Minijaturne trake za trčanje ubrzavaju istraživanje o hodu insekata

Foto: Alice C. Gray/University of Washington School of Medicine

Brendon Pret i njegove kolege iz Medicinske škole Univerziteta Vašington u Sijetlu kažu da životinje koje hodaju, uključujući insekte i ljude, moraju prepoznati i brzo reagovati na neočekivane promene pod nogama. Ako ne bi bili sposobni za to, kontrolisano kretanje bi bilo skoro nemoguće i povrede usled padova bile bi verovatne.

Kako nervni sistem detektuje te neočekivane događaje i kontroliše telo radi održavanja ravnoteže tokom kretanja? Ovo pitanje izučavaju na Odeljenju za fiziologiju i biofiziku.

Preporučujemo

Propriocepcija je način na koji telo kontinuirano oseća svoju artikulaciju i svoje kretanje. Bolest, povreda i drugi faktori mogu uticati na sposobnost ljudi i životinja da koordiniraju svoja tela i onemogućiti jednostavne radnje poput uzimanja čaše vode ili hodanja nekoliko koraka.

Istraživanje kako propriocepcija kontroliše telo kad izgubi ravnotežu tokom hodanja predstavlja fundamentalni izazov za neuronaučnike. Eksperimentalni poremećaji propriocepcije mogu ograničiti ponašanja životinja i otežati napore da se ispita uloga propriocepcije u prirodnim aktivnostima poput hodanja.

Ranije su trake za hodanje ili trčanje obnavljale želju životinja da hodaju nakon poremećaja nervnog sistema. Doprinele su uvidu u nervnu kontrolu hodanja i trčanja kod beskičmenjaka poput bubašvaba i insekata grančica, kao i kičmenjaka poput glodara, mačaka i ljudi.

Trake za trčanja sa dva pojasa koja se kreću nezavisno istraživači koriste za proučavanje kako se koordinacija nogu prilagođava kad se noge na levoj strani tela kreću drugačijom brzinom od onih na desnoj strani. Ove trake imaju kliničku ulogu u evaluaciji pacijenata sa moždanim udarom.

Minijaturne verzije oba tipa traka su u novom istraživanju upotrebljene za izučavanje kretanja vinskih mušica – ta sićušna stvorenja su dobar model za pročavanje nervne kontrole kretanja pošto je njihov nervni sistem kompaktan i potpuno mapiran. Osim toga, niz genetskih instrumenata omogućava naučnicima da izvedu precizne i specifične uticaje na nervni sistem vinskih mušica.

Traka za hodanje je primorala vinske mušice da hodaju i omogućila dugoročno 3D praćenje. Istraživači su analizirali hod različitim brzinama sa i bez poremećene propriocepcije. Postignuta je najbrža registrovana brzina hodanja vinskih mušica – nadmašile su „trenutnu“ brzinu hodanja od 50 milimetara u sekundi.

Istraživači su takođe genetski isključili neurone u temelju propriocepcije i postavili insekte na traku – mušice su bez tih povratnih senzornih informacija pravile manji broj većih koraka. Izgleda da koordinacija njihovih nogu nije bila pogođena, možda zato što su drugi neuroni važniji za koordinirano hodanje, ili je nervni sistem kompenzovao nedostatak informacija.

Traka sa dva pojasa nije imala mnogo uticaja na koordinaciju nogu. Međutim, mušice su znatno promenile razmake koraka srednjih nogu kad su se dva pojasa kretala različitim brzinama. Istraživači pretpostavljaju da mušice modifikuju svoje korake kako bi nastavile da hodaju pravo u prisustvu rotacionih poremećaja.

„Srednje noge su idealno postavljene da stabilno pivotiraju tela mušice oko centra mase, poput veslanja iz centra čamca“.

(Telegraf Nauka/EurekAlert)