По словам авторов исследования, рыбы являются хорошими моделями для понимания человеческого баланса, потому что они используют похожие мозговые цепи. Исследователи надеются, что их работа однажды поможет терапевтам лучше лечить проблемы с равновесием, с которыми сталкивается каждый третий стареющий американец и для которых падения являются основной причиной смерти.Новое исследование, опубликованное 19 января в журнале Current Biology, показало, что раннее улучшение баланса рыбок данио связано с их растущей способностью быстро плавать в ответ на ощущение нестабильности. Со временем молодые рыбы учатся делать корректирующие движения, когда они нестабильны, и становятся лучше, оставаясь стабильными.
«Распутывая силы, используемые рыбой во время плавания и во время пауз между этими корректирующими движениями, мы, возможно, обнаружили фундаментальный механизм баланса — мысленную команду начать движение в нестабильном состоянии», — говорит ведущий исследователь Дэвид Шоппик, доктор философии. доцент кафедры неврологии и физиологии Нью-Йоркского университета в Лангоне.Поведенческие тенденции, выявленные в новом исследовании, подтверждают прошлую работу, в которой было обнаружено, что баланс зависит от сетей связей между клетками мозга (нейронными цепями), которые связывают органы чувств в балансе или вестибулярной системе с мышцами, которые совершают корректирующие движения.Наряду с рыбками данио у многих животных тяжелые головы, которые требуют постоянной корректировки, чтобы они не кувыркались вперед.
Люди слишком буквально падают вперед при ходьбе, а затем компенсируют это резкими движениями ног вперед, но в отличие от рыбок данио по мере развития становятся менее тяжелыми.«Далее мы планируем проверить, будут ли малыши, такие как рыбы в нашем исследовании, более склонны двигаться, когда они чувствуют себя нестабильно», — говорит автор исследования Дэвид Эрлих, доктор философии, научный сотрудник лаборатории Шоппика, который руководил многими из них. эксперименты. «Кроме того, делают ли взрослые меньшие и более быстрые шаги на обледенелых тротуарах или в темноте, особенно когда наша система равновесия ухудшается с возрастом?»56000 заплывов
В текущем исследовании ученые записали видео 56 682 плавания личинок рыбок данио, измеряя время каждого быстрого плавания и эффективность усилий, чтобы оставаться стабильными с возрастом. Видео подтвердили, что рыбы плавают «рывками» и что в возрасте 21 дня они с большей вероятностью, чем в 4 дня, начнут корректирующее плавание при падении вперед на высокой скорости.
На основе видеороликов команда смогла создать компьютерную симуляцию плавающей рыбы на основе элегантной серии уравнений. По словам авторов, моделирование вело себя очень похоже на настоящую рыбу, что является признаком того, что они пришли к четкому пониманию баланса.Затем исследователи удалили элементы из моделирования, чтобы еще больше прояснить роль каждого в балансе. Удаление «коррекции высоты тона», то есть тенденция рыбы плыть вверх, если она плыла вниз в предыдущей схватке (или наоборот), сделало рыбу неспособной исправить положение при опрокидывании.
Вместо этого они проводили симулированную жизнь, направив голову вниз, на дно резервуара. Когда команда удалила взаимосвязь между угловой скоростью (скоростью вращения рыбы) и реактивной кинематикой схватки рыбы (силой противодействия заплыву); симулированная рыба бесконечно бросалась вперед, перекатываясь «по уши».Двигаясь вперед, команда будет стремиться измерить изменения в активности мозга, которые происходят по мере того, как рыбки данио учатся балансировать.
В будущем они надеются сотрудничать с клиницистами Центра вестибулярной терапии Нью-Йоркского университета в Лангоне при Реабилитации Раска для продвижения реабилитационной медицины.«Многие пациенты, перенесшие инсульт, рак или травмы головного мозга, борются с проблемами равновесия или головокружением», — говорит Тара Денхэм, специалист по вестибулярной терапии, менеджер программы вестибулярной терапии Rusk. «Лучшее понимание того, как мозг воспринимает равновесие, поможет нам точно настроить программы упражнений, которые восстанавливают утраченные функции и сокращают время восстановления».