Клетки Пуркинье мозжечка управляют тонкой моторикой языка у игрунок

Язык — один из самых подвижных органов в теле млекопитающих. Животные используют его для захвата пищи, ее позиционирования во рту, груминга и вокализаций. Такие движения требуют согласованной работы более чем 100 мышц и высокой точности, особенно в момент завершения движения, когда язык должен замедлиться и попасть в цель. Мозжечок играет важную роль в координации движений языка у животных, включая приматов. Исследования показывают, что повреждение этой области мозга может снизить точность выполнение языком его задач. Однако вклад мозжечка и его нейронов, особенно клеток Пуркинье (P-клеток), в управление движениями языка, особенно при его замедлении перед остановкой, остается недостаточно изученным.

Исследователи из США выяснили, как активность P-клеток в мозжечке влияет на движение языка у приматов, когда те выполняют задачи, требующие высокой точности. В течение 3,5 лет они провели серию экспериментов на мармозетках (обыкновенных игрунках) — небольших ловких приматах, которые имеют язык длиной в 21 миллиметр, позволяющий им добывать пищу (насекомых и растительный сок) из маленьких отверстий.

Животных обучили доставать языком вязкую пищу из узкой трубочки, установленной в фиксированном положении под прямым углом к ротовой полости обезьяны. Эта задача требовала точного контроля как за вытягиванием (протракцией), так и за возвращением языка (ретракцией). Исследователи идентифицировали в мозжечке участки, связанные с управлением движениями языка, и затем подавляли активность P-клеток во время ускорения или замедления языка при протракции, либо во время ускорения при ретракции. Подавление происходило за счет имитации сигналов от нижней оливы — области мозга, которая взаимодействует с мозжечком и передает информацию об ошибках движений. Контрольные эксперименты проводились при выполнении естественных поведенческих задач — груминга, когда животные использовали язык для облизывания мордочки, что позволяло оценить специфичность влияния P-клеток на задачи, требующие высокой точности.

Подавление активности Р-клеток в мозжечке оказало существенное влияние на точность движений языка у мармозеток. Когда нейроны подавлялись во время ускорения при протракции, движения языка не изменялись. Но если подавить активность P-клеток во время замедления языка при протракции, животные выдвигали язык слишком далеко вперед (гиперметрия), также язык немного отклонялся, что указывало на нарушение торможения в конце движения. Более того, подавление активности тех же клеток во время ускорения при ретракции замедляло возвращение языка обратно в рот; язык также отклонялся.

Контрольные наблюдения во время груминга показали, что при этом типе активности подавление Р-клеток не оказывает заметного эффекта, что говорит о специфичности их влияния на точные двигательные задачи, но не на автоматические движения. Также авторы отследили активность клеток в результате ошибки, когда язык не попадал в трубочку.

Таким образом, исследование показало, что P-клетки мозжечка участвуют в регуляции точных движений языка, особенно при выполнении сложных задач. Их активность обеспечивает своевременное замедление языка, необходимое для достижения цели, и мозжечок не просто участвует в общей координации движений, но активно управляет тонкой моторикой языка на уровне отдельных фаз движения.

Человеческий вариант белка Nova1 усложнил «речь» мышей