-
Электронная почта
info@tvscope.cn
-
Телефон
15261811715
-
Адрес
Гиперразмерность
Beijing Chaoweijing Biotechnology Co., Ltd
Раскрытие характеристик и механизмов моделирования изменений временной последовательности активности нейронов коры задней конечности, вызванных невесомостью
Дата:2025-10-31Читать:2
Во время длительных пилотируемых полетов изменения в поведении движения, вызванные невесомостью, напрямую влияют на работоспособность астронавтов, что связано с сочетанием изменений центральной двигательной нервной функции и мышечной атрофии. Хотя исследования подтвердили, что космические полеты приводят к изменениям в структуре и функциях мозга, конкретные характеристики изменений в центральных двигательных нервах остаются неясными. Поэтому важно контролировать активность нейронов в движущейся коре в условиях моделируемой невесомости и исследовать их механизмы регулирования изменений в поведении движения. Однако ранее из - за отсутствия инструментов для регистрации активности нейронов с долгосрочным динамическим и одноклеточным разрешением, которые позволяли бы осуществлять мониторинг в реальном времени динамических изменений в свободном движении нейронов, имитирующих движение коры невесомых мышей, было невозможно отслеживать в реальном времени.
Для дальнейшего анализа нейронных механизмов, которые имитируют изменения в продольной функции движущейся коры, вызванные невесомостью, и для получения закономерностей динамических изменений в активности нейронов, имитирующих невесомость и подвижную кору задней конечности в период восстановления на одноклеточном уровне, с использованием ультраразмерной миниатюрной бифотонной технологии был реализован непрерывный динамический мониторинг активности нейронов L2 / 3 в движущейся коре задней конечности, имитирующей невесомость (HU) на задней конечности мышей конечности и на последующих этапах восстановления.
Исследования
2025 / 09
19 сентября 2025 года,Научно - исследовательский и учебный центр космонавтов КитаяЛи Иньсянь / Исследовательская группа Ли Цзяньвэй в престижных международных журналахИсследованияОпубликовано под названием "Динамические изменения в нейронах двигательной коры задних конечностей во время симулированной безвесности, обнаруженной миниатюрной 2-фотонной микроскопиейИсследование диссертации (DOI: 10.34133 / research.0877).
Снимок статьи
Используя такие методы, как миниатюрная бифотонная визуализация, исследование показало, что длительное моделирование невесомости приводит к постепенному снижению двигательной функции мышей, сопровождаемому постоянными изменениями активности нейронов L2 / 3 в подвижной коре задних конечностей. Эти нейроны можно разделить на три категории: « Активный тип», « ингибирующий тип» и « реактивный тип», которые демонстрируют высокую степень гетерогенной реакции в моделируемой невесомости, активность активированных нейронов в активном и пассивном движении увеличивается со временем, но доля активированных нейронов, связанных с пассивным движением, снижается, а соотношение активного движения остается неизменным. Примечательно, что после двухнедельного восстановления моторное поведение мышей нормализовалось, и хотя восстановление активности некоторых нейронов было отложено, соотношение и уровень активности нейронов того же типа в основном вернулись к исходному состоянию (рисунок 1).
Рисунок 1. Моделирование изменений в поведении движения при невесомости и активности нейронов коры движения задних конечностей
В этом исследовании ученые сначала провели поведенческие тесты на мышах, имитирующих невесомость в разное время. Результаты показали, что с увеличением времени моделируемой невесомости двигательная способность мышей демонстрировала постепенное снижение. Активное моторное поведение мышей, имитирующих невесомость в течение 28 дней, снизилось еще больше, чем в течение 14 дней в экспериментах с активным движением на открытом поле, что указывает на то, что помимо мышечной атрофии изменения функции нервной системы, вызванные имитацией невесомости, особенно двигательной коры задних конечностей, также важны для асимптотических изменений в этой способности к движению (рисунок 2).
Рисунок 2. Постепенное снижение двигательной функции, вызванное аналоговой невесомостью, которое возвращается в норму через две недели после окончания хвостового крана
Затем исследователи обнаружили, что активность нейронов в подвижной коре задних конечностей в условиях длительной аналоговой невесомости характеризуется тремя различными типами реакций, из которых активность нейронов значительно снизилась на 22,9%, активность нейронов значительно возросла на 18%, а активность остальных 59,1% нейронов не претерпела значительных изменений (рисунок 3, видео 1). Эти результаты подтверждают на одноклеточном уровне состояние, в котором симулированная невесомость приводит к постоянному нарушению активности нейронов, и это открытие обеспечивает важную основу для глубокого понимания воздействия симулированной невесомости на нервную функцию.
Диаграмма 3. Бифотонная кальциевая визуализация показывает гетерогенные изменения активности нейронов коры, которые имитируют невесомость, вызываемую движением задних конечностей мышей
Используя двухфотонную визуализацию для анализа активности кальция на одноклеточном уровне в нейронах движущейся коры задней конечности, исследователи обнаружили, что в поведенческой парадигме активного движения (эксперимент с открытым полем) и пассивного движения (эксперимент с вращающимися стержнями) двигательные нейроны задней конечности можно разделить на три категории: « Активный тип», « репрессированный тип» и « реактивный тип», и что при моделируемой невесомости характеристики активности кальция и пропорциональные изменения в этих трех типах нейронов демонстрируют высокую гетерогенность. В частности, при поддержании высокоскоростного активного моторного поведения активность активированных нейронов в подвижной коре задних конечностей мышей, имитирующих невесомость в течение 28 дней, значительно возросла по сравнению с 14 днями, а это означает, что для поддержания высокоскоростного моторного поведения требуется больше нейронной активации по мере увеличения времени моделирования невесомости (рис. 4). В пассивном движении в эксперименте с вращающимся стержнем, хотя время падения трансформатора, имитирующего рекомбинацию в течение 14 и 28 дней, не различалось, активность и соотношение нейронов в подвижной коре задней конечности, поддерживающих пассивное движение на вращающемся стержне, значительно изменились, что подтверждает постоянные изменения в активности нейронов в регионе, вызванные имитируемой невесомостью.
Рисунок 4. Моделирование изменений активности нейронов коры задней конечности мышей при невесомости в открытых экспериментах
Кроме того, исследование также выявило молекулярные механизмы, которые имитируют влияние невесомости на движущуюся кору задних конечностей. При моделируемой невесомости в подвижной коре мышей произошли значительные изменения в генах, связанных с нейродифференцировкой допаминовой энергии, синаптической передачей и пластичностью, а также нейроэндокринной регуляцией, при этом наблюдались значительные изменения в экспрессии генов сигнальных путей дофаминовой энергии, имеющих важное значение для контроля движения. В то же время, снятие нагрузки на задние конечности значительно обогащает пути, связанные с иммунным воспалением в двигательной коре, повышая экспрессию генов, связанных с нейровоспалением, таких как Ccl3 и Il31ra, в то время как невротизм является важной причиной изменения функции нейронов в этой области.
Исследование на одноклеточном уровне проливает свет на динамическую адаптацию нейронов коры, которые имитируют невесомость нижних конечностей, раскрывая важную роль центральной нервной системы в изменении функции космического движения. Модели « гетерогенной реакции нейронов», обнаруженные в ходе исследования, иДофаминовый сигналПотенциальный механизм регулирования нейронных изменений, вызванных невесомостью, путем активации нейровоспалительных путей обеспечивает теоретическую основу и новые идеи для разработки целевых мер защиты от неврологических расстройств в космосе. В то же время исследование также обеспечивает более модульную базу данных для анализа моделей нейрорегуляции двигательных функций во время космических полетов и дает новый взгляд на механизм регулирования нейропластичности центральной системы для адаптации к моделируемой невесомости.
/ /
Исследователи Ли Иньсянь и Ли Цзяньвэй из Китайского научно - исследовательского и учебного центра астронавтов, Чжан Лифэн из Нанкинского института молекулярной медицины Пекинского университета и Лин Шукуан из лаборатории Оцзян являются соавторами статьи. Доцент Фань Юаньюань, факультет наук о жизни, Китайский научно - исследовательский и учебный центр астронавтов / Хэнаньский университет, и ассоциированный научный сотрудник Ли Цзяньвэй, Китайский научно - исследовательский и учебный центр астронавтов, являются соавторами статьи. Исследование получило финансовую поддержку от научно - технических инноваций 2030 - « Наука о мозге и исследования мозгоподобных детей», Государственной комиссии по естественным наукам, программы исследований Нанкинской обсерватории мозга и ряда других проектов, таких как Китайский фонд постдокторантуры.