23.09.2009

Лекарства и электричество заставили бегать парализованных грызунов

Специалисты из университета Калифорнии в Лос-Анджелесе (UCLA) обнаружили, что комбинация лекарств, электрических сигналов и постоянных тренировок позволяет вернуть парализованным крысам способность ходить и даже бегать. Любопытно, что движение во всех направлениях при этом осуществляется без участия мозга грызуна.

Крысы с повреждениями спинного мозга не чувствуют свои задние лапы, однако они при этом могут ходить, бегать, шагать в сторону и назад, и для этого им даже не обязательно восстанавливать сеть нейронов между мускулами ног и головным мозгом. К такому выводу пришла группа нейробиологов, руководил которой профессор Грегуар Куртин (Gregoire Courtine) из университета Цюриха.

Поясним. В норме головной мозг отсылает сигналы мускулам, соответственно, имеет место произвольное управление конечностями. В отсутствие такой связи работает расположенный в спинном мозге центральный генератор образцов (central pattern generator — CPG), который может позволить искалеченным крысам или мышам передвигаться точно так же, как и здоровым.

Ранее учёные выяснили, что его можно заставить работать при помощи специальных лекарств (имитирующих различные нейромедиаторы) или стимуляции электричеством.

Некоторые научные группы, используя два метода по отдельности, добились ритмичного движения задних лап животных, однако ни в одном из экспериментов подопытные существа не смогли самостоятельно держать вес своего тела, отмечает Грегуар в пресс-релизе университета.

Куртин и его коллеги решили скомбинировать два подхода. Для этого они сначала ввели крысам лекарства (одно из них имитировало эффект важного нейромедиатора серотонина), а потом через вживлённые под кожу электроды начали посылать в спинной мозг повторяющиеся электрические сигналы. Грызуны снова пошли, а через два месяца тренировок опять научились держать свой собственный вес.

Интересно, что при изменении направления движения бегущей дорожки в течение буквально одной секунды крыса также начинала перебирать лапами в другую сторону. Задние конечности при этом "адаптировались" без участия головного мозга. Центральный генератор образцов будто сам решал, как работа мускулов должна подстроиться под изменившиеся условия.

Не совсем ясно, почему грызунам помогла именно сумма методов. В своей статье, опубликованной в журнале Nature Neuroscience, учёные предполагают, что лекарственные вещества подготавливают сеть нейронов к работе, а стимуляция электрическим током её активирует.

Если выяснится, что подобной независимой сетью нейронов обладают и люди, то новая методика может быть использована и для них. Куртин считает, что на её создание уйдёт около четырёх лет. А пока швейцарские учёные продолжают свои исследования и разрабатывают нейропротез, который можно было бы вживить под кожу. Грызуны уже обзавелись одним таким устройством (три сантиметра в длину, несколько десятых долей миллиметра в толщину), который им внедрили между позвоночником и спинным мозгом.

Сейчас Грегуар и его коллеги раздумывают над методикой протезирования человека. Скорее всего, устройство будет внедряться ниже травмированного места, а управление электрическими сигналами осуществляться при помощи беспроводного соединения. Также необходимо решить, как постоянно вводить заменители серотонина поближе к "поломанным" нейронам, чтобы не повлиять на работу других отделов нервной системы.

Другие исследователи отмечают, что, несмотря на столь радужные перспективы, вопрос о применимости находки к человеку пока остаётся открытым. Во-первых, не ясно, присутствует ли CPG у людей, во-вторых, может ли он работать независимо от головного мозга, в-третьих, швейцарские учёные не решили проблему балансирования (которое контролирует мозг). Однако на третье возражение у Куртина ответ есть: можно снабдить человека специальными ходунками, которые помогут ему сохранять равновесие во время ходьбы.

Видео: http://brightcove.newscientist.com/services/player/bcpid2227271001?bctid=40899763001

Источники:

1. MEMBRANA