A cicák mozgásának vizsgálata segíthet az embereken: egyedülálló egyensúlyérzékük több közös vonást mutat velünk, mint gondolnánk

A Georgia Institute of Technology kutatói a macskák mozgását tanulmányozták annak érdekében, hogy jobban megérthessék, hogyan működik a gerincvelő, és ezen eredmények tekintetében a jövőben nagyobb segítséget tudjanak nyújtani a részleges gerincvelő-károsodással élő emberek számára a járásban és az egyensúly megtartásában.

Számos legenda tartja, hogy a macskák mindig talpra esnek. Azonban nemcsak ennek a valóságalapja kérdőjeleződik meg az emberekben, hanem az is felmerül, hogy mitől olyan fürgék és hajlékonyak ezek az állatok. Fontos tudni, hogy egyedülálló egyensúlyérzékük több közös vonást mutat a miénkkel, mint ahogyan azt gondolnánk. Így mindenképpen érdemes az ő mozgásukat vizsgálni annak érdekében, hogy megérthessük az emberi test működését.

Az egyensúlyszabályozás technikája

A Georgia Institute of Technology kutatói kísérleti vizsgálatok és számítási modellek segítségével hatalmas áttörést értek el. Ugyanis kimutatták, hogy a szomatoszenzoros visszacsatolás, vagyis a macska testében található speciális érzékelőkből érkező idegi jelek, segítenek tájékoztatni a gerincvelőt a folyamatban lévő mozgásról. Ezentúl ugyanezek koordinálják a négy végtagot, hogy a macskák ne essenek el, amikor akadályokkal találkoznak. A kutatás azt sugallja, hogy ezekkel a mozgással kapcsolatos érzékszervi jelekkel az állat akkor is képes járni, ha a gerincvelő és az agy közötti kapcsolat részben megszakad. Az ilyen típusú egyensúlyszabályozás mechanizmusainak megértése különösen fontos az idős emberek számára. Ugyanis nekik gyakrabban vannak egyensúlyproblémáik, és az esések során megsérülhetnek.

A kutatók azt remélik, hogy ez új ismeretekkel szolgálhat a szomatoszenzoros visszajelzés egyensúlyszabályozásban betöltött szerepéről. Ez pedig az humán orvoslás tudományában a gerincvelő-sérülések kezelésében is előrelépéshez vezethet, mivel a kutatás szerint a szomatoszenzoros neuronok aktiválása javíthatja a gerincvelői ideghálózatok működését.

A macskák koordinációja

Bár a genetikailag módosított egér-kísérletek az utóbbi időben dominánssá váltak a mozgás idegi szabályozásának kutatásában, a macskák vizsgálata mégis számos előnyt kínál. Ezek közé tartozik az is, hogy mozgás közben az egerek guggolva maradnak, ami azt jelenti, hogy kevésbé valószínű, hogy egyensúlyozási problémáik adódnak. Ez még akkor is igaz, ha a szomatoszenzoros visszajelzés nem működik. Az emberek és a macskák ezzel szemben nem képesek megtartani az egyensúlyt, vagy akár mozogni, ha elveszítik a végtagok mozgására vonatkozó szenzoros információt. Ez arra utal, hogy a nagyobb testű fajoknál – mint például a macskák és az emberek – a gerincvelői neuronhálózatnak a rágcsálókhoz képest eltérő szerveződése lehet a mozgás irányítására.

Érdekeltek bennünket azok a mechanizmusok, amelyek lehetővé teszik a sérült hálózatok reaktiválását a gerincvelőben. Korábbi vizsgálatokból tudjuk, hogy a mozgó lábakból érkező szomatoszenzoros visszajelzés segít aktiválni a mozgás irányítását végző gerincvelői hálózatokat. Ez lehetővé teszi a stabil mozgást.”

– nyilatkozta Boris Prilutsky, a Biológiai Tudományok Iskolájának professzora.

Hogyan koordinálhatók a lábnak a mozgásai?

A tudósok igyekeztek jobban megérteni, hogy az érzékelő neuronok jelzései hogyan koordinálják a négy láb mozgását. Egy laboratóriumban macskákat képeztek ki arra, hogy az emberi járásnak megfelelő tempóban sétáljanak egy futópadon. Ezek után elektródákkal stimulálták az érzékelő idegüket. A kutatók arra az érzőidegre összpontosítottak, amely az érintésérzetet továbbítja a lábfej tetejéről a gerincvelőbe. Ezt az ideget elektromosan stimulálva a kutatók egy akadálybaütközést imitáltak, és látták, hogy a macskák megbotlanak, és válaszul korrigálják a mozgásukat. Az ingerlést a járási ciklus négy szakaszában alkalmazták. Az állás közepén, az állásból a lendületbe való átmenetben, a lendület közepén és a lendületből az állásba való átmenetben. Ebből megtudták, hogy a lengés közepe és az állásból lengésbe való átmenet voltak a legjelentősebb időszakok. Ugyanis az ingerlés növelte a térd- és csípőízületeket hajlító izmok aktivitását, az ízületi hajlítást, a lábujjmagasságot, a lépéshosszúságot és a lépés időtartamát az ingerelt végtagon.

Az egyensúly fenntartása

Boris Prilutsky úgy véli, hogy az egyensúly fenntartásához az állatnak koordinálnia kell a másik három végtag mozgását. Ha ezt nem tenné, elesne. Ennek alapján arra a következtetésre jutottak, hogy az idegnek a lengési fázisban történő stimulálása növeli a többi végtag lépésfázisának időtartamát. Ezentúl javítja a stabilitást. Sőt, amikor a macska a lengési fázisban megbotlik, az olyan gerincreflexeket indít be, amelyek biztosítják, hogy a másik három végtag a földön maradjon, és a macskát egyenesen és egyensúlyban tartsa, miközben a lengő végtag átlép az akadályon.

Az adatok segíthetnek a humán gyógyászatban

A kutatók a megfigyelések alapján a macska mozgásszervi és gerincvelői idegi vezérlőrendszerének számítógépes modelljét dolgozzák ki. Az összegyűjtött adatokból kiszámítják az izmok hosszával, sebességével és a termelt erővel, valamint a bőrre gyakorolt nyomással kapcsolatos szomatoszenzoros jeleket minden végtagon. Ezek az információk az állat gerincvelőjében mozgásérzékeléseket alkotnak, hozzájárulnak a gerincvelői neuronhálózatok végtagok közötti koordinációjához. Prilutsky úgy véli, hogy ahhoz, hogy bármilyen betegség kezelésében segíthessenek, szükséges megérteni, hogy miként koordinálják a gerinchálózatok a végtagok mozgását. Ennek alapján pedig képesek kidolgozni a mozgás gerincvelői szabályozásának reális számítógépes modelljét.

Ez bizonyára segíteni fog abban, hogy jobban megismerjék a tudósok, hogy miként irányítja a gerincvelő a mozgást. Ez alapján pedig sikeresen képesek lesznek olyan gyógymódokat találni az ilyen jellegű megbetegedésekre, melyeket a humán orvoslásban is használhatnak.