Исследователи из Медицинской школы имени Гроссмана Нью-Йоркского университета обнаружили, что вестибулоокулярный рефлекс, отвечающий за стабилизацию взгляда во время наклонов тела, развивается у новорожденных независимо от сенсорной информации. Этот рефлекс, необходимый для восприятия стабильной окружающей среды, позволяет глазам вращаться в противоположную сторону при движениях тела.
Эксперименты с рыбками данио показали, что темпы созревания рефлекса зависят от нервно-мышечных соединений, а не от областей мозга. Эти результаты бросают вызов существующим представлениям о сенсорной обратной связи на раннем этапе развития и могут способствовать разработке новых методов лечения нарушений равновесия и движения глаз, таких как косоглазие.
Новое исследование продемонстрировало, что древняя мозговая цепь, обеспечивающая рефлекторное поднятие глаз при наклоне тела вниз, начинает функционировать на ранних этапах жизни по мере развития животного.
Исследование, проведенное сотрудниками Медицинской школы имени Гроссмана Нью-Йоркского университета, сосредоточено на механизмах, позволяющих позвоночным, включая человека и животных, стабилизировать свой взгляд во время движения. Для этого они используют мозговую схему, преобразующую изменения в ориентации, фиксируемые вестибулярной системой ушей, в мгновенное встречное движение глаз.
Этот рефлекс, известный как вестибулоокулярный, обеспечивает стабильное восприятие окружающей среды. Его нарушение, вызванное травмой, инсультом или генетическим заболеванием, может привести к ощущению раскачивания мира при движении головы или тела. У взрослых позвоночных этот рефлекс и другие функции мозга настраиваются за счет обратной связи от органов зрения и равновесия.
Однако, как оказалось, сенсорная информация не является необходимой для формирования рефлекторной цепи у новорожденных. Исследование, опубликованное 2 января в журнале Science, включало эксперименты с личинками рыбок данио, у которых рефлектор стабилизации взгляда аналогичен человеческому.
Рыбки данио прозрачны, что позволило ученым наблюдать за развитием клеток головного мозга, известных как нейроны, и понять изменения, позволяющие новорожденной рыбке правильно направлять взгляд вверх при наклоне тела вниз или вниз при наклоне вверх.
«Открытие механизмов возникновения вестибулярных рефлексов может помочь нам разработать новые методы борьбы с патологиями, влияющими на баланс или движения глаз», — отметил старший научный сотрудник исследования Дэвид Шоппик, сотрудник кафедры отоларингологии — хирургии головы и шеи, неврологии и физиологии, а также научный сотрудник Института неврологии при Нью-Йоркском университете в Лангоне.
Для проверки гипотезы о том, что рефлекс формируется с помощью визуальной обратной связи, исследователи создали аппарат, вызывающий рефлекс путем наклона и наблюдения за глазами слепых с рождения рыбок данио. Они обнаружили, что способность рыбы поворачивать глаза в противоположную сторону сравнима со способностью личинок с нормальным зрением.
Хотя предыдущие исследования показали, что сенсорная информация способствует обучению животных правильному движению в окружающей среде, новое исследование предполагает, что настройка вестибулоокулярного рефлекса происходит только после его полного созревания.
Другая серия экспериментов продемонстрировала, что рефлекторная цепь достигает зрелости без участия утрикулы — органа, чувствительного к гравитации. Поскольку вестибулоокулярный рефлекс может созреть без сенсорной обратной связи, исследователи предположили, что его развитие определяется самой медленно созревающей частью мозговой цепи.
Для определения этой части ученые измерили реакцию нейронов на различных этапах развития, когда рыбкам данио наклоняли тело за доли секунды. Они обнаружили, что центральные и мотонейроны в этой цепи демонстрируют зрелые реакции еще до завершения развития рефлекса.
Следовательно, самой медленной частью цепи, ограничивающей скорость ее развития, оказались нервно-мышечные соединения — сигнальное пространство между мотонейронами и мышечными клетками, ответственными за движение глаз. Серия экспериментов показала, что именно скорость созревания этих соединений соответствует скорости улучшения способности рыб вращать глаза в противоположную сторону.
В рамках дальнейшего исследования команда доктора Шоппика планирует получить финансирование для изучения новой схемы в контексте заболеваний человека. Их работа будет направлена на понимание того, как нарушения развития двигательных нейронов и нервно-мышечных соединений вызывают косоглазие и другие проблемы с глазодвигательной системой.
Прямо перед мотонейронами в вестибулоокулярном контуре находятся интернейроны, формирующие и интегрирующие сенсорную информацию от глаз и органов равновесия.
Другой грант доктора Шоппика направлен на исследование функции этих клеток в процессе развития цепей баланса. Это может помочь пяти процентам детей в США, страдающих от различных форм проблем с балансом.
«Понимание механизмов возникновения вестибулярных цепей является ключевым для решения не только проблем с балансом, но и нарушений развития мозга», — отметила автор первого исследования Пейдж Лири, научный сотрудник лаборатории доктора Шоппика, которая руководила исследованием, но уже покинула институт.
Литература.
“Sensation is Dispensable for the Maturation of the Vestibulo-ocular Reflex” by David Schoppik et al. Science
