Midthjernens ’startneuroner’ styrer om vi går eller løber – Københavns Universitet

sund.ku.dk > Nyheder fra SUND > 2018 > Midthjernens ’startneu...

17. januar 2018

Midthjernens ’startneuroner’ styrer om vi går eller løber

Hjerneforskning

Både en spadseretur og et løb for at nå toget kræver at vi bevæger os. Men det er forskellige neuronale mekanismer i hjernen, der tillader os at sætte gang i og kontrollere disse bevægelser, afslører et nyt studie i Nature fra Københavns Universitet og Karolinska Instituttet. ’Startneuroner’ i midthjernen er vigtige for at kunne igangsætte bevægelse og kontrollere fart og i hvilket sammenhæng, viser museforsøg.


Gang, eller bevægelse af legemet fra et sted til et andet, er en af de mest grundlæggende ting, vi overhovedet gør. Vi gør det, når vi vil, eller når vi skal, og det er en kompleks sekvens fra at sætte bevægelsen i gang til at stoppe, når vi har nået vores destination. Samtidig bliver gangbevægelser udført i forskellige hastigheder som langsom gang eller løb, alt afhængig af vores formål.

Nu viser et nyt studie i det videnskabelige tidsskrift Nature af forskerne Vittorio Caggiano, Roberto Leiras, Haizea Goñi-Erro og kolleger sammen med leder af projektet professor Ole Kiehn, at to områder i midthjernen spiller bestemte roller for styringen af påbegyndelse, hastighed og valg af type gangbevægelser. De hedder Cuneiform Nucleus eller CnF og pedunculopontine nucleus eller PPN.

”Vi viser, at neuroner i både PPN og CnF kan igangsætte bevægelse, og at aktivitet i begge disse områder kan bidrage til opretholdelse og hastighedsregulering af langsom gang. Kun CnF er i stand til at skabe flugtbevægelse i høj hastighed som løb, mens PPN mere styrer langsom, udforskende gang,” siger professor Ole Kiehn fra Institut for Neurovidenskab på Københavns Universitet.

Komplekse hjerneområder involveret
Den præcise koordination af bevægelse bliver kontrolleret i neuronale netværk i rygmarven, men den episodiske kontrol af bevægelse tilskrives signaler, der kommer fra hjernestammen og aktiverer de neuronale netværk i rygmarven.

Områderne i midthjernen, som er involveret, er komplekse og rummer mange forskellige typer af neuroner, men de vigtigste har vist sig at være de neuroner med lange axoner som anvender neurotransmitteren glutamate.

Forskerne har brugt en række avancerede teknikker inklusiv optogenetik og kemogenetik til at undersøge, hvilke typer neuroner der er involveret samt lokaliseringen af de neuronale netværk. Med disse metoder har de været i stand til at aktivere og deaktivere bestemte grupper af nerveceller i de meget komplekse områder for at finde ud af, hvordan det påvirker bevægelserne hos mus.

Forskerne har identificeret populationer af ’startneuroner’ og viser for første gang, hvordan de to regioner i hjernen både kan fungere samtidigt og separat, når de kontrollerer hastighed og vælger, hvilken type gang eller løb der skal bruges, og i hvilket sammenhæng det sker.

Kan måske hjælpe ved Parkinson’s sygdom
”Ved at identificere midthjernens ’startneuroner’ føjer vi ny viden til et tidligere studie, hvor vi fandt ”stopceller” i hjernestammen, som standser gangbevægelsen. Tilsammen definerer start- og stopcellerne gangbevægelsens episodiske natur,” siger Ole Kiehn.

Studiet giver ny forståelse af bevægelseskontrol og giver vigtig ny viden om normal hjernefunktion hos mus. Forskerne mener, at fundene kan hjælpe mennesker der har nedsat evne til gang.

”I Parkinson’s sygdom, der påvirker basalganglier – en af hovedkilderne til signaler til PPN – er gangforstyrrelser meget udtalte. Ved at indsætte små elektroder i hjernen, en teknik som kaldes ’ dyb hjernestimulation og som allerede bruges mod nogle symptomer ved sen Parkinson’s sygdom, kan man nu ramme CnF eller PPN med større præcision og bruge det til at give større bevægelsesevne. Samme metode kan måske også forsøges efter skader på rygraden, hvor igangsættelse af gang også kan være stærkt påvirket,” siger Ole Kiehn.

Studiet er støttet af ERC advanced grant (LocomotorIntegration), Novo Nordisk Fonden - Laureate Award, National Institute of Neurologisk Disorders and Stroke, og Det Svenske Forskningsråd.

Læs hele studiet: “Midbrain circuits that set locomotor speed and gait selection” - Caggiano V, Leiras R, Goñi-Erro H, Masini D, Bellardita C, Bouvier J, Caldeira V, Fisone G, and Kiehn O. Det er online i Nature d. 17. januar 2018.

Kontaktoplysninger
Professor Ole Kiehn
Mobil: +45 93 56 59 63
Ole.Kiehn@sund.ku.dk, Ole.Kiehn@ki.se

Kommunikationsmedarbejder Mathias Traczyk
Tlf. 93565835
mathias.traczyk@sund.ku.dk