Группа ученых, куда вошли специалисты СПбГУ, выяснила, что электрическая стимуляция спинного мозга активирует мышцы, отвечающие за движение. Они установили, что такие сигналы влияют на активность нейронов, помогая не только начать ходьбу, но и поддерживать ее в нужном ритме. В будущем это открытие может усовершенствовать методы реабилитации пациентов с травмами спинного мозга, паркинсонизмом и другими нарушениями двигательных функций.
Международная группа исследователей под руководством заведующего лабораторией нейропротезов Санкт‑Петербургского государственного университета, научного руководителя направления «Нейробиология» Научно‑технологического университета «Сириус» Павла Мусиенко совершила важный шаг в понимании того, как работает спинной мозг при движениях и как его можно «перезапустить» с помощью электрической стимуляции.
Спинной мозг играет ключевую роль в управлении движениями. В нем находятся специальные группы нейронов, которые формируют локомоторную сеть — систему, отвечающую за генерацию и координацию шагов. Нейроны в этом случае работают как «дирижеры», управляя мышцами ног во время ходьбы. Однако при травмах спинного мозга эта сеть повреждена, что приводит к потере локомоторных способностей.
В своей работе ученые использовали эпидуральную электростимуляцию (ЭЭС) — метод, при котором электрические импульсы подаются через электроды, расположенные на поверхности спинного мозга. Этот подход уже используется для восстановления движений у пациентов с травмами спинного мозга, однако тонкости механизма активации нейронных сетей с помощью ЭЭС до сих пор оставалось загадкой.
Чтобы решить эту задачу, нейрофизиологи постарались выяснить, как ЭЭС влияет на активность отдельных нейронов спинного мозга. Они провели уникальные эксперименты на движущихся животных, одновременно регистрируя работу множества нейронов сети тончайшими мультиэлектродными матрицами.
Исследователи обнаружили, что ЭЭС способна запускать локомоторную сеть, даже если ранее она не была активна. Чтобы доказать это, ученые проанализировали реакции отдельных нейронов и мышц конечностей на электрическую стимуляцию спинного мозга и изучили, как быстро и сильно мышцы сокращаются и какие изменения активности происходят при смене условий (например, во время ходьбы или в состоянии покоя).