Forskare vid Karolinska Institutet vill undersöka de sensoriska nervbanorna till hjärnan och deras förmåga att styra kroppens rörelser: hur vi kan springa, dansa eller dricka en kopp kaffe. Tanken är att kartlägga cellerna och deras unika molekylära identitet kopplad till denna förmåga, och att hitta signalvägarna till hjärnan. I framtiden kan resultaten få betydelse för behandling av olika sjukdomar och skador som påverkar kroppens motorik.
Projektanslag 2022
Proprioceptive control of motor action sequences
Huvudsökande:
François Lallemend, professor i neurobiologi
Medsökande:
Karolinska Institutet
Abdel El Manira
Lärosäte:
Karolinska Institutet
Beviljat anslag:
32 miljoner kronor under fem år
François Lallemend är professor i neurobiologi vid Karolinska Institutet och har under många år forskat om nervsystemets utveckling, bland annat som Wallenberg Academy Fellow. Med tiden har han blivit alltmer intresserad av hur olika typer av neuroner i det perifera nervsystemet är sammankopplade med det centrala nervsystemet, särskilt hjärnstammen.
I ett nytt projekt ligger fokus på så kallade proprioceptiva nervbanor. De är avgörande för hjärnans förmåga att känna av kroppsposition och rörelse.
– Det är fascinerande att detta system är så grundläggande för alla däggdjur, inklusive människan, och det finns fortfarande mer att upptäcka.
Avgörande för kroppens rörelser
Det proprioceptiva systemet är inblandat när vi vill gå eller springa, eller till och med om vi bara vill stå stilla – då krävs information som gör att vi kan bibehålla balansen.
– Proprioceptiva noder är involverade i att olika muskler aktiveras. Men det behövs också en simultan återkoppling för att förstå om vi utför rätt rörelse med rätt hastighet och rätt teknik, som när jag fattar tag i en penna till exempel.
Under många årtionden har man studerat det proprioceptiva systemets roll i ryggmärgen, men Lallemends forskning går i en annan riktning. Han blev fascinerad av det relativt outforskade område som handlar om proprioceptiva neuroners koppling till hjärnstammen.
– Man har länge förbisett hjärnstammens sensoriska roll i att styra motoriken. Kanske beror det på att det är så många komplexa detaljer som hör ihop med att finjustera och korrigera pågående rörelser, vilket gör det till en utmaning att forska om detta område.
Forskare har också varit tveksamma till om hjärnstammen verkligen spelar en betydande roll i regleringen av våra muskler och kroppsrörelser eftersom muskelsensorisk återkoppling uppfattas som alltför långsam.
– Man har sagt att denna signalväg inte är tillräckligt snabb för att effektivt kunna korrigera vårt motoriska beteende.
Framsteg på cellnivå
Nyligen har forskare från Lallemends laboratorium gjort framsteg. De har identifierat specifika molekylära markörer för varje typ av proprioceptor.
Denna upptäckt ger forskarna värdefulla verktyg som möjliggör användningen av genetiska strategier och experiment i levande organismer. På detta sätt kan de undersöka hur olika typer av proprioceptorer är anslutna till olika kommandocentra i hjärnstammen.
– I vårt projekt kommer vi att titta på gener och molekyler som är kopplade till dessa processer, utföra elektriska mätningar för att studera hjärnans aktivitet, göra anatomiska undersökningar och observera hur olika beteenden påverkas.
En inre rörelsesensor
I samarbete med andra forskare undersöker François Lallemend också ett annat spår. Abdel El Manira och hans kollegor har gjort en intressant upptäckt. I en studie utförd på zebrafiskar har de konstaterat att det finns en sorts inre rörelsesensor i ryggmärgen. Detta organ består av speciella nervceller som kan känna av när ryggmärgen böjs under kroppsrörelser.
– De fann en helt ny mekanism för hur zebrafisk kan känna av kroppens böjning genom ryggmärgens böjning i en form av återspegling.
Dessa nervceller i ryggmärgen fungerar som en sorts realtidsfeedback som hjälper till att kontrollera rörelser. Upptäckten öppnar för nya möjligheter att förstå motorisk styrning även hos andra arter, inklusive däggdjur. Preliminära data från möss ger stöd för resultaten.
I projektet samarbetar fysiologer och neurobiologer. De bidrar med helt olika idéer, verktyg och metoder.
– Vårt sätt att tänka skiljer sig åt och det här är en bra möjlighet att arbeta tillsammans, säger François Lallemend.
Kan bidra till behandlingen av sjukdomar
I framtiden kan resultaten bli värdefulla för att belysa olika sjukdomar. Men det återstår fortfarande mycket arbete innan dessa rön kan tillämpas på människor och bidra till behandling av Parkinsons sjukdom, ryggmärgsskador, stroke och andra tillstånd där rörelse och balans är påverkade.
– Vi arbetar vid ett medicinskt universitet och det är förstås viktigt att våra resultat kan användas för mänsklighetens bästa, till exempel att vi på sikt kan hjälpa till med att återställa en normal rörelseförmåga hos människor.
Men François Lallemend tar också fasta på den grundläggande kunskap som forskningen ger upphov till. Som ung idrottade han mycket. Han tänkte ofta på hur han skulle anpassa sina rörelser för att uppnå högre precision samtidigt som han behöll hastigheten.
– Jag tyckte om att tänka på de subtila, precisa rörelserna och hur proprioception är en så avgörande del av vår förmåga att röra oss, men som vi ännu inte vet så mycket om i detalj.
Det aktuella projektet går delvis emot etablerade sanningar. I det sammanhanget är finansieringen från Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse avgörande.
– Det är en lyx med ett långsiktigt stöd och det känns bra att få förtroende att arbeta med djärva idéer som kan bidra med ny och grundläggande kunskap, säger François Lallemend.
Text Nils Johan Tjärnlund
Bild Magnus Bergström
FAKTA:
Det centrala nervsystemet omfattar hjärnan och ryggmärgen. Hjärnan är centralen för vår kroppskontroll och våra tankar och känslor. Ryggmärgen fungerar som en sorts förlängning av hjärnan och hjälper till med att överföra meddelanden mellan hjärnan och resten av kroppen.
Det perifera nervsystemet består av alla nervfibrer som ligger utanför hjärnan och ryggmärgen. Det har en livsviktig funktion genom att överföra information från olika delar av kroppen till hjärnan, som smärta, proprioception eller beröring, och utför kommandon från hjärnan till olika delar av kroppen, inklusive olika typer av körtlar.
Hjärnstammen är den nedre delen av hjärnan och fungerar som en övergångszon mellan hjärnan och ryggmärgen. Hjärnstammen spelar en viktig roll för många grundläggande funktioner som andning, hjärtslag och reglering av kroppstemperatur och är också involverad i många grundläggande motoriska funktioner som att svälja och röra ögonen.
Proprioception är uppfattningen om positionen och rörelserna hos våra kroppsdelar. Det är anledningen till att vi kan röra oss fritt utan att tänka på det. Hos däggdjur kommer proprioceptiva sensationer från perifera sensoriska organ som finns i muskler och senor. De överförs genom proprioceptiva neuron i dorsalrotsganglierna, vilka skickar signaler till ryggmärgen och hjärnstammen genom högmyeliniserade axoner.
