En danskledet forskergruppe har kommet et skritt nærere forståelsen av hva som skjer i hjernen når vi begynner å gå eller løpe.

Ny forskning viser at to sentre i hjernen (hjernestammen – den nederste delen av hjernen) samarbeider om å sende signaler ned til ryggmargen om at den skal fortelle beina at de skal begynne å bevege seg.

Når hjernen først har sendt signalene ned til ryggmargen, sørger nervecellene i ryggmargen for å fortsette helt til de mottar nye signaler fra hjernen. Det kan være signaler om å sette farten opp eller ned eller om å stoppe helt.

Samtidig viser forskningen at hvert senter i hjernestammen har hvert sitt ansvarsområde: Det ene styrer gange, mens det andre styrer løping.

– For mange er det overraskende at kontrollen skjer nede i ryggmargen, der prosessen til en viss grad er automatisert, slik at vi ikke trenger å tenke over hvert skritt vi tar. Men før ryggmargen kan kjøre på autopilot, må den ha signaler fra hjernen, og vi har nå funnet ut hvor de signalene kommer fra, forklarer Ole Kiehn, som er professor ved Institut for Neurovidenskab ved Det Sundhedsvidenskabelige Fakultet ved Københavns Universitet og en av forskerne bak studien.

Den nye forskningen er nettopp publisert i det vitenskapelige tidsskriftet Nature.

Lyste inn i hjerner på mus og fikk dem til å løpe raskere

Ole Kiehn og hans kolleger har studert mus som de har genmanipulert slik at de to områdene i hjernen blir aktivert av et et innoperert lys.

Teknikken heter optogenetikk, der forskere setter lysfølsomme proteiner fra alger inn i nervecellene og deretter stimulerer nervecellene ved å lyse på dem.

Forskerne kunne se at når de lyste på nervecellene i det ene området, cuneiform nucleus (CnF), begynte musene å gå. Ved kraftig stimulering begynte de å løpe.

Når forskeren lyste på nervecellene i det andre området, kalt pedunculopotine (PPN), begynte musene mest å «slentre» rundt – en type bevegelse som dyr bruker når de går rundt og leter etter mat.

Hvis forskeren ga musene et stoff som stengte ned aktiviteten i de to områdene i hjernen, mistet musene helt evnen til å gå og løpe.

– Vi viser at nerveceller i både PPN og CnF kan sette i gang bevegelser, og at aktivitet i begge disse områdene i hjernen er med på å opprettholde og fartsregulere langsom gange. Bare CnF kan sette i gang løping, mens PPN mer er forbundet med langsom og utforskende gange, forklarer Kiehn.

Kan føre til behandling av Parkinsons

Oppdagelsen av startsignalet i hjernen kan ha betydning for forståelsen av flere sykdommer der kroppen ikke har full kontroll over bevegelsene sine, for eksempel Parkinsons sykdom.

Parkinsons sykdom er kjennetegnet av at noen celler i hjernen ikke mottar de nødvendige signalene for at personen blant annet skal kunne gå normalt.

Ole Kiehn forestiller seg at man kan stimulere de nyoppdagede sentrene i hjernen elektrisk og dermed gi pasientene bedre muligheter for å kontrollere bevegelsene sine.

Teknikken brukes allerede til pasienter i de sene stadiene av sykdommen, for å kontrollere skjelving.

– Vi er allerede i gang med å planlegge forsøk for å undersøke om disse områdene er påvirket i dyre som har symptomer på Parkinsons sykdom. Det vil gi et viktig innblikk inn i mulighetene for en bedre behandling, sier Kiehn.

Nye «skjeletter» til personer med lammelser

En annen spennende mulighet er utviklingen av såkalte eksoskjeletter, en type metallskjelett som sitter utenpå kroppen.

Det mener førsteamanuensis Ernst Albin Hansen fra Institut for Medicin og Sundhedsteknologi ved Aalborg universitet i Danmark.

Slike skjelett kan ifølge Hansen gi mennesker superkrefter i ulike arbeidssituasjoner, for eksempel for soldater.

De kan også hjelper personer med lammelser, som kanskje kan klare å gå igjen.

– Slike systemer må programmeres for å kunne spille på lag med kroppen, og da er det viktig å vite hvordan blant annet gange og løping kontrolleres. Derfor er den nye studien veldig spennende, sier Hansen, som ikke har noe med den nye studien å gjøre.

Referanse:

V. Caggiano mfl: «Midbrain circuits that set locomotor speed and gait selection», Nature (2017), doi: 10.1038/nature25448 Sammendrag

© Videnskab.dk. Oversatt av Lars Nygaard for forskning.no.