Не просто магистраль данных: спинной мозг также является процессором сенсорных стимулов, показывают исследования
В новом исследовании ученые из Института нейробиологии имени Лейбница (LIN) и Университетской клиники Магдебурга продемонстрировали, что спинной мозг — это нечто большее, чем просто путь передачи сенсорных стимулов от тела. Вместо этого сенсорные стимулы обрабатываются в спинном мозге, прежде чем достигнуть головного мозга.
Эти результаты были опубликованы в журнале Science Advances и могут привести к появлению новых подходов к долгосрочному лечению неврологических заболеваний.
«Наше восприятие всегда является интерпретацией, основанной на наших предыдущих знаниях и опыте. Соответственно, давно установлено, что обработка сенсорных стимулов в мозге меняется в зависимости от предыдущих знаний.
«Мы впервые показали, что предшествующие знания изменяют обработку стимулов не только в головном, но и в спинном мозге », — объясняет невролог доктор Макс-Филипп Стеннер, ведущий автор исследования.
Таким образом, открытие исследовательской группы требует фундаментального пересмотра предыдущих теорий, предполагающих, что мозг действует как «машина прогнозирования», которая интерпретирует сенсорные впечатления на основе ожиданий.
Из медицинской практики в лабораторию
Чтобы измерить обработку информации в спинном мозге, исследователи использовали проверенный метод терапии боли, при котором электроды имплантируются вблизи спинного мозга для его электрической стимуляции.
Во время исследования эта стимуляция была временно отключена, и ученые смогли записать электрические сигналы, вырабатываемые самим спинным мозгом через электроды. «Это позволяет нам наблюдать, как спинной мозг выполняет свою фактическую работу», — говорит Стеннер.
В ходе эксперимента участники сначала слышали тон, а затем вскоре электрический стимул на запястье. Если время между тоном и стимулом оставалось неизменным, участники могли точно предсказать время стимула на основе звука. Однако если период колебался, сделать точный прогноз было невозможно.
Результат: сигналы спинного мозга были слабее, когда стимул был предсказуемым, и сильнее, когда он появлялся неожиданно. Примечательно, что этот эффект возник примерно через 13 миллисекунд после стимула — даже до того, как мозг начал обрабатывать стимул.
Исследование было сосредоточено на высокочастотных колебаниях. «Эти нервные сигналы — своего рода язык спинного мозга, который на сегодняшний день практически не исследовался. Наши результаты показывают, что эти сигналы имеют решающее значение в обработке стимулов, зависящих от контекста», — говорит Стеннер.
Для проверки результатов исследователи провели аналогичный эксперимент со здоровыми участниками. Здесь сигналы измерялись неинвазивно с помощью электродов на шее. Также было подтверждено, что предшествующие знания влияют на силу сигнала — даже в спинном мозге.
Важный этап в исследовании мозга, имеющий далеко идущие последствия для медицинской практики
Спинной мозг — это первая точка в центральной нервной системе , куда поступают сигналы от тела ниже шеи. То, что здесь происходит, влияет на последующую обработку информации в мозге. «Если мы хотим понять, как нервная система обрабатывает стимулы, мы должны включить спинной мозг в качестве первой точки обработки», — говорит Стеннер. Исследование также подчеркивает, что спинной мозг нельзя полностью понять без учета познания.
Метод, используемый для исследования, позволяет особенно точно исследовать процессы в спинном мозге. Первоначальные последующие исследования сосредоточены на том, как обработка стимулов изменяется перед движениями. Эти результаты могут иметь решающее значение для понимания двигательных расстройств, таких как болезнь Паркинсона, и могут способствовать разработке новых методов лечения в долгосрочной перспективе.