איה טאקוקה במרכז RIKEN למדעי המוח (CBS) ביפן ועמיתיו גילו את המעגל העצבי בחוט השדרה המאפשר למידה מוטורית בלתי תלויה במוח. פורסם ב מַדָע ב-11 באפריל, המחקר מצא שתי קבוצות קריטיות של נוירונים של חוט השדרה, אחת הכרחית ללמידה אדפטיבית חדשה, ואחרת להזכרת הסתגלות לאחר שנלמדו. הממצאים יכולים לעזור למדענים לפתח דרכים לסייע להתאוששות מוטורית לאחר פגיעה בחוט השדרה.
מדענים יודעים מזה זמן מה שניתן להתאים את התפוקה המוטורית מחוט השדרה באמצעות תרגול גם ללא מוח. זה הוכח בצורה דרמטית ביותר בחרקים חסרי ראש, שעדיין ניתן לאמן את רגליהם כדי להימנע מרמזים חיצוניים. עד עכשיו אף אחד לא הבין איך זה אפשרי בדיוק, וללא ההבנה הזו, התופעה היא לא הרבה יותר מעובדה מוזרה.
השגת תובנות לגבי המנגנון הבסיסי חיונית אם ברצוננו להבין את היסודות של אוטומטיות תנועה אצל אנשים בריאים ולהשתמש בידע זה כדי לשפר את ההתאוששות לאחר פגיעה בחוט השדרה."
איה טאקוקה, מרכז RIKEN למדעי המוח
לפני שקפצו למעגלים העצביים, החוקרים פיתחו תחילה מערך ניסוי שאיפשר להם לחקור את הסתגלות חוט השדרה של העכבר, גם למידה וגם היזכרות, ללא קלט מהמוח. בכל בדיקה היו עכבר ניסיוני ועכבר בקרה שרגליו האחוריות השתלשלו בחופשיות. אם רגלו האחורית של העכבר הניסיוני צנחה מטה יותר מדי, היא קיבלה גירוי חשמלי, מחקה משהו שעכבר היה רוצה להימנע ממנו. עכבר הבקרה קיבל את אותו הגירוי באותו זמן, אך לא קשור לתנוחת הרגל האחורית שלו.
לאחר 10 דקות בלבד, הם צפו בלמידה מוטורית רק בעכברי הניסוי; רגליהם נשארו גבוהות, נמנעו מכל גירוי חשמלי. תוצאה זו הראתה כי חוט השדרה יכול לקשר תחושה לא נעימה לתנוחת הרגל ולהתאים את התפוקה המוטורית שלו כך שהרגל תמנע מהתחושה הלא נעימה, כל זאת ללא כל צורך במוח. 24 שעות לאחר מכן, הם חזרו על הבדיקה של 10 דקות אך הפכו את עכברי הניסוי והביקורת. עכברי הניסוי המקוריים עדיין שמרו על רגליהם למעלה, מה שמצביע על כך שחוט השדרה שמר על זיכרון של ניסיון העבר, שהפריע ללמידה חדשה.
לאחר שביסוס כך הן למידה מיידית, כמו גם זיכרון, בחוט השדרה, הצוות יצא לבחון את המעגל העצבי שמאפשר את שניהם. הם השתמשו בשישה סוגים של עכברים טרנסגניים, שלכל אחד מהם קבוצה שונה של נוירונים בעמוד השדרה מושבתים, ובדקו אותם ללמידה מוטורית והיפוך למידה. הם גילו שהגפיים האחוריות של עכברים לא הסתגלו כדי למנוע את הזעזועים החשמליים לאחר שהנוירונים לכיוון החלק העליון של חוט השדרה הושבתו, במיוחד אלה המבטאים את הגן Ptf1a.
כאשר הם בדקו את העכברים במהלך היפוך למידה, הם גילו שהשתקה של Ptf1aלביטוי נוירונים לא הייתה השפעה. במקום זאת, קבוצה של נוירונים בחלק התחתון, הגחון, של חוט השדרה המבטאים את En1 הגן היה קריטי. כאשר נוירונים אלה הושתקו יום לאחר למידה של הימנעות, חוטי השדרה התנהגו כאילו מעולם לא למדו דבר. החוקרים העריכו גם את זכירת הזיכרון ביום השני על ידי חזרה על תנאי הלמידה הראשוניים. הם מצאו כי בעכברים מסוג בר, גפיים אחוריות התייצבו להגיע למצב הימנעות מהר יותר מאשר ביום הראשון, מה שמעיד על היזכרות. מרגש את En1 נוירונים במהלך ההיזכרות העלו את המהירות הזו ב-80%, מה שמצביע על ריקול מוטורי משופר.
"לא רק שהתוצאות הללו מאתגרות את התפיסה הרווחת שלפיה למידה מוטורית וזיכרון מוגבלים אך ורק למעגלי מוח", אומר Takeoka, "אלא שהראינו שאנחנו יכולים לתמרן את הזיכרון המוטורי של חוט השדרה, שיש לו השלכות על טיפולים שנועדו לשפר את ההחלמה לאחר עמוד השדרה. נזק לכבל".
