Баланс может зависеть от времени начала движения
Исследование, проведенное учеными Медицинского центра NYU Langone, показало, что рыбки данио учатся держать баланс, совершая рывки вперед, когда чувствуют неустойчивость. Этот принцип может быть применим и к людям.
Данио — хорошая модель для изучения человеческого баланса, поскольку они используют схожие нейронные цепи. Исследователи надеются, что их работа поможет в будущем улучшить терапию нарушений баланса, которые затрагивают каждого третьего пожилого американца, для которых падения являются ведущей причиной смерти.
Исследование, опубликованное онлайн 19 января в журнале Current Biology, показало, что первые улучшения баланса у данио возникают из-за развивающейся способности выполнять быстрые плавательные движения в ответ на ощущение неустойчивости. Со временем молодые рыбки учатся совершать корректирующие движения и лучше сохранять устойчивость.
«Мы, возможно, обнаружили фундаментальный механизм баланса — ментальную команду начать движение при неустойчивости», — говорит ведущий исследователь Дэвид Шоппик, PhD.
Поведенческие тенденции, выявленные в исследовании, подтверждают прошлые работы о том, что баланс зависит от нейронных цепей, связывающих сенсорные органы вестибулярной системы с мышцами, совершающими корректирующие движения.
Как и у данио, у многих животных тяжелая голова, требующая постоянных корректировок. Люди также «падают» вперед при ходьбе и компенсируют это всплесками движения ног, но, в отличие от данио, становятся менее «верхне-тяжелыми» по мере развития.
«Мы планируем проверить, чаще ли начинают движение при ощущении неустойчивости малыши, подобно рыбкам в нашем исследовании», — говорит соавтор Дэвид Эрлих, PhD.
56 000 заплывов
В исследовании ученые записали на видео 56 682 эпизода плавания личинок данио, измеряя время каждого быстрого движения и эффективность сохранения баланса с возрастом. Видео подтвердили, что рыбки плавают «сериями» (bouts), и что в возрасте 21 дня они намного чаще, чем в 4 дня, начинают корректирующую серию движений при быстром падении вперед.
На основе видео команда создала компьютерную симуляцию плавающей рыбки, используя элегантную серию уравнений. Симуляция вела себя очень похоже на реальных рыб, что указывает на глубокое понимание баланса.
Затем исследователи удаляли элементы из симуляции, чтобы уточнить роль каждого в балансе:
- Удаление «коррекции по тангажу» (тенденции плыть вверх, если в предыдущей серии рыбка плыла вниз, и наоборот) привело к неспособности рыбки выровняться при опрокидывании.
- Удаление связи между угловой скоростью (как быстро рыбка вращается) и кинематикой ответных движений привело к бесконечному кувырканию симулированной рыбки вперед.
В дальнейшем команда планирует измерить изменения в активности мозга, происходящие по мере обучения данио балансу. В будущем они надеются сотрудничать с клиницистами Вестибулярного терапевтического центра Rusk Rehabilitation для развития реабилитационной медицины.
«Лучшее понимание того, как мозг воспринимает баланс, помогло бы нам точно настраивать упражнения для восстановления утраченных функций и сокращения времени восстановления», — говорит Тара Денхэм, руководитель вестибулярной терапии в Rusk.