нет, что указывает на ее возможную роль в обработке информации в стрессовых ситуациях.
Стимуляция светом серотониновых нейронов во время бега в колесе не приводила к началу движения, но увеличивала продолжительность бега (животные реже прекращали движение) и повышала скорость.
Оказалось, что серотониновая система действует как «усилитель» движения, позволяя продлевать и усиливать двигательную активность, что может быть критически важно для таких контекстно-зависимых форм поведения, как бегство от опасности, поиск пищи или миграция. Это фундаментальное открытие расширяет понимание принципов работы двигательной системы и роли нейромодуляции. В перспективе оно может внести вклад в разработку новых стратегий реабилитации двигательных нарушений, нацеленных не только на запуск движения, но и на поддержание силы и выносливости.
Текст: Юлия Баимова