Powszechnie wiadomo, że włókna nerwowe biegnące w rdzeniu kręgowym pośredniczą w komunikacji między mózgiem a resztą ciała. Przewodzą informacje o bodźcach z ciała do mózgu i polecenia reakcji w drugą stronę. W samym rdzeniu występują też zwoje będące źródłami impulsów nerwowych kontrolujących tzw. odruchy rdzeniowe, które pozwalają na błyskawiczną reakcję, znacznie szybszą, niż gdyby miała ona zostać zaplanowana w obrębie kory mózgu. Wyniki najnowszych badań udowodniły jednak, że rola rdzenia kręgowego przez lata była niedoceniana.

Już wcześniej było wiadomo, że w obrębie rdzenia kręgowego mogą być generowane impulsy nerwowe pozwalające na skorygowanie zaburzeń w zaplanowanym ruchu. Uważano jednak, że reakcje te mają na celu jedynie zniwelowanie różnicy w rozciągnięciu konkretnych mięśni względem planowanego a rzeczywistego przebiegu ruchu. Aby dokładnie sprawdzić, jak to wygląda, zespół naukowców z Kanady i Wielkiej Brytanii przygotował serię eksperymentów.

Ochotnicy umieszczali rękę w specjalnie skonstruowanym egzoszkielecie. Ich zadaniem było utrzymać dłoń w wyznaczonym miejscu w przestrzeni. Egzoszkielet zaprogramowany był tak, aby utrudniać to zadanie poprzez zginanie łokcia (przy czym rozciągany był mięsień trójgłowy) i nadgarstka. W pierwszym przypadku zmiana zawsze była taka sama, jednak w drugim występowały różne rodzaje ruchów. Uczestnicy zostali poinstruowani, aby przeciwdziałać tym zaburzeniom i jak najszybciej oraz jak najdokładniej powrócić dłonią do wyznaczonej pozycji. Podobny eksperyment powtórzono, rozciągając mięsień dwugłowy. Naukowcy obserwowali przy tym aktywność mięśni i mierzyli czas reakcji.

“Dawniej sądzono, że te odruchy kręgosłupa działają tylko po to, aby przywrócić długość mięśnia do stanu, w którym była zanim zadziałał bodziec – mówi dr Andrew Pruszynski, współautor badania. – Pokazujemy jednak, że mogą robić coś znacznie bardziej skomplikowanego – kontrolować rękę w przestrzeni.”

Udowodniono, że zaburzenia generowane przez egzoszkielet powodowały reakcję mięśni zginających lub prostujących staw łokciowy. Były one jednak proporcjonalne nie do samej zmiany rozciągnięcia tych mięśni – odpowiadały przesunięciu dłoni względem celu. Aktywność ta następowała w niezmienionej intensywności nawet wówczas, gdy uczestnicy otrzymywali instrukcję, aby nie poprawiać pozycji ręki w odpowiedzi na działanie robota. Świadczy to o tym, że źródłem impulsów nerwowych nie była w tym przypadku kora ruchowa, a rdzeń kręgowy. Potwierdza to również czas, po jakim obserwowano próbę korekty położenia ręki w przestrzeni.

“Stwierdziliśmy, że reakcje te zachodzą tak szybko, że jedynym miejscem, w którym można je wygenerować, są obwody kręgosłupa – mówi dr Jeffrey Weiler, współautor badania. – Widzimy, że obwody kręgosłupa nie troszczą się o to, co dzieje się z poszczególnymi stawami, ale dbają o to, gdzie znajduje się ręka w świecie zewnętrznym i generują reakcję, aby przywrócić ją do miejsca, w którym miała się znajdować.”

Odkrycie to w dużym stopniu przyczynia się do zrozumienia funkcjonowania obwodów nerwowych. Jest to istotne, gdyż wiedza ta może mieć zastosowanie w rehabilitacji przy treningach koncentrujących się na obwodach kręgosłupa.

“Badanie to wykazało, że co najmniej jedna ważna funkcja wykonywana jest na poziomie rdzenia kręgowego – mówi dr Pruszynski. – Otwiera to zupełnie nowy obszar badań, aby powiedzieć, co jeszcze dzieje się na poziomie kręgosłupa i co jeszcze potencjalnie przegapiliśmy w tym zakresie.”

Bibliografia:
Weiler J., Gribble P.L., Pruszynski J.A. Spinal stretch reflexes support efficient hand control. Nature Neuroscience, 2019

Dodaj komentarz