Wie die Wirbeltiere sich bewegen
Bewegung beruht bei Wirbeltieren auf Nervenzellen oder Neuronen, die miteinander derart verbunden sind, dass sie komplexe Schaltkreise bilden. Eines dieser Netzwerke, der sogenannte zentrale Mustergenerator (central pattern generators, CPGs), stammt aus dem Rückenmark und steuert rhythmische Bewegungen. So können zum Beispiel Zebrafischlarven schwimmen, da die zentralen Mustergeneratoren dafür sorgen, dass sich die Muskeln abwechselnd zusammenziehen und entspannen. Auf Basis früherer Forschungsarbeiten untersuchte nun das EU-finanzierte OPTO-LOCO (Unraveling the circuits of locomotion with opto-genetic manipulation of neuronal activity in awake behaving animals) die neuronalen Schaltkreise des Rückenmarks, um noch besser nachzuvollziehen, wie sich die Wirbeltiere bewegen. Die Forscher konzentrierten sich auf Zellen an der Grenzfläche zwischen Rückenmark und dem zentralen Kanal mit der Bezeichnung CSF-cNs (Neuronen mit Kontakt zur Rückenmarksflüssigkeit, cerebrospinal fluid-contacting neurons). Sie vermuteten, dass das Rückenmark die sensorischen Informationen nicht nur vom Gehirn und aus der Außenwelt, sondern auch aus dem Inneren des Körpers bezieht. Diese Theorie hat sich aus der Beobachtung entwickelt, dass sowohl Bewegungen als auch Körperhaltung von Zuständen im Körperinneren wie etwa Blutdruck, pH-Wert und Sauerstoffkonzentration beeinflusst werden. Um mehr darüber zu erfahren, was CSF-cNs bewirken, setzten die Wissenschaftler auf eine Methode mit der Bezeichnung Optogenetik, bei der Licht zur Steuerung der Aktivität von Neuronen dient. Durch Ein- und Ausschalten ausgewählter Neuronen in Abhängigkeit von der Zeit konnte das Team bestimmen, welche Nervenzelle befeuert werden muss, um eine bestimmte Bewegung zu erzeugen. Die Wissenschaftler entdeckten, dass Bewegungen wie etwa das langsame Vorwärtsschwimmen der Zebrafischlarven von CSF-cNs gemeinsam mit den CPGs gesteuert werden. Die Bewegungskoordination erforderte tatsächlich spezielle Sensoren, sogenannte Propriozeptoren, die Informationen über Muskellänge und -spannung liefern, um ein Gefühl für die Position von Gliedmaßen im Raum zu erzeugen. Im Zusammenhang mit einer spannenden Entwicklung konnte das Team außerdem bestätigen, dass CSF-cNs die Biegung der Wirbelsäule erfassen und die Körperhaltung steuern können. Mit der Offenlegung eines neuen sensorischen Pfads im Rückenmark können die Resultate von OPTO-LOCO die Anstrengungen unterstützen, bei denen es um die Wiederherstellung der Funktion von verletztem Rückenmark geht.
Schlüsselbegriffe
Wirbeltiere, Rückenmark, zentrale Mustergeneratoren, OPTO-LOCO, Neuronen mit Kontakt zur Rückenmarksflüssigkeit, zerebrospinalflüssigkeitskontaktierende Neuronen
