ในการเคลื่อนไหวประสานกัน เราอาศัยเซลล์ประสาทสัมผัสพิเศษในกล้ามเนื้อและข้อต่อของเรา หากไม่มีสิ่งเหล่านี้ สมองก็จะไม่รู้ว่าร่างกายส่วนอื่นๆ ของเรากำลังทำอะไรอยู่ ทีมที่นำโดย Niccolò Zampieri ได้ศึกษาเครื่องหมายโมเลกุลเพื่อทำความเข้าใจวิธี การทำงานของพวกมันให้ดียิ่งขึ้น และอธิบายผลลัพธ์ใน Nature Communications
การมองเห็น การได้ยิน การได้กลิ่น การลิ้มรส การสัมผัส เราทุกคนต่างคุ้นเคยกับประสาทสัมผัสทั้งห้าที่ทำให้เราสามารถสัมผัสกับสิ่งรอบตัวได้ สิ่งที่สำคัญพอๆ กันแต่ไม่ค่อยเป็นที่รู้จักมากนักคือสัมผัสที่หก “หน้าที่ของมันคือการรวบรวมข้อมูลจากกล้ามเนื้อและข้อต่อเกี่ยวกับการเคลื่อนไหว ท่าทางของเรา และตำแหน่งของเราในอวกาศ แล้วส่งต่อไปยังระบบประสาทส่วนกลางของเรา” ดร. Niccolò Zampieri หัวหน้าฝ่าย Development and Function of Neural Circuits Lab ที่ Max Delbrück Center ในกรุงเบอร์ลิน ความรู้สึกนี้เรียกว่า proprioception ซึ่งช่วยให้ระบบประสาทส่วนกลางส่งสัญญาณที่ถูกต้องผ่านเซลล์ประสาทสั่งการไปยังกล้ามเนื้อ เพื่อให้เราเคลื่อนไหวได้อย่างเฉพาะเจาะจง”
สัมผัสที่หกนี้ – ซึ่งแตกต่างจากอีกห้าสัมผัสอื่น ๆ คือไม่รู้สึกตัวโดยสิ้นเชิง – เป็นสิ่งที่หยุดเราไม่ให้ล้มลงในความมืด และสิ่งที่ทำให้เราสามารถยกแก้วกาแฟเข้าปากโดยหลับตาในตอนเช้า แต่นั่นไม่ใช่ทั้งหมด: “คนที่ไม่มีการรับรู้อากัปกิริยาจะไม่สามารถทำการเคลื่อนไหวที่สอดประสานกันได้” Zampieri กล่าว ตอนนี้เขาและทีมงานได้ตีพิมพ์บทความในวารสาร “Nature Communications” ซึ่งอธิบายเกี่ยวกับเครื่องหมายโมเลกุลของเซลล์ที่เกี่ยวข้องกับสัมผัสที่หกนี้ การค้นพบนี้จะช่วยให้นักวิจัยเข้าใจได้ดีขึ้นว่าเซลล์ประสาทรับความรู้สึกรับความรู้สึกผิดปกติ (pSN) ทำงานอย่างไร
การเชื่อมต่อที่แม่นยำเป็นสิ่งสำคัญ
ร่างกายของเซลล์ pSN ตั้งอยู่ในปมประสาทรากหลังของไขสันหลัง พวกมันเชื่อมต่อกันผ่านเส้นใยประสาทยาวไปยังแกนหมุนของกล้ามเนื้อและอวัยวะเส้นเอ็น Golgi ที่ลงทะเบียนการยืดและความตึงเครียดอย่างต่อเนื่องในกล้ามเนื้อทุกส่วนของร่างกาย pSN ส่งข้อมูลนี้ไปยังระบบประสาทส่วนกลาง ซึ่งใช้ในการควบคุมการทำงานของเซลล์ประสาทสั่งการ เพื่อให้เราเคลื่อนไหวได้
ดร. Stephan Dietrich สมาชิกห้องทดลองของ Zampieri กล่าวว่า “ข้อกำหนดเบื้องต้นประการหนึ่งสำหรับสิ่งนี้คือ pSN เชื่อมต่อกับกล้ามเนื้อต่างๆ ในร่างกายของเราได้อย่างแม่นยำ” อย่างไรก็ตาม แทบไม่มีใครรู้เกี่ยวกับโปรแกรมระดับโมเลกุลที่เปิดใช้งานการเชื่อมต่อที่แม่นยำเหล่านี้ และให้ยืม pSN เฉพาะกล้ามเนื้อซึ่งเป็นเอกลักษณ์เฉพาะของพวกมัน “นั่นเป็นเหตุผลที่เราใช้การศึกษาของเราเพื่อค้นหาเครื่องหมายโมเลกุลที่แยกความแตกต่างของ pSN สำหรับกล้ามเนื้อหน้าท้อง หลัง และแขนขาในหนู” Dietrich ผู้เขียนนำของการศึกษาซึ่งดำเนินการที่ Max Delbrück Center กล่าว
คำแนะนำสำหรับเส้นใยประสาทที่เพิ่งตั้งไข่
ทีมงานใช้การจัดลำดับเซลล์เดียวเพื่อตรวจสอบว่ายีนใดใน pSN ของกล้ามเนื้อหน้าท้อง หลัง และขาถูกอ่านและแปลเป็น RNA “และเราพบยีนที่มีลักษณะเฉพาะสำหรับ pSN ที่เชื่อมต่อกับกลุ่มกล้ามเนื้อแต่ละกลุ่ม” Dietrich กล่าว “เรายังแสดงให้เห็นว่ายีนเหล่านี้มีอยู่แล้วในระยะตัวอ่อนและยังคงทำงานอยู่อย่างน้อยระยะหนึ่งหลังคลอด” Dietrich อธิบายว่านี่หมายความว่ามีโปรแกรมพันธุกรรมที่ตายตัวซึ่งตัดสินว่า proprioceptor จะทำให้กล้ามเนื้อหน้าท้อง หลัง หรือแขนขา
ในการค้นพบนี้ นักวิจัยในเบอร์ลินได้ระบุยีนหลายตัวสำหรับเอฟรินและตัวรับ Dietrich กล่าวว่า “เรารู้ว่าโปรตีนเหล่านี้มีส่วนในการนำทางเส้นใยประสาทที่เพิ่งตั้งไข่ไปยังเป้าหมายในระหว่างการพัฒนาของระบบประสาท” Dietrich กล่าว ทีมงานพบว่าการเชื่อมต่อระหว่าง proprioceptors และกล้ามเนื้อขาด้านหลังมีความบกพร่องในหนูที่ไม่สามารถผลิต ephrin-A5 ได้
เป้าหมายหนึ่งคือระบบประสาทเทียมที่ดีกว่า
Dietrich กล่าวว่า “เครื่องหมายที่เราระบุจะช่วยเราตรวจสอบการพัฒนาและการทำงานของเครือข่ายประสาทสัมผัสเฉพาะของกล้ามเนื้อแต่ละส่วนเพิ่มเติมได้” “ยกตัวอย่างด้วยออปโตเจเนติกส์ เราสามารถใช้แสงเพื่อเปิดและปิดโพรริโอเซ็ปเตอร์ ไม่ว่าจะเป็นแบบเดี่ยวหรือแบบกลุ่ม สิ่งนี้จะช่วยให้เราเปิดเผยบทบาทเฉพาะของพวกเขาในสัมผัสที่หกของเรา” Zampieri กล่าวเสริม
ความรู้นี้น่าจะเป็นประโยชน์ต่อผู้ป่วย เช่น ผู้ที่มีอาการบาดเจ็บที่ไขสันหลังในที่สุด “เมื่อเราเข้าใจรายละเอียดของการรับรู้อากัปกิริยาดีขึ้น เราจะสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบของระบบประสาทเทียม ซึ่งเข้าควบคุมความสามารถด้านการเคลื่อนไหวหรือประสาทสัมผัสที่บกพร่องจากการบาดเจ็บ” Zampieri กล่าว
ความตึงเครียดของกล้ามเนื้อที่เปลี่ยนแปลงทำให้กระดูกสันหลังคด
เขาเสริมว่าเมื่อเร็ว ๆ นี้นักวิจัยในอิสราเอลค้นพบว่าการรับรู้อากัปกิริยา (proprioception) ที่ทำงานอย่างถูกต้องก็มีความสำคัญต่อโครงกระดูกที่แข็งแรงเช่นกัน ตัวอย่างเช่น Scoliosis เป็นภาวะที่บางครั้งเกิดขึ้นในช่วงการเจริญเติบโตในวัยเด็กและทำให้กระดูกสันหลังคดและบิด “เราสงสัยว่าสิ่งนี้เกิดจากความผิดปกติของการรับรู้อากัปกิริยา ซึ่งทำให้ความตึงของกล้ามเนื้อด้านหลังเปลี่ยนไปและทำให้กระดูกสันหลังบิดเบี้ยว” Zampieri กล่าว
สะโพก dysplasia ความผิดปกติของข้อต่อสะโพกอาจเกิดจากความผิดพลาดของการรับรู้อากัปกิริยา สิ่งนี้ทำให้ Zampieri มองเห็นผลลัพธ์อื่นของการวิจัย: “หากเราสามารถเข้าใจสัมผัสที่หกของเราได้ดียิ่งขึ้น ก็จะสามารถพัฒนาวิธีการรักษาแบบใหม่ที่สามารถต่อต้านความเสียหายของโครงกระดูกเหล่านี้และประเภทอื่นๆ ได้อย่างมีประสิทธิภาพ”
