Neuronale Erkenntnisse enthüllen die Geheimnisse der Bewegung

Zusammenfassung: Forscher haben Fortschritte beim Verständnis gemacht, wie Stabheuschrecken ihre Beinmuskeln beim Gehen steuern, und stellen damit frühere Annahmen über die Aktivierung von Motoneuronen in Frage. Ihre Studie zeigt, dass die Neuronen, die den Depressormuskel im Bein der Stabheuschrecke aktivieren, im Gegensatz zu anderen Beinmuskeln eine einzigartige rhythmische Erregung erfahren.

Dieser Befund unterstreicht die Rolle zentraler Mustergeneratoren (CPGs) bei der Produktion rhythmischer Bewegungen und weist darauf hin, dass ihr Einfluss auf Motoneuronen auf jede Gruppe von Neuronen beschränkt ist. Diese Forschung erweitert nicht nur unser Verständnis der Fortbewegung von Tieren, sondern unterstreicht auch die Komplexität neuronaler Netze bei der Koordination von Gehbewegungen.

Wichtige Fakten:

1. Die Studie ergab, dass depressorische Motoneuronen bei Stabheuschrecken rhythmisch erregt werden, im Gegensatz zum Aktivierungsmuster anderer Beinmuskeln.
2. Es wurde gezeigt, dass zentrale Mustergeneratoren (CPGs) verschiedene Gruppen von Motoneuronen gezielt aktivieren, was die Theorie der einheitlichen Wirkung widerlegt.
3. Diese Forschung erweitert unser Wissen über die neuronalen Grundlagen der Fortbewegung und legt präzise Kontrollmechanismen für die Einleitung und Stabilisierung von Gehphasen nahe.

Quelle: Universität zu Köln

In einer neuen Studie haben Wissenschaftler der Universität zu Köln neue Erkenntnisse über den Mechanismus der rhythmischen Aktivierung von Nervenzellen (Neuronen) bei Stabheuschrecken gewonnen, die beim Gehen die Beinmuskulatur steuern.

Die Forscher zeigten, dass die Neuronen, die den Depressormuskel im Bein aktivieren, im Gegensatz zu denen in anderen Beinmuskeln rhythmisch erregt werden. Bisher ging man davon aus, dass alle sogenannten Motoneuronen in gleicher Weise durch zentrale neuronale Netze aktiviert werden.

Die Studie mit dem Titel „Der synaptische Antrieb zentraler Muster erzeugender Netzwerke laufender Insektenbein-Motoneuronen ist spezifisch für die Motoneuronenpopulation“ wurde in der Zeitschrift veröffentlicht Aktuelle Biologie.

Das Forschungsteam der UCLA untersucht die neuronalen Grundlagen der Bewegungserzeugung bei Tieren, insbesondere grundlegender motorischer Aktivitäten wie Gehen.

Zu diesem Zweck analysiert das Team um Prof. Dr. Ansgar Boschges unter anderem Insekten, da die Anforderungen des Nervensystems an die Erzeugung und Steuerung von Gehbewegungen im Tierreich sehr ähnlich sind.

Beispielsweise gibt es bei vielen Tieren Netzwerke im Zentralnervensystem, die der Erzeugung rhythmischer Aktivitätsmuster für viele Bewegungsformen zugrunde liegen, sei es für rhythmische Bewegungsaktivitäten wie Laufen, Schwimmen, Krabbeln und Fliegen oder für vegetative Funktionen. Wie Atmen.

Diese hochspezialisierten Netzwerke werden als zentrale Mustergeneratoren (CPGs) bezeichnet. Es erzeugt die rhythmische motorische Aktivität der Muskeln für die Bewegung durch Interaktion mit Informationen, die von Sinnesorganen und Neuronen, sogenannten Propriozeptoren, empfangen werden. Propriozeptoren melden Bewegungen und informieren das Zentralnervensystem. Beim Gehen fallen sie auf und in die Beine des Insekts.

Die Netzwerke tun dies, indem sie sogenannte Motoneuronen aktivieren, die die Muskeln innervieren. Bisher ging man davon aus, dass solche Motoneuronen auf alle Motoneuronen, auf die sie abzielen, die gleiche Wirkung haben.

In ihrer neuen Studie widerlegen Angelina Roth, Dr. Charalambos Mantziaris und Professor Boschges diese Annahme über die Bewegungsaktivität von Insekten.

In ihren Experimenten aktivierten die Wissenschaftler CPGs pharmakologisch im Zentralnervensystem der Stabheuschrecke Carausius Maurosus Er untersuchte die Wirkung auf die Motoneuronen, die seine Beinmuskeln innervierten.

Sie fanden heraus, dass bis auf eine alle Beinmuskelgruppen der Motoneuronen einen identischen Antrieb von den Netzwerken erhalten: rhythmische Hemmsignale von CPGs.

Nur Motoneuronen, die den Musculus depressor gastrocnemius innervieren, werden durch den phasischen Erregungsantrieb gesteuert. Interessanterweise ist der Musculus depressor gastrocnemius genau der Insektenmuskel, der für die Beinhaltung bei jeder Gehbedingung verantwortlich ist – unabhängig davon, ob das Tier horizontal auf- oder abläuft, an der Decke oder auf einem Ast.

„Die rhythmische Anregung und damit die gezielte Aktivierung dieser Motoneuronenpopulation durch CPGs könnte dazu dienen, den genauen Zeitpunkt der Depressormuskelkontraktion und damit den Beginn und die Stabilisierung der Standphase sicherzustellen“, erklärte Professor Boschges.

Finanzierung: Die Studie wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert.

Über diese Neuigkeiten aus der neurowissenschaftlichen Forschung

Autor: Eva Schiesler
Quelle: Universität zu Köln
Kommunikation: Eva Schiesler – Universität zu Köln
Bild: Bildquelle: Neuroscience News

Ursprüngliche Suche: Offener Zugang.
„Der synaptische Antrieb der zentralen Muster erzeugenden Netzwerke der Beinmotoneuronen eines wandelnden Insekts ist spezifisch für die Motoneuronenpopulation„Von Ansgar Boschges et al. Aktuelle Biologie

eine Zusammenfassung

Der synaptische Antrieb der zentralen Muster erzeugenden Netzwerke der Beinmotoneuronen eines wandelnden Insekts ist spezifisch für die Motoneuronenpopulation

Höhepunkte

• Der synaptische Antrieb von CPG-Netzwerken mit Motoneuronstielen ist assemblierungsspezifisch
• Motoneuronen des Winkelmessers, des Bindegewebes und des Hebels erhalten einen phasischen Hemmantrieb
• Ausschließlich depressorische Motoneuronen erhalten einen phasischen Erregungsantrieb

Zusammenfassung

Rhythmische motorische Aktivität wie Fliegen, Schwimmen oder Gehen resultiert aus der Interaktion zwischen höheren Zentren im Zentralnervensystem, die aufgabenspezifische motorische Aktivität initiieren, aufrechterhalten und modulieren, und zentralen Muster erzeugenden neuronalen Schaltkreisen (CPGs). ), die virtuelle rhythmische motorische Leistungen und schließlich Rückmeldungen von Sinnesorganen erzeugen können, die die grundlegende motorische Aktivität in Richtung Funktion modulieren.

In diesem Zusammenhang sorgen CPGs für einen phasischen synaptischen Antrieb von Motoneuronen (MNs) und unterstützen so die Erzeugung rhythmischer Aktivität für Bewegungen.

Wir analysierten den synaptischen Antrieb, den Bein-MNs erhalten, die die drei Hauptbeingelenke von CPGs versorgen, in pharmakologisch aktivierten und desmoplastischen Präparaten der Stabheuschrecke (Carausius Maurosus). Wir haben gezeigt, dass motorische CPGs die tonische Aktivität von fünf der sechs Bein-MNs über einen phasischen inhibitorischen synaptischen Antrieb modellieren.

Dies sind die antagonistischen MN-Anordnungen, die das Brust-Trochanter-Gelenk und das Tibiofemoral-Gelenk versorgen, und die Levator-MN-Anordnung, die das Coxa-Trochanter-Gelenk (CTr) versorgt. Im Gegensatz dazu wurde festgestellt, dass die rhythmische Aktivität des Depressors MN durch die Versorgung des CTR-Gelenks hauptsächlich vom phasischen Erregungsantrieb abhängt.

Dieser Unterschied hängt wahrscheinlich mit der entscheidenden Rolle des Depressormuskels bei der Erzeugung der Beinhaltung bei jeder Gehbedingung zusammen. Somit liefern unsere Ergebnisse Belege für die Existenz qualitativ unterschiedlicher Mechanismen zur Erzeugung rhythmischer Aktivität zwischen MN-Populationen im selben motorischen System.