Muovere o stabilizzare? I circuiti neurali alla base della propriocezione / To move or to stabilize? The neural circuitry underlying proprioception

Muovere o stabilizzare? I circuiti neurali alla base della propriocezione. Il procedimento del brevetto ENEA RM2012A000637 è molto utile in questo tipo di applicazione. / To move or to stabilize? The neural circuitry underlying proprioception. The procedure of the ENEA patent RM2012A000637 is very useful in this type of application.

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Un circuito del sistema nervoso nei moscerini della frutta alterna il supporto ai riflessi posturali del corpo stabilizzanti od all'azione volontaria dinamica come camminare.

In un moscerino della frutta, le cellule nervose che rilevano il movimento degli arti vengono silenziate quando l'insetto cammina o si pulisce. Questo interruttore può aiutare il sistema nervoso a passare da uno stato all'altro: uno aiuta a mantenere il corpo stabile e l'altro lo prepara al movimento.

Il neuroscienziato John Tuthill della Facoltà di Medicina dell'Università di Washington (WA, USA)   ha spiegato la differenza attraverso un'analogia umana: "I riflessi stabilizzatori ci consentono, ad esempio, di rimanere in posizione eretta su un treno che ondeggia, mentre la modalità attiva supporta movimenti dinamici come camminare su un terreno irregolare".

"Tutti gli animali possiedono un senso della posizione e del movimento del proprio corpo, noto come propriocezione, che viene utilizzato per stabilizzare la postura del corpo e guidare i movimenti", ha commentato.

Tuthill è professore di neurobiologia e biofisica; il suo laboratorio studia le cellule, i segnali ed i circuiti che governano la propriocezione ed il controllo motorio nei moscerini. Questa ricerca è stata guidata dal suo ex borsista post-dottorato  Chris Dallmann.

I ricercatori hanno dimostrato che le cellule nervose propriocettive che percepiscono il movimento delle gambe vengono disattivate durante il movimento attivo. Hanno anche scoperto il circuito neurale che dà origine a questo interruttore dipendente dallo stato, che il cervello utilizza per alternare tra il mantenimento dei riflessi posturali ed il mantenimento del movimento volontario.

I ricercatori hanno ipotizzato che la capacità della mosca di sopprimere selettivamente il feedback del movimento potrebbe rendere l'insetto più sensibile agli eventi esterni improvvisi che potrebbero turbarlo e quindi più rapido a reagire.

L'approfondimento delle conoscenze scientifiche di base sul feedback sensoriale, adattato in modo flessibile alla gestione di questi doppi compiti, potrebbe gettare le basi per future applicazioni cliniche.

"Capire come la propriocezione viene utilizzata per controllare il corpo è importante per sviluppare trattamenti per i disturbi sensomotori e supportare la riabilitazione dopo un infortunio", ha commentato Tuthill.

Durante questo recente studio sui moscerini della frutta, il laboratorio di Tuthill ha utilizzato l'imaging del calcio specifico per tipo di cellula per scoprire che le proiezioni delle cellule nervose che rilevano la posizione agiscono su una vasta gamma di comportamenti. L'inibizione del feedback del movimento durante la camminata e la pulizia avviene tramite una specifica classe di cellule nervose – gli interneuroni – che fungono da collegamento tra neuroni sensoriali e motoneuroni.

Questa soppressione selettiva si verificava solo durante i movimenti attivi ed autodiretti dell'insetto, non durante i movimenti passivi degli arti. I ricercatori hanno tracciato le vie di segnalazione nervosa che conducono questa inibizione in modo specifico per ogni arto.

I ricercatori hanno indicato che alcuni risultati suggeriscono che l'inibizione potrebbe essere effettuata in modo predittivo quando la gamba è ancora a riposo, dopo che gli interneuroni hanno ricevuto segnali dal cervello e prima dell'inizio del movimento.

Dallmann sta proseguendo la sua ricerca su come i circuiti neurali controllano il movimento in qualità di Marie Sklodowska-Curie Fellow presso l' Università di Würzburg (Germania).

ENGLISH

A nervous system circuit in fruit flies toggles between supporting stabilizing body posture reflexes or dynamic voluntary action like walking.

In a fruit fly, nerve cells that detect limb movement are silenced when the insect walks or grooms. This on–off switch may help the nervous system shift between two states: one helps keep the body steady and the other readies it to move.

University of Washington School of Medicine (WA, USA) neuroscientist John Tuthill explained the difference through a human analogy: “Stabilizing reflexes enable us, for example, to stay upright on a swaying train, while the active mode supports dynamic motions like walking across uneven terrain.”

“All animals possess a sense of their body’s position and motion, known as proprioception, which is used to stabilize their body posture and guide their movements,” he commented.

Tuthill is a professor of neurobiology and biophysics; his lab studies the cells, signals and circuits that govern proprioception and motor control in flies. This research was led by his former postdoctoral fellow Chris Dallmann.

The researchers showed that proprioceptive nerve cells for sensing leg motion are deactivated during active movement. They also discovered the neural circuit that gives rise to this state-dependent switch, which the brain uses to toggle between maintaining postural reflexes and sustaining voluntary movement.

The fly’s ability to selectively suppress movement feedback, the researchers surmised, could make the insect more sensitive to sudden external events that would perturb it, and therefore quicker to respond.

Advancing basic scientific knowledge of the sensory feedback that is flexibly tuned to manage these dual tasks may lay the foundation for future clinical applications.

“Understanding how proprioception is used to control the body is important for developing treatments for sensorimotor disorders and supporting rehabilitation after injury,” Tuthill commented.

While carrying out this recent study in fruit flies, Tuthill’s lab used cell-type specific calcium imaging to learn that position-detecting nerve cell projections operate across a range of behaviors. The inhibition of movement feedback during walking and grooming occurred via a specific class of nerve cells – interneurons – that function as a liaison between sensory neurons and motor neurons.

This selective suppression took place only during active, self-directed movements by the insect, not passive movements of the insect’s limbs. The researchers traced the nerve-signaling pathways that conduct this inhibition in a leg-specific manner.

The researchers indicated that certain findings suggest the inhibition may be carried out predictively when the leg is still at rest, after the interneurons receive signals from the brain and before the onset of movement.

Dallmann is continuing his research on how neural circuits control movement as a Marie Sklodowska-Curie Fellow at the University of Wuerzburg (Germany).

Da:

https://www.biotechniques.com/neuroscience/to-move-or-to-stabilize-the-neural-circuitry-underlying-proprioception/?utm_campaign=BioTechniques%20-%20Weekly%20NL&utm_medium=email&_hsenc=p2ANqtz-8eUTFJsDHsjghOQBhLMSI_EE0kAcPpSoWGqdxHQLroyvqvryX0-1-AFW7nWjB0FyS2wbBx7LBS_d0ewH90dHL6YBsHBHvzwXOt2tIDsWX8UBhPTOk&_hsmi=382638059&utm_content=382451834&utm_source=hs_email