Ny kunskap om hur olika celltyper i hjärnan bidrar till planering av rörelser

Yvonne Johansson doktorand vid institutionen för neurovetenskap på Karolinska Institutet.

Resultaten ökar förståelsen för hur striatum systematiskt bearbetar den oerhört stora mängden av ständigt inkommande information. Foto: Canstock, arkiv.

Forskare vid Karolinska Institutet har kartlagt hur nervcellerna i hjärnområdet striatum bearbetar information för att kunna planera så att vi utför rörelser i precis rätt ögonblick och med rätt kraft. Resultaten, som presenterats i tidskriften Cell Reports, visar att olika celltyper i striatum får signaler från helt olika delar av hjärnbarken och därmed reagerar på olika typer av intryck.

Mycket av vårt beteende styrs av sensoriska signaler från vår omgivning. När vi till exempel spelar piano, så anpassar vi fingrarnas rörelser efter ljudet vi hör och efter känseln i fingertopparna. Forskare vid Karolinska Institutet har försökt ta reda på hur detta går till genom att studera det neuronala nätverk som hjälper oss att anpassa våra planerade rörelser beroende på vilka sinnesintryck vi får.

Nervcellerna bakom denna funktion befinner sig i den del av hjärnan som kallas striatum, och som i sin tur utgör en del av de så kallade basala ganglierna.

Komplex funktion Känselsignalerna från fingertopparna bearbetas i den somatosensoriska hjärnbarken, medan rörelser planeras i en annan del av hjärnan, nämligen den motoriska hjärnbarken. Från dessa och andra hjärnområden (bland annat talamus) skickas information till striatum, som är den första instansen för att kombinera planering av rörelser med olika känselintryck. Med hjälp av denna information genererar striatum sedan signaler och sänder dem tillbaka till musklerna, så att vi i precis rätt ögonblick och med rätt kraft slår an nästa tangent på vårt piano.

– Trots att det sedan länge varit känt att striatum består av olika typer av nervceller, vet vi ännu inte hur nervcellerna kan lösa dessa svåra uppgifter. För att förstå detta bättre, har vi tagit reda på vilka av celltyperna det är som bearbetar vilken information, säger Yvonne Johansson, doktorand vid institutionen för neurovetenskap på Karolinska Institutet.

Reagerar på olika signaler Forskarna har bland annat använt sig av tekniken optogenetik för att visa vilka av fem viktiga celltyper i striatum som är ansvariga för kommunikationen från den motoriska hjärnbarken, den somatosensoriska hjärnbarken respektive från talamus.

I försök på möss kunde de visa att en viss typ av nervceller reagerar starkt på signaler som representerar känselintryck. En annan typ av nervceller reagerar praktiskt taget inte alls på signaler med känselinformation, men aktiveras starkt av signaler från den motoriska hjärnbarken. Ytterligare en typ av nervceller reagerar starkast på signaler från talamus, som antas informera oss om att något viktigt just håller på att hända i vår omgivning. De olika celltypernas reaktioner visade sig dessutom

regleras av olika receptorer. Eftersom vissa receptorer öppnas snabbare än andra, påverkar receptorerna i hög grad tidsförloppet på svaret.

Starkt organiserat Resultaten ökar förståelsen för hur striatum systematiskt bearbetar den oerhört stora mängden av ständigt inkommande information.

– Vår studie visar att informationsflödet in till nätverket i striatum är väldigt starkt organiserat och att de otaliga ingångssignalerna som har olika celltyper som mål också följer olika vägar, säger Gilad Silberberg, professor vid institutionen för neurovetenskap på Karolinska Institutet.

Källa: Karolinska Institutet

Publikation ”The Functional Organization of Cortical and Thalamic Inputs onto Five Types of Striatal Neurons is Determined by Source and Target Cell Identities”. Yvonne Johansson & Gilad Silberberg. Cell Reports, online 28 januari 2020, doi: 10.1016/j.celrep.2019.12.095.