驚くべき結果 – 新しい研究により、脊髄は学習し記憶できることが明らかになりました

新しい研究により、脊髄のニューロンには脳とは独立して情報を学習し保持する能力があることが明らかになりました。

脊髄は、脳と身体の間で信号を伝達するための単なる導管として説明されることがよくあります。 しかし、脊髄はそれ自体で動きを学習し、記憶することができます。

ルーヴェンに本拠を置くフランダース神経電子研究センター（NERF）の研究者チームは、2つの異なる神経集団がどのようにして脊髄が完全に脳に依存しない方法で学習した行動を適応させ、記憶できるようにするかを詳細に発表した。 これらの驚くべき成果は雑誌に掲載されました 科学、脊椎回路が運動の制御と自動化にどのように貢献しているかについて新たな光を当てています。 これらのアイデアは、脊髄損傷を負った人々のリハビリテーションに関連する可能性があります。

脊髄の不可解な可塑性

脊髄は、さまざまな感覚情報源を統合することによって私たちの行動や動きを調整および制御しており、脳からの入力がなくてもそれを行うことができます。 さらに、十分な反復練習があれば、脊髄のニューロンはさまざまなタスクを独立して調整することを学習できます。 しかし、脊髄がどのようにしてこの驚くべき可塑性を達成するのかは、何十年もの間、神経科学者を悩ませてきました。

そうした神経科学者の一人が竹岡文教授です。 フランダース神経エレクトロニクス研究 (NERF、imec、ルーヴェン大学、VIB が支援する研究機関) の彼女のチームは、神経接続がどのように配線されているか、またそれらが学習に伴ってどのように機能し変化するかを調査することで、脊髄が損傷からどのように回復するかを研究しています。 新しい動き。

「20世紀初頭に遡る実験から、脊髄内での『学習』の証拠は得られていますが、どのニューロンが関与しているのか、そしてどのようにしてこの学習体験をエンコードしているのかという疑問は未解決のままです」と竹岡教授は言う。 。

問題の一部は、鎮静されていないが覚醒して動いている動物の脊髄内の個々のニューロンの活動を直接測定することが難しいことです。 竹岡氏のチームは、動物が数分以内に特定の動きを訓練するモデルを利用した。 そうすることで、チームは脊髄学習のための細胞の種類に特有のメカニズムを明らかにした。

2 つの特定のタイプのニューロン

脊髄がどのように学習するかを調査するために、竹岡研究室の博士研究員Simon Lavaud氏と同僚は、昆虫の研究で使用される方法にヒントを得て、マウスの運動量の変化を測定する実験装置を構築した。 「私たちは6つの異なるニューロン集団の寄与を評価し、運動学習を媒介する2つのニューロン集団（背側と腹側）を特定しました。」

「これら 2 つのニューロン グループは交互に存在します」と Lavaud 氏は説明します。 「背側ニューロンは脊髄が新しい動きを学習するのを助け、腹側ニューロンは脊髄がその動きを覚えて後で実行するのを助けます。」

「これを脊髄内のリレー競争に例えることができます。背側ニューロンは最初のランナーのように機能し、学習に重要な感覚情報を伝達し、その後、腹側細胞がバトンを受け取り、学習した動作が確実に記憶され、スムーズに実行されるようにします。」 」

脳の外での学習と記憶

詳細な結果は、 科学これは、脊髄のニューロンの活動が、さまざまな古典的なタイプの学習と記憶に似ていることを示しています。 これらの学習メカニズムを明らかにすることは、私たちが動きを学習して自動化するさまざまな方法に貢献する可能性が高く、リハビリテーションの文脈にも関連する可能性があるため、非常に重要です。「私たちが説明した回路は、脊髄は運動学習と長期の運動記憶に関与しており、どちらも通常の健康状態だけでなく、特に脳や脊髄損傷からの回復中に私たちが動くのに役立ちます。

参考文献：「脊椎感覚運動適応の獲得と回復を支配する抑制性ニューロンの 2 つのクラス」Simone Lavaud、Charlotte Bishara、Mattia Dandola、Shu Hao Yeh、Aya Takeoka 著、2024 年 4 月 11 日、 科学。
土井: 10.1126/science.adf6801

この研究（チーム）は、フランダース研究財団（FWO）、マリー・スクウォドフスカ＝キュリー・アクション（MSCA）、台湾・KUルーヴェン博士フ​​ェローシップ（P1040）、およびウィングス・フォー・ライフ骨髄研究財団の支援を受けた。