«Предыдущие исследования изучали изменения в зрительной коре головного мозга мышей во время бега. Что было неизвестно, так это то, как в первую очередь связаны бег и зрение?» — сказал Кристофер Нил, профессор биологии Института нейробиологии и старший автор статьи «Идентификация контура ствола мозга, регулирующего зрительное корковое состояние параллельно с движением».«Момент ага», вдохновивший на это исследование, наступил пять лет назад, когда Нил, как научный сотрудник лаборатории Майкла Страйкера в Калифорнийском университете в Сан-Франциско, изучал зрительное восприятие у мышей. Он заметил, что бег, похоже, меняет работу нейронов мозга.
«Мы обнаружили, что бег увеличивал величину в зрительной коре головного мозга мыши примерно в два раза — сигналы были в основном вдвое сильнее, когда мышь бежала», — сказал Ниелл.Это первоначальное открытие, демонстрирующее связь разума и тела в зрительной системе мыши, было опубликовано в Neuron в 2010 году. Следуя этому открытию, команда Нилла стремилась идентифицировать нейронные цепи, которые могли бы связывать движение и зрение вместе.Исследователи сосредоточили свое внимание на мезэнцефальной локомоторной области (МЛР) головного мозга, которая, как было показано, опосредует бег и другие формы активности у многих видов.
Они выдвинули гипотезу, что нейронные пути, берущие начало в MLR, могут выполнять двойную роль — посылать сигнал вниз в спинной мозг, чтобы инициировать локомоцию, и другой сигнал в кортекс, чтобы активизировать зрительный ответ.Используя оптогенетические методы, команда создала генетически сенсибилизированные нейроны в области MLR мозга мыши, которые могли активироваться светом.
Затем команда записала полученные в результате повышенные зрительные реакции в коре головного мозга. Их результаты продемонстрировали, что MLR действительно может привести как к бегу, так и к повышенной отзывчивости коры головного мозга, и что эти два эффекта могут быть диссоциированы, показывая, что они передаются разными путями.Затем исследователи активировали терминалы аксонов нейронов в базальной части переднего мозга, области, которая отправляет нейромодулирующие проекции в зрительную кору. Стимуляция здесь также вызывала изменения в коре головного мозга, но без промежуточного этапа бега.
Интересно, что базальный передний мозг, как известно, использует нейромодулятор ацетихолин, который часто ассоциируется с настороженностью и вниманием.Неясно, испытывают ли люди повышенное зрительное восприятие во время бега, но исследование добавляет все больше доказательств того, что процессы, управляющие активным движением и обработкой сенсорной информации в мозге, тесно связаны. Подобные области были нацелены у людей для терапевтической стимуляции глубокого мозга для лечения двигательной дисфункции у пациентов с болезнью Паркинсона. Активация этой цепи может также предоставить средства для повышения нейропластичности, способности мозга перестраиваться.
В команду Нилла входил Моисей Ли, приглашенный научный сотрудник UO и студент MD-Ph.D. программы в Калифорнийском университете в Сан-Франциско, который был ведущим автором статьи. «Хотя кажется, что движение и восприятие — два независимых процесса, многие новые исследования показывают, что они глубоко взаимосвязаны», — сказал Ли. «Я надеюсь, что наше исследование поможет укрепить наше понимание того, как мозг функционирует по-разному в состоянии« бдительности »».