Сигнальные копии делают сенсор гибким

Исследователи из Мюнхенского университета имени Людвига и Максимилиана показали, как сигналы из спинного мозга регулируют чувствительность волосковых клеток внутреннего уха, чтобы приспособиться к изменениям положения головы при активном движении, — тем самым обеспечивая сохранение равновесия.

Разница в восприятии активного бега и пассивной поездки на американских горках заключается в вестибулярном органе (ВО) внутреннего уха, который контролирует равновесие и осанку. Он ощущает собственное движение и обеспечивает бессознательную компенсацию изменений ориентации головы. Способность адаптироваться к смещениям головы разной амплитуды подразумевает, что сенсорные волосковые клетки внутреннего уха могут реагировать на стимулы широкого диапазона интенсивностей.

Нейробиологи из LMU в сотрудничестве с CNRS Университета Бордо впервые показали, как это достигается. Их результаты, опубликованные в Nature Communications, раскрывают, что клетки спинного мозга, генерирующие ритмические паттерны активности для локомоции, также адаптивно изменяют чувствительность волосковых клеток ВО, позволяя им реагировать на широкий диапазон амплитуд входящих сигналов.

Роль реплицированных сигналов

Используя головастиков в качестве модели, учёные исследовали, как волосковые клетки ощущают движения малой и высокой амплитуды. Когда головастик инициирует добровольное движение (например, начинает плавать), нервные клетки спинного мозга отправляют копии моторных команд к эфферентным нейронам в стволе мозга, которые проецируются на волосковые клетки внутреннего уха.

Эффект этого сигнала — снижение чувствительности волосковых клеток. Подавляя их внутреннюю чувствительность, вход от спинного мозга эффективно адаптирует динамический диапазон ВО. Это позволяет органу равновесия сохранять реактивность на стимулы высокой амплитуды от периферии и модулировать движения головы, сопровождающие плавание.

Таким образом, весь процесс адаптации контролируется нейронами спинного мозга, которые передают сигналы в ВО через нервные клетки в стволе мозга непосредственно перед выполнением следующего двигательного акта. Эти сигналы заранее уведомляют ВО о временной форме предстоящего движения.

Этот принцип прямой связи (feedforward) важен, потому что он подготавливает волосковые клетки к адекватной реакции на следующее движение. Прямое влияние входа от спинного мозга на чувствительность сенсорных нервных клеток демонстрирует важность взаимодействия между сенсорными и моторными системами и подчёркивает значение связи между разными компонентами ЦНС — в данном случае, спинного мозга и ствола мозга.

Теперь группа LMU намерена изучить, все ли волосковые клетки внутреннего уха реагируют на эфферентную информацию из спинного мозга или же ВО обладает субпопуляциями клеток, специализированными для приёма импульсов, сигнализирующих о быстрых или медленных движениях.