Исследование NASA наномеханики внутреннего уха

После длительных космических полётов астронавтам приходится заново учиться ходить, адаптируясь к земной гравитации. Чтобы понять влияние невесомости, учёные NASA изучили наномеханику волосковых клеток внутреннего уха.

В качестве модели использовали рыбу-жабу (Opsanus tau). Учёные проверяли, усиливают ли волосковые клетки стимулы от очень малых движений головы, и может ли мозг регулировать эту повышенную чувствительность, включая или выключая её. Результаты показали, что способность организма поддерживать равновесие регулируется сенсорными органами из волосковых клеток, включая органы слуха.

"Эти волосковые клетки — специализированные механические сенсоры, которые используются для распознавания звука в окружающей среде и компенсации движений головы для баланса и координации", — сказал Ричард Бойл, космический биолог из Исследовательского центра NASA им. Эймса. "Понимание фундаментальной физиологии волосковой клетки внутреннего уха критически важно для определения влияния космического полёта на организм". Бойл — автор статьи "Механическое усиление волосковыми клетками в полукружных каналах", запланированной к публикации в Proceedings of the National Academy of Science 2 февраля 2010 года.

Органы внутреннего уха точно настроены на изменения в окружающей среде: для органа слуха изменение звукового давления (например, от автомобильного гудка) может деформировать барабанную перепонку и быстро привести к распознаванию и локализации звука. Для органа равновесия движение головы (например, неожиданный шаг с бордюра) ощущается и быстро приводит к моторным рефлексам для поддержания равновесия. Чем чувствительнее наша способность обнаруживать эти изменения, тем острее ощущения. Эта замечательная настройка и усиление для обнаружения малейших стимулов позволяют нам корректировать осанку.

Для больших движений это усиление не очевидно. Оно проявляется при очень малых движениях головы, улучшая нашу способность чувствовать движение. Но это ставит системы волосковых клеток на грань нестабильности.

К счастью, процесс усиления не является процессом "всё или ничего", а фактически контролируется организмом. В зависимости от целевого поведения организма эта нестабильность может быть отключена через путь от мозга обратно к органам внутреннего уха. Например, во время большого, самогенерируемого движения головы, когда человек быстро поворачивается, чтобы увидеть источник гудка, процесс усиления может быть отключён.

Ископаемые свидетельства, датируемые как минимум Девонским периодом (400 миллионов лет назад), показывают, что сложные сенсорные структуры, используемые для ощущения движения организма, удивительно консервативны среди позвоночных. Результаты демонстрируют активный процесс в волосковых клетках древней костистой рыбы, что позволяет предположить, что механизм является предковым и может лежать в основе широкого распространения активных процессов волосковых клеток у амфибий, рептилий, птиц и млекопитающих, включая человека.

Во время орбитальных миссий организмы на борту космического корабля подвергаются воздействию микрогравитации. Воздействие микрогравитации вызывает сильную дезориентацию или "синдром космической адаптации" у многих людей — состояние, сходное с тем, что мы на Земле называем укачиванием. Возможная причина — несоответствие информации, предоставляемой различными сенсорными системами.

"Изменение гравитации оказывает глубокое влияние на то, как организмы поддерживают координацию и баланс", — сказал Бойл. "Эта информация необходима для понимания состояния человека на Земле и может способствовать развитию науки, которая в конечном итоге приведёт к улучшению диагностики и лечения таких расстройств, как головокружение и укачивание".