Licht auf Entwicklung von freiwilligen Bewegungen Via New Hirnschaltkreis

Alle Eltern kennen die Säuglings Meilensteine ​​: Umdrehen , lernen zu krabbeln , stehen, und unter diesen ersten Schritt ohne fremde Hilfe . Erreichen Sie jede Leistung erfordert vermutlich die Bildung von neuen Verbindungen zwischen Untergruppen der Milliarden von Nervenzellen im Gehirn des Säuglings . Aber wie, wann und wo diejenigen Verbindungen Form ist ein Geheimnis.

Jetzt haben Forscher an der Duke Medicine haben damit begonnen, Antworten zu finden. In einer Studie in der Fachzeitschrift berichtet NeuronBeschreibt das Forschungsteam das gesamte Netzwerk von Gehirnzellen, die auf spezifische Motorneuronen Steuerung whisker Muskeln in neugeborenen Mäusen verbunden sind.

Ein besseres Verständnis der wie Motorsteuerschaltungenhelfen könnte zu informieren, wie das menschliche Gehirn zu entwickeln , möglicherweise neue Wege der Rückstellbewegung in Menschen, die Lähmung leiden an Gehirnverletzungen oder zur Entwicklung von besseren Prothesen für Gliedmaßen Austausch führt.

" Whiskers an Mäuse sind wie Finger auf den Menschen , daß beide sich bewegen Touch-Sensoren ", sagte Studienleiter Fan Wang , PhD, Associate Professor für Zellbiologie und Mitglied des Duke -Institut für Neurowissenschaften . " Zu verstehen, wie Gehirn steuert die Maus Schnurrbart Bewegungen können uns von neuronalen Kontrolle der Fingerbewegungen bei Menschen zu erzählen. "

Mäuse sind nachtaktiv , so dass sie verlassen sich stark auf Schnurrhaare zu erkennen und zu unterscheiden, Objekte in der Dunkelheit, putzen ihrer Schnurrhaare gegen Objekte in einer rhythmischen Hin und her Kehrspiegel als " Schlagen " bezeichnet. Aber dieser wischt Verhalten nicht , bis etwa zwei Wochen nach der Geburt , werden angezeigt, wenn jungen Mäusen beginnen, die Welt außerhalb ihres Nestes zu erkunden.

Zu lernen, wie Motorsteuerung von Whiskern statt, Wang und Postdoc Juni Takatoh verwendet eine neue Technik , die die Vorteile der findet Tollwut Virus die Fähigkeit zu durch verbunden Nervenzellen zu verbreiten. Ein deaktivierter Form des Virus verwendet werden, um Tiere zu impfen, wurde mit der Fähigkeit, ein fluoreszierendes Protein exprimieren erstellt. Die Forscher waren in der Lage, seinen Weg durch ein Netzwerk von Gehirnzellen direkt zu den Motoneuronen steuern Whisker- Bewegung verbunden zu verfolgen.

" Die Präzision dieser Mapping-Verfahren erlaubt es uns, eine Schlüsselfrage zu stellen, und zwar sind Teile der Whisker- Motorsteuerschaltung noch nicht in neugeborenen Mäusen verbunden und sind so, fehlende Verbindungen später hinzugefügt wischend zu ermöglichen ? " Wang sagte .

Indem sie eine Reihe von Bildern in den fluoreszenzmarkierten Gehirn während der ersten zwei Wochen nach der Geburt , zeichnete das Forschungsteam die Entwicklungs Schaltungen vor und nach Mäusen starten wischt .

"Als wir den Kreislauf zurückgeführt , es war atemberaubend in dem Sinne, dass wir nicht erkennen, es gibt so viele Pools von Neuronen in der gesamten Hirnstamms , die verbunden sind , um Motorneuronen Whisker befinden ", sagte Wang . "Es ist bemerkenswert, dass ein einziger Motor Neuron erhält so viele Eingänge , und irgendwie in der Lage ist , sie zu integrieren . "

Gleichzeitig wischend Bewegungen hervor erhalten Motoneuronen eine neue Reihe von Eingaben von einer Region des Hirn genannt LPGi . Ein einzelnes Neuron LPGi an Motoneuronen auf beiden Seiten des Gesichts verbunden sind, indem sie in perfekter Lage , um die Bewegungen der linken und rechten Backenbart zu synchronisieren.

Um mehr über die neue Strecke zwischen LPGi und motorischen Neuronen gebildet lernen , Wang und Takatoh zog auf die Expertise von Duke Kollege Richard Mooney , PhD, Professor für Neurobiologie , und sein Schüler Anders Nelson. Gemeinsam gelang es den Forschern , um die markierten Neuronen aufzuzeichnen und fanden die LPGi Neuronen kommunizieren mit motorischen Neuronen mit Glutamat, das Haupt Neurotransmitter , die das Gehirn stimuliert . Sie entdeckten außerdem, dass LPGi Neuronen empfangen Direkteingänge aus dem motorischen Cortex .

"Das macht Sinn, weil Sondierungs wischt ist eine freiwillige Bewegung unter Kontrolle des motorischen Kortex ", sagte Wang . " Excitatory Eingang zum Initiieren solcher Bewegungen benötigt und LPGi kann entscheidend für die Weiterleitung von Signalen von dem Motorkortex Motoneuronen Whisker sein."

Die Forscher werden neben erkunden Sie die Konnektivität mit genetischen , virale und optische Werkzeuge, um zu sehen, was passiert, wenn bestimmte Komponenten der Schaltungen aktiviert werden oder während der verschiedenen motorischen Aufgaben zum Schweigen gebracht.