Οι περισσότερες καθημερινές δραστηριότητες απαιτούν συντονισμό κινήσεων και ταυτόχρονη παρακολούθηση της προόδου προς έναν επιθυμητό στόχο. Προηγούμενες έρευνες έχουν δείξει ότι τα βασικά γάγγλια – ένα σύνολο διασυνδεδεμένων δομών που βρίσκονται βαθιά στον εγκέφαλο – παίζουν σημαντικό ρόλο στην επιλογή, τον έλεγχο και την έναρξη των εκούσιων κινήσεων.
Παρότι ο ρόλος τους στις εκούσιες κινήσεις είναι καλά τεκμηριωμένος, οι μηχανισμοί με τους οποίους οργανώνουν σύνθετες αλληλουχίες συμπεριφοράς με συγκεκριμένο στόχο παρέμεναν ασαφείς.
Το πείραμα με τον μοχλό και η αναζήτηση της ανταμοιβής
Για να διερευνήσουν το φαινόμενο, οι ερευνητές ανέπτυξαν ένα νέο πειραματικό έργο. Τα ποντίκια έπρεπε να πατήσουν έναν μικρό μοχλό συγκεκριμένο αριθμό φορών ώστε να λάβουν τροφή ως ανταμοιβή.
Κατά τη διάρκεια της δοκιμασίας, καταγράφονταν τόσο οι κινήσεις των ζώων όσο και η πρόοδός τους προς την ολοκλήρωση του απαιτούμενου αριθμού πατημάτων.
Δύο τύποι νευρώνων με αντίθετη δράση
Η ομάδα ενεργοποίησε με οπτογενετικές τεχνικές δύο βασικούς τύπους νευρώνων στο ραβδωτό σώμα, την κύρια περιοχή εισόδου των βασικών γαγγλίων:
- τους dSPNs (νευρώνες της άμεσης οδού)
- τους iSPNs (νευρώνες της έμμεσης οδού)
Οι οπτογενετικές τεχνικές επιτρέπουν τον έλεγχο της δραστηριότητας συγκεκριμένων γενετικά τροποποιημένων κυττάρων μέσω φωτός.
Το σύστημα «ώθησης-έλξης»
Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι οι δύο τύποι νευρώνων επηρεάζουν τη συμπεριφορά με αντίθετο τρόπο.
Η ενεργοποίηση των dSPNs έκανε τα ποντίκια να συνεχίζουν να πατούν τον μοχλό για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα, επεκτείνοντας την ακολουθία ενεργειών.
Αντίθετα, η ενεργοποίηση των iSPNs οδηγούσε τα ζώα να σταματούν πρόωρα, πριν ολοκληρώσουν τον απαιτούμενο αριθμό πατημάτων και λάβουν την ανταμοιβή.
Ο εγκέφαλος παρακολουθεί την πρόοδο προς τον στόχο
Με απεικόνιση ασβεστίου, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι πληθυσμοί dSPNs και iSPNs παρακολουθούν είτε τη φυσική προσέγγιση προς τον στόχο είτε την αριθμητική πρόοδο των ενεργειών.
Η δραστηριότητά τους αυξανόταν σταδιακά καθώς το ζώο πλησίαζε τον στόχο και μειωνόταν μετά την ολοκλήρωσή του, θυμίζοντας μηχανισμό συσσώρευσης και εκφόρτισης πληροφορίας.
Η διαφορά δραστηριότητας μεταξύ των δύο πληθυσμών νευρώνων γινόταν μεγαλύτερη όσο το ποντίκι πλησίαζε τόσο τον χωρικό όσο και τον αριθμητικό στόχο.
Τι σημαίνουν τα ευρήματα
Οι ερευνητές καταλήγουν ότι τα βασικά γάγγλια λειτουργούν σαν ένας ελεγκτής «ώθησης-έλξης» που συνδυάζει:
- τον έλεγχο της κίνησης,
- την καταμέτρηση των ενεργειών,
- και την παρακολούθηση της προόδου προς έναν στόχο.
Πιθανές εφαρμογές σε νευρολογικές παθήσεις
Αν τα ευρήματα επιβεβαιωθούν και στους ανθρώπους, θα μπορούσαν να βοηθήσουν στην καλύτερη κατανόηση διαταραχών που χαρακτηρίζονται από δυσκολίες στον έλεγχο των κινήσεων ή στον σχεδιασμό πολύπλοκων στοχοκατευθυνόμενων ενεργειών.
Μακροπρόθεσμα, ενδέχεται να συμβάλουν και στην ανάπτυξη νέων θεραπευτικών προσεγγίσεων για νευρολογικές και κινητικές διαταραχές.
