19. september 2019

Nervesignaler fra rygmarven overrasker forskere

Neurologi

Med en undersøgelse af netværket mellem nerve- og muskelceller hos skildpadder har forskere fra Københavns Universitet skabt ny indsigt i, hvordan bevægelser opstår og opretholdes. På sigt kan den nye viden få betydning for behandling af blandt andet ALS og rygmarvsskader.

Tværsnit af nerveceller fra rygraden hos skildpadde.

For langt de fleste er det ingen sag at sætte det ene en foran det andet og blive ved med at gå. Det sidder med andre ord på rygraden. Også helt bogstaveligt.

”Det meste bevægelse bliver faktisk genereret i rygmarven. Der er selvfølgelig en samtale med højerestående dele nervesystemet, såsom storhjernen, men der findes også reflekser, som rent stammer fra ryggen,” fortæller lektor og forskningsleder Rune W. Berg fra Institut for Neurovidenskab på Københavns Universitet.

Sammen med sin forskningsgruppe står han bag en undersøgelse af netværket mellem nerve- og muskelceller, som er blevet publiceret i det anerkendte videnskabelige tidsskrift Nature Communications, og som giver helt ny indsigt i, hvordan bevægelser opstår og opretholdes.

Skildpaddecrawl

Det meste bevægelse bliver faktisk genereret i rygmarven.

Lektor Rune W. Berg

I forsøget undersøgte forskningsgruppen ved hjælp af elektroder rygmarvsrefleksen hos skildpadder, når de kløede sig selv med det ene bagben. En refleks, som man genfinder hos hunde, katte og en række andre pattedyr.

Også mennesket er udstyret med en række rygmarvsreflekser. Og selvom vi evolutionært ligger et stykke fra skildpadden, anslår forskerne, at mange af de grundlæggende mekanismer er ens.

Når skildpadden rytmisk klør sig med crawlbevægelser fra bagbenet, er fyrværkeriet af lynhurtige nerveimpulser på indersiden af skjoldet altså ikke langt fra de mekanismer, der også hos os selv sætter gang i musklerne.

Fra metronom til netværk

Hidtil har den gængse antagelse været, at aktiveringen af musklernes nerveceller opstår fra en slags kommandocentral, der sender et signal til mange celler på én gang.

”Fordi ophavet til bevægelse har været svær at finde, har man i lang tid troet, at det er en lille kerne, der sætter takten. Som en slags metronom. Men vores data har vist, at der måske i virkeligheden er tale om et stort netværk,” siger adjunkt Henrik Lindén fra forskningsgruppen bag studiet.

Den gængse opfattelse har hidtil været, at bevægelse bliver sat i gang af nogle få, tætte celler, der udsender samme det signal til mange andre celler på én gang (venstre). I stedet viser forskning fra Københavns Universitet nu, at der mere sandsynligt er tale om et større, spredt netværk af celler, der hver især kun signalerer til få andre celler (højre). Grafik: Institut for Neurovidenskab, Københavns Universitet

For at teste, hvorvidt der var tale om mindre kommandoenheder eller et større netværk, sammenlignede forskerne den relativt rolige rytme i skildpaddens bevægelse med de hastige nerveimpulser fra rygraden.

Til forskningsgruppens overraskelse viste målingerne imidlertid ingen tegn på korrelation – og dermed ingen tegn på, at nervesignalerne i flere celler skulle være udsprunget fra samme kilde. Hvilket netop ville have været tilfældet ved en slags kommandocentral, der signalerer til flere celler på samme tid.

I stedet mener forskerne altså nu, at nervesignaler udspringer fra et større, spredt netværk af celler, som hver især sender signaler til nogle få andre celler. Et resultat, som gruppen efterfølgende har genfundet i computermodeller af et simuleret, simpelt nervesystem.

Potentiale for ALS og rygmarvsskader

Med resultaterne er forskerne kommet et skridt tættere på præcist at forstå, hvor og hvordan bevægelser egentlig opstår.

Vores data har vist, at der måske i virkeligheden er tale om et stort netværk.

Adjunkt Henrik Lindén

”Hvis vi ikke ved tilstrækkeligt meget om netværket, og hvordan det fungerer, skyder vi lidt i blinde ved behandling. Når vi får indsigt i, hvilke principper der ligger bag, hvordan netværket er distribueret, og hvilke celletyper der er vigtige, kan vi omvendt bedre komme til at styre behandling af nervesygdomme i det rigtige spor,” siger Rune W. Berg.

Han fremhæver blandt andet nervesygdomme som ALS samt rygmarvsskader fra eksempelvis trafikulykker som områder, hvor øget viden om rygradens nervesystem på sigt kan give nye fremskridt i behandlingen.

Ligeledes kan nye indsigter fra grundforskning i rygmarvens nerveceller også komme andre dele af neurologien til gavn. Eksempelvis i forbindelse med vuggedød, der er knyttet til fejl i aktiviteten i hjernestammen.

Forskningsgruppens næste skridt er nu at fortsætte kortlægningen af det spredte nervenetværk med optiske målinger, der tillader at følge aktiviteten simultant over et større område.

Det publicerede studie ”Decoupling of timescales reveals sparse convergent CPG network in the adult spinal cord” kan læses i Nature Communications.

Studiet har modtaget støtte fra Danmarks Frie Forskningsfond og EU-støtteprogrammet Mobilex.